铁道车辆用转向架的转向方法和装置以及转向架

技术领域

本发明涉及使沿车辆的行进方向一前一后前后配置的两根车轮轴相对 于搭载在铁道车辆上的转向架的转向架构架按照意图转动的转向装置的转 向方法和实施该转向方法的转向装置、以及设置有该转向装置的转向架，特 别是利用直线感应马达(linear-induction motor)行驶的线性转向架。以下， 将车辆的行进方向前侧简称作“前侧”或“前方”，将车辆的行进方向后侧 简称作“后侧”或“后方”。

背景技术

铁道车辆用转向架的转向装置是为了减少在车辆通过曲线道路时作用 于车轮的转弯阻力(横向压力)而使一前一后配置的两根车轮轴向偏转方向 转动的装置。

当前实际应用的转向装置是使两根车轮轴前后对称地进行转动的装置， 以成为几何学上的最理想的转向角(以下，称作向心转向角(日文：ラジア ル操舵角))的方式设定转向角。

如图14所示，若将转向角设为β、将曲线半径设为R、将转向架2的中心 与车轮轴3的中心之间的距离设为a，则该车轮轴的车轮沿着曲线的最理想的 转向状态下的转向角即向心转向角满足下述数学式1的关系式。另外，图14 中的附图标记1表示车身，附图标记4表示轨道。

[数1]

β＝sin^-1a/R)

但是，在以曲线行驶时，针对车身、转向架的转动的阻力会使实际的转 向角不足。因而，在以转向角成为向心转向角的方式设定了转向角的情况下， 车轮轴并不会转动至朝向轨道曲线的曲率中心C。

因此，为了对由车身与转向架之间、转向装置、轴箱支承装置等各部分 的阻力引起的转向角不足进行补偿，在专利文献1中，提出了一种施加比向 心转向角大的转向角的技术。

像在该专利文献1中提出的技术那样，在使设定转向角比向心转向角大 的情况下，在曲线中央部，车辆的前侧转向架处的前方车轮轴的外轨侧的横 向压力减少。以下，对于分别配置于车辆的前部和后部的双轴转向架的车轮 轴，自前侧起依次称作第1车轮轴、第2车轮轴、第3车轮轴、第4车轮轴。

但是，在专利文献1中提出的技术在使车轮轴前后对称地转动的构造这 一点上毫无变化。因而，若车辆进入曲线出口的直线部(以下，称作出口直 线部)，则如图15所示成为过度转向的姿势，第1车轮轴的内轨侧的横向压力 增加。另外，图15中的附图标记2a表示前侧的转向架，附图标记2b表示后侧 的转向架，附图标记3a表示第1车轮轴，附图标记3b表示第2车轮轴，附图标 记3c表示第3车轮轴，附图标记3d表示第4车轮轴，附图标记4a表示内轨侧的 轨道，附图标记4b表示外轨侧的轨道。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10－203364号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明要解决的问题点在于，在构造为使车轮轴前后对称地转动的转向 装置的情况下，即使以进一步提高性能为目的而使转向角增加，但若车辆进 入出口直线部则，车辆也会成为过度转向的姿势，第1车轮轴的内轨侧的横 向压力也增加。

用于解决问题的方案

本发明的铁道车辆用转向架的转向方法不仅为了解决出口直线部处的 过度转向状态，而且为了与将前后车轮轴设定为向心转向角的情况相比进一 步提高曲线通过性能，因此，

提供一种转向装置的转向方法，该转向装置使前后配置的两根车轮轴相 对于搭载在铁道车辆上的转向架的转向架构架按照意图转动，其最主要的特 征在于，

以使前侧的车轮轴的转向角比后侧的车轮轴的转向角大的方式进行转 向。

在本发明的铁道车辆用转向架的转向方法中，通过以使前侧的车轮轴的 转向角比后侧的车轮轴的转向角大的方式进行转向，从而使转向架姿势向转 向不足方向变化，使曲线出口处的过度转向状态缓和并抑制内轨侧的横向压 力的增大。另一方面，通过使前侧的车轮轴较大地转向，从而能够获得使前 侧的车轮轴的外轨侧的横向压力减少的效果。

