JP6132714B2

JP6132714B2 - 内軌用の踏面摩擦制御レール、外軌用の踏面摩擦制御レール、及び軌道

Info

Publication number: JP6132714B2
Application number: JP2013181179A
Authority: JP
Inventors: 満康大畠; 詠悟林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: JP2015048640A; US20160177513A1; WO2015029498A1

Description

本発明は、車両が走行する軌道に設けられた内軌用の踏面摩擦制御レール、外軌用の踏面摩擦制御レール、及びこれらを備えた軌道に関するものである。

鉄道車両が軌道の曲線区間を走行する際には、内軌レールを転動する車輪（内輪）と外軌レールを転動する車輪（外輪）とが同じ回転数で回転していること、及び、内軌レールと外軌レールとの間の回転半径の差異から、内輪と外輪の周速差が生じる。そして、このような周速差や遠心力の影響によって、内軌レールと内輪との間には軌道の線形に直交する方向に摩擦力が作用する。さらに、外輪は外軌レールとの間でスリップしなら転動することになり、外軌レールと外輪との間には軌道の線形に沿う方向に摩擦力が作用する。

従って、このような内輪、外輪における摩擦力によってカーブ区間でのスムーズな走行が妨げられ、きしり音が発生したり、著大な横圧が作用してレールや車輪が摩耗してしまうといった問題がある。具体的には図５に示すように、内軌レール１００の上面には波状摩耗１０１が生じて内輪が転動する際に転動音が生じる。また、外軌レール１１０における内軌レール１００側の側面には外輪のフランジが接触してこの側摩耗１１１が生じ、接触音が発生する。

このような問題を解決するため、車輪とレールとの間に、散水、塗油、潤滑剤の噴射等を行うことで車輪とレールとの間の摩擦力を低減する手法が従来から知られている。また、特許文献１には、車両の走行時に発生する騒音を低減するため、上面に走行方向に対して斜めに溝を形成したレールが開示されている。

ところで、上述したレールと車輪との間で生じる摩擦力を低減するには、これら車輪とレールとが接触する面積を低減することで達成可能である。この点で、特許文献１に記載のレールには溝が形成されていることで、レールと車輪との接触面積を低減することは可能である。

特開２００５−１３９６０５号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、車輪とレールとの間に生じる摩擦力の方向とは異なる方向に溝が形成されており、十分な摩擦力低減を図ることができないといった問題がある。さらに、車両はレールの延在方向の両方向に走行する可能性があり、特許文献１に記載された溝では、このように車両の走行方向が転換された場合には溝の形成パターンが変化することになる。よって、車両の走行方向の違いによって、摩擦力低減効果に差異が生じ、安定的に摩擦低減効果を得ることができない可能性がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、簡易な構造で、レールと車輪の間の摩擦力を低減可能な内軌用の踏面摩擦制御レール、外軌用の踏面摩擦制御レール、及び軌道を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る内軌用の踏面摩擦制御レールは、車両が走行する軌道の線形に沿って湾曲して設けられて、該車両の内輪が接触して転動する内輪接触面を備え、前記内輪接触面には、前記線形に沿う方向に間隔をあけて該線形に直交する方向に延びる複数の溝が形成されていることを特徴とする。

このような内軌用の踏面摩擦制御レール（以下、単に内軌レールとする）によれば、軌道線形に沿って内軌レールが湾曲している区間、即ち、軌道の曲線区間を車両が走行すると、曲線の内側に位置する車輪である内輪が内輪接触面上を転動する。ここで、内輪接触面には溝が形成されているため、内輪接触面と内輪との接触面積を低減することができる。またこの溝は、軌道の線形に直交して形成されているため、車両が曲線区間を走行している際には、軌道の線形に沿う方向に直交する方向へ生じる摩擦力を低減することができる。さらにこのように線形に沿う方向に直交するように溝を形成することで、車両の走行方向が転換された場合であっても、溝の形成パターンが変化することがない。このため、車両の走行方向に関わらず、安定的に摩擦力低減効果を得ることができる。

さらに、前記溝は、前記内輪接触面のみに形成されていてもよい。

曲線区間を車両が走行する際には、内輪と外輪との間の周速差、及び遠心力によって、内輪は回転半径方向の外側に寄った状態で車両が走行する。従って、内輪は、内軌レールの上面全体に接触せず、内輪接触面のみに接触することになる。よって、内輪接触面のみに溝を形成することで、効率的に内輪と内輪接触面との間の摩擦力低減を図ることができる。

また、本発明に係る外軌用の踏面摩擦制御レールは、車両が走行する軌道の線形に沿って湾曲して設けられて、該車両の外輪が接触して転動する外輪接触面を備え、前記外輪接触面には、前記線形に直交する方向に間隔をあけて該線形に沿う方向に延びる複数の溝が形成されていることを特徴とする。