发明的效果

根据本发明，能够在圆弧曲线上减少前侧的车轮轴的外轨侧的横向压力 并进一步提高曲线通过性能，并且能够缓和曲线出口的直线部处的过度转向 姿势并抑制前侧的车轮轴的内轨侧的横向压力增加。

附图说明

图1的(a)是说明使前侧的车轮轴的转向角比后侧的车轮轴的转向角增 加时的动作的图，(b)是说明(a)图的情况下的前后的车轮轴的转向反作 用力的图。

图2是表示相对于设定为向心转向角的后侧的车轮轴，使前侧的车轮轴 的转向角成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了20％、30％、 40％、50％时的、圆弧曲线行驶中的转向架构架的偏转角的图。

图3是比较出口直线部处的前侧的车轮轴的内轨侧的横向压力的图，(a) 是比较现有技术、本发明以及专利文献1的技术的图，(b)是比较相对于设 定为向心转向角的后侧的车轮轴，使前侧的车轮轴的转向角成为向心转向 角、或是成为与向心转向角相比增加了20％、30％、40％、50％的情况的图。

图4是比较现有技术、本发明以及专利文献1的技术的圆弧曲线中的前侧 的车轮轴的外轨侧的横向压力的图。

图5是比较将后侧的第2、4车轮轴设为向心转向角并使前侧的第1、3车 轮轴与向心转向角相比增加了20％、30％、40％时的第3车轮轴的着地面磨损 指标的图。

图6是比较使前侧的第1、3车轮轴与向心转向角相比增加了20％并使后 侧的第2、4车轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了10％、 20％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

图7是比较使前侧的第1、3车轮轴与向心转向角相比增加了30％并使后 侧的第2、4车轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了5％、 10％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

图8是表示在使第1、3车轮轴的转向角比第2、4车轮轴的转向角大的情 况下能够更大地获得本发明的效果的范围的图。

图9是比较将第2、3车轮轴设为向心转向角并使第1、4车轮轴与向心转 向角相比增加了20％、30％、40％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

图10是比较使第1、4车轮轴与向心转向角相比增加了20％并使第2、3车 轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了5％、10％时的第3 车轮轴的着地面磨损指标的图。

图11是比较使第1、4车轮轴与向心转向角相比增加了30％并使第2、3车 轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了5％、10％、15％时 的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

图12是表示在使第1、4车轮轴的转向角比第2、3车轮轴的转向角大的情 况下能够更大地获得本发明的效果的范围的图。

图13是表示实施本发明的转向方法的转向装置的优选例子的图，(a)是 从侧面看到的图，(b)是从背面侧观察(a)图的俯视图。

图14是表示转向角的概念的图。

图15是说明在专利文献1所提出的技术中，进入出口直线部时的第1车轮 轴的内轨侧的横向压力增加的情况的图。

具体实施方式

本发明通过以使前侧的车轮轴的转向角比后侧的车轮轴的转向角大的 方式进行转向，从而不仅解决了出口直线部处的过度转向状态，而且实现了 在处于圆弧曲线上时减少前侧的车轮轴的外轨侧的横向压力并进一步提高 曲线通过性能这样的目的。

实施例

以下，使用图1～图13说明用于实施本发明的实施例。

在具有用于使前后两根车轮轴对称地进行转动的转向装置的现有转向 架中，在设定为向心转向角并沿圆弧曲线行驶的情况(以下，称作现有技术) 下，实际的转向角不足。

另一方面，在上述现有转向架中，在施加比向心转向角大的转向角的情 况(以下，称作专利文献1的技术)下，出口直线部处的转向架姿势变得转 向过度，使前侧的车轮轴的内轨侧的横向压力增加，因此难以进一步提高性 能。

因此，发明人针对该问题考虑到使转向角前后不对称。在日本特开2000 －272514号公报中公开了一种若后侧的车轮轴的转向角增加则转向架姿势 变得转向过度的技术。但是，本发明所着眼的问题是由于该转向过度而引起 的问题，其无法利用增加后侧的车轮轴的转向角这种技术来进行解決。

在本发明中，利用了通过使前侧的车轮轴的转向角比后侧的车轮轴的转 向角大而在转向装置中产生前后不同的转向反作用力的技术。即，在使配置 于转向架11的前侧的车轮轴12a的转向角α1与后侧的车轮轴12b的转向角α2 相比增加并满足α1＞α2的情况(参照图1的(a))下，前侧的车轮轴12a的转 向反作用力F1与后侧的车轮轴11b的转向反作用力F2满足F1＞F2(参照图1 的(b))。

如图1的(b)所示，通过使转向反作用力F1、F2变得不平衡，从而向转 向架11传递作为反作用力的与不平衡量相应大小的FS(参照图1的(a))。由 此，产生成为M1的力矩，因此圆弧曲线行驶中的转向架11的姿势向转向不 足方向变化。该姿势变化使曲线出口处的过度转向状态变缓和，因此能够抑 制内轨侧的横向压力的增大。另一方面，通过较大地使前侧的车轮轴12a转 向，从而能够获得使前侧的车轮轴12a的外轨侧的横向压力减少的效果。这 是技术方案1的发明。

根据该技术方案1的发明，能够抑制出口直线部行驶时的前侧的车轮轴 12a的内轨侧的横向压力，并且能够实现曲线行驶中的前侧的车轮轴12a的外 轨侧的横向压力的减少。

通过模拟来比较使车轮轴前后对称地转动的现有技术及专利文献1的技 术与上述本发明的性能。

作为模拟条件，设想了车轮式线性车辆以35km/hr的速度V沿半径R为 100m的曲线行驶的情况。作为安全性的评价值，使用了圆弧曲线上的前侧的 车轮轴的外轨侧横向压力、曲线出口的直线部处的前侧的车轮轴的内轨侧横 向压力。

图2是表示相对于设定为向心转向角的后侧的车轮轴，使前侧的车轮轴 的转向角α1成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了20％、30％、 40％、50％并沿圆弧曲线行驶时的转向架构架的偏转角的图。另外，在图2 中的纵轴中将转向不足方向设为正向。

根据图2可知，若使前侧的车轮轴的转向角α1与后侧的车轮轴的转向角 α2相比增加，则转向架构架的偏转角向转向的反方向增加，转向架进一步变 为转向不足姿势。

出现这种情况的理由是，如上所述作为转向反作用力的与不平衡量相应 大小的力被传递到转向架而产生了力矩M1(参照图1)。若使前侧的车轮轴 的转向角α1与后侧的车轮轴的转向角α2相比增加，则仅前侧的车轮轴的转向 反作用力F1增加且力矩M1也变大，因此转向架的姿势进一步变为转向不足 姿势。

在使车轮轴前后对称地转动的以现有术和专利文献1的技术的情况下， 由于转向角的增加，而出口直线部处的前侧的车轮轴的内轨侧的横向压力增 大(参照图3(a)的现有技术与专利文献1的技术)。

但是，在使前侧的车轮轴的转向角α1与后侧的车轮轴的转向角α2相比增 加的本发明的情况下，通过上述姿势变化，使出口直线部处的过度转向状态 缓和，因此前侧的车轮轴的内轨侧的横向压力与现有技术相比几乎未发生变 化(参照图3(a)的现有技术和本发明)。即使前侧的车轮轴的转向角α1与 向心转向角相比从增加20％变化至增加50％，前侧的车轮轴的内轨侧的横向 压力也几乎未发生变化(参照图3的(b))。

另一方面，由于较大地使前侧的车轮轴转向，因此对于圆弧曲线上的前 侧的车轮轴的外轨侧的横向压力，即使在本发明的情况下，其也会与专利文 献1的技术相比稍微变差，但是与现有技术相比能够获得减少效果(参照图 4)。

以上，像所说明的那样，在技术方案1的发明中，能够在抑制了出口直 线部处的前侧的车轮轴的内轨侧的横向压力的状态下，提高曲线的通过性 能。

在考虑到实际行驶中的运用时，需要考虑一节车厢即两个转向架，必须 根据第1车轮轴～第4车轮轴各自的倾向来评价曲线通过性。

在考虑一节车厢的情况下，在专利文献1的技术中，由于转向角的增加， 后侧的转向架倾向于进一步变为转向过度姿势。由此，在第3车轮轴中攻角 为负值且轮径差不足等，曲线通过性能变差。

因此，通过对于第3车轮轴增加着地面磨损指标(使用Elkins&Eickoff的 磨损指标)的评价，从而从安全性与维护性这两个方面说明本发明的优点。

在以第1、3车轮轴的转向角比第2、4车轮轴的转向角大的方式配置了转 向架的情况下，圆弧曲线中的第1车轮轴的外轨侧的横向压力、出口直线部 处的第1车轮轴的内轨侧的横向压力表现出与上述相同的倾向，能够同样地 获得针对安全性的效果。这是技术方案2的发明。

另一方面，从第3车轮轴的磨损指标来看，由于使前侧的第1、3车轮轴 的转向角比后侧的第2、4车轮轴的转向角大，因此存在有一个范围，在能够 使后侧的转向架处的转向过度姿势变缓和的同时，还能够抑制磨损指标增 加。

图5是表示将后侧的第2、4车轮轴设为向心转向角并使前侧的第1、3车 轮轴与向心转向角相比增加了20％、30％、40％时的第3车轮轴的着地面磨损 指标的图。

根据该图5可知，在将后侧的第2、4车轮轴设为向心转向角时的情况下， 使前侧的第1、3车轮轴比向心转向角增加的比例的最大极限值是着地面摩擦 指标与专利文献1的技术相等的值、即35.3％。

另外，图6是比较出使前侧的第1、3车轮轴比向心转向角增加了20％并 使后侧的第2、4车轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了 10％、20％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

另外，图7是比较出使前侧的第1、3车轮轴比向心转向角增加了30％并 使后侧的第2、4车轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了 5％、10％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

根据该图7可知，在使前侧的第1、3车轮轴比向心转向角增加了30％的 情况下，使后侧的第2、4车轮轴与向心转向角相比增加的比例的最大极限值 是着地面摩擦指标与专利文献1的技术相等的值、即8.8％。

根据图5～图7的结果，在图中，对于第3车轮轴的磨损指标，求出不超 过专利文献1的技术的极限值，与专利文献1的技术相比，将第3车轮的磨损 指标减少的条件图示为○、将第3车轮的磨损指标增加的条件图示为×。

在设为第1、3车轮轴的转向角α1比第2、4车轮轴的转向角α2大的情况下， 能够进一步获得本发明的效果的是在图8中标注有○的范围。即，是由将下 述值连结而成的直线包围的范围，该值为，使α1＞α2、第2、4车轮轴大于或 等于向心转向角，并且在第2、4车轮轴为向心转向角的情况下使第1、3车轮 轴与向心转向角相比增加35.3％所得到的值，和在使第1、3车轮轴比向心转 向角增加了30％的情况下使第2、4车轮轴比向心转向角增加8.8％所得到的 值。这是技术方案3的发明。

可是，铁道车辆的行进方向有时为反方向。在行进方向反向的情况下， 能够通过使第1、4车轮轴的转向角比第2、3车轮轴的转向角大来进行应对。 即使在该情况下，也能够没有变化地获得圆弧曲线中的第1车轮轴的外轨侧 的横向压力、出口直线部处的第1车轮轴的内轨侧的横向压力的倾向，第3车 轮轴的着地面磨损指标减少。

图9是比较出将第2、3车轮轴设为向心转向角并使第1、4车轮轴比向心 转向角增加了20％、30％、40％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

根据该图9可知，在将第2、3车轮轴设为向心转向角的情况下，使第1、 4车轮轴与向心转向角相比增加的比例的最大极限值是着地面摩擦指标与专 利文献1的技术相等的值、即39.3％。

另外，图10是比较使第1、4车轮轴与向心转向角相比增加了20％并使第 2、3车轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了5％、10％时 的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

另外，图11是比较出使第1、4车轮轴与向心转向角相比增加了30％并使 第2、3车轮轴成为向心转向角、或是成为与向心转向角相比增加了5％、10％、 15％时的第3车轮轴的着地面磨损指标的图。

根据该图11可知，在使第1、4车轮轴比向心转向角增加了30％时，使第 2、3车轮轴比向心转向角增加的比例的最大极限值是着地面摩擦指标与专利 文献1的技术相等的值、即10.8％。

根据图9～图11的结果，在图12中，对于第3车轮轴的着地面磨损指标， 求出不超过专利文献1的技术的极限值，与专利文献1的技术相比，将第3车 轮轴的着地面磨损指标减少的条件图示为○、将第3车轮轴的着地面磨损指 标增加的条件图示为×。

在设为第1、4车轮轴的转向角比第2、3车轮轴的转向角大的情况下，能 够进一步获得本发明的效果的是在图12中标注有○的范围。即，是由将下述 值连结而成的直线包围的范围，该值为，使第1、4车轮轴的转向角＞第2、3 车轮轴的转向角、第2、3车轮轴大于或等于向心转向角，并且在第2、3车轮 轴为向心转向角的情况下使第1、4车轮轴比向心转向角增加39.3％后的值、 和在使第1、4车轮轴与向心转向角相比增加了30％的情况下使第2、3车轮轴 比向心转向角增加10.8％后的值。这是技术方案4的发明。

作为实施上述本发明的铁道车辆用转向架的转向方法的转向装置，只要 是能够使前侧的车轮轴的转向角比后侧的车轮轴的转向角大的转向装置，则 其结构就不特别限定，但是期望采用例如如图13所示的使用了连杆的转向机 构。

即，附图标记21是将一端侧以旋转自如的方式安装于转向架构架22上的 杠杆。而且，第1连杆26a、26b以旋转自如的方式将隔着该杠杆21的上述旋 转支点23的等间隔位置和前后的车轮轴24a、24b的轴箱25a、25b之间连结起 来，另一方面，利用第2连杆26c以旋转自如的方式将杠杆22的另一端部与承 梁27之间连结起来。

在这种结构的本发明的转向机构的情况下，在以曲线行驶时，通过承梁 27相对于转向架构架22的旋转，杠杆21借助第2连杆26c以支点23为中心旋 转。而且，通过杠杆21的以始点23为中心的旋转，借助第1连杆26a、26b和 轴箱25a、25b使前后的车轮轴24a、24b分别以预定的转向角转向。

在搭载了该本发明的转向机构的、例如以电机为驱动源的铁道车辆用转 向架中，在如图13的黑色箭头所示进行了转向的情况下，齿轮装置、单元制 动器难以应对车轮轴的旋转。

因而，作为搭载了本发明的转向机构的铁道车辆用转向架，与以马达为 驱动源的普通的铁道车辆用转向架相比，期望如图13所示，用在没有齿轮装 置而是具有盘形制动器28因而容易进行应对的利用线性感应马达29行驶的 线性车辆中。

本发明当然并不限于上述例子，只要是在权利要求书记载的技术思想的 范畴，当然也可以适当地改变实施方式。

附图标记说明

11转向架；12a前侧的车轮轴；12b后侧的车轮轴；21杠杆；22转 向架构架；23支点；24a、24b车轮轴；26a、26b第1连杆；26c第2连杆。