軌道線形に沿って外軌用の踏面摩擦制御レールが湾曲している区間、即ち、軌道の曲線区間を車両が走行すると曲線の外側に位置する車輪である外輪が外輪接触面上を転動する。ここで、外輪接触面には溝が形成されているため、外輪接触面と外輪との接触面積を低減することができる。またこの溝は、軌道の線形に沿って形成されているため、車両が曲線区間を走行中は、軌道の線形に沿う方向へ生じる摩擦力を低減することができる。さらにこのような線形に沿うように溝を形成することで、車両の走行方向が転換された場合であっても、溝の形成パターンが変化することがない。このため、車両の向に関わらず、安定的に摩擦力低減効果を得ることができる。

さらに、本発明に係る軌道は、上記の内軌用の踏面摩擦制御レールと、上記の外軌用の踏面摩擦制御レールとを備えることを特徴とする。

このような軌道によれば、内軌用の踏面摩擦制御レールにおける内輪接触面と内輪との間で、軌道の線形に直交する方向への摩擦力を低減できるとともに、外軌用の踏面摩擦制御レールにおける外輪接触面と外輪との間では、軌道の線形に沿う方向への摩擦力を低減できる。従って、より効果的に摩擦力低減を図ることができる。

本発明の内軌用の踏面摩擦制御レール、外軌用の踏面摩擦制御レール、及び軌道によると、溝を軌道の線形に応じた方向に形成することで、簡易な構造で車輪とレールとの間の摩擦力を低減可能である。

本発明の実施形態に係る軌道及び、軌道上を転動する車輪を示す上面図である。本発明の実施形態に係る軌道を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る軌道及び、軌道上を転動する車輪を示す正面図である。本発明の実施形態の変形例に係る軌道を示す斜視図である。仮に、内軌レール及び外軌レールに溝が形成されていない場合の、内軌レール及び外軌レールの摩耗の様子を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る軌道１について説明する。
図１に示すように、軌道１は、鉄道車両（以下、車両とする）の下部に設けられた台車における車輪２０が転動することで、この車両を走行可能にしている。
軌道１は、直線区間２と曲線区間３とを有している。この曲線区間３では、軌道１は、一対のレール１０として、曲線の内側に位置する内軌レール１１（内軌用の踏面摩擦制御レール）と曲線の外側に位置する外軌レール１５（外軌用の踏面摩擦制御レール）とを備え、これら内軌レール１１及び外軌レール１５は、軌道１の線形に沿って湾曲して設けられている。

なお、これら内軌レール１１及び外軌レール１５は、図示しないが、バラスト及び枕木や、軌道スラブによって下方から支持されている。

図２に示すように、内軌レール１１は、曲線の内側に位置する車輪２０である内輪２１の踏面２１ａ（図１及び図３参照）が接触する上面１２を有し、内軌レール１１の延在方向に直交する断面がI字型をなす鋼製の部材である。この上面１２は、内輪２１が転動可能となるように平坦に形成されている。

ここで、図３に示すように、曲線区間３を車両が走行する際には、内輪２１は、内輪２１と外輪２２との間の周速差、及び遠心力によって、内輪２１は回転半径方向の外側に寄った状態で内軌レール１１の上面１２を転動することになる。
このように、内軌レール１１の上面１２うち、車両の走行時に内輪２１の踏面２１ａが接触する部分を内輪接触面１３とする。

そして、図２に示すように、内輪接触面１３には、軌道１の延在方向である軌道１の線形に沿う線形方向に間隔をあけて、線形方向に直交する幅方向に、互いに平行延びる複数の溝１４が形成されている。本実施形態では、内輪接触面１３のみでなく内軌レール１１の上面１２全体に、即ち、直交方向の一端側から他端側まで全域にわたって各溝１４が形成されている。また、これら溝１４同士は線形方向に等間隔に規則的に形成されている。

外軌レール１５は、曲線の外側に位置する車輪２０、即ち外輪２２の踏面２２ａが接触する上面１６を有し、内軌レール１１同様に、外軌レール１５の延在方向に垂直な断面がI字型をなす鋼製の部材である。この上面１６は、外輪２２が転動可能となるように平坦に形成されている。以下、この上面１６を外輪接触面１７とする。

また、この外軌レール１５における外輪接触面１７には、上記幅方向に間隔をあけて、軌道１の線形に沿う方向に互いに平行に延びる複数の溝１８が形成されている。この溝１８は外軌レール１５の上面１６である外輪接触面１７全体に形成されている。また、これら溝１８同士は幅方向に等間隔に規則的に設けられている。

このような軌道１によると、軌道１の曲線区間３を車両が走行すると、内輪２１が内輪接触面１３上を転動する。ここで、内軌レール１１の上面１２全体には溝１４が形成されているため、この内輪接触面１３と内輪２１との接触面積を低減することができる。

ここで、内軌レール１１の内輪接触面１３の摩耗量をＲ（ｍｍ）、比摩耗量をＫ（ｍｍ^３／Ｎｍ）、内軌レール１１の内輪接触面１３に内輪２１から作用する面圧をＰ（ＭＰａ）、内輪２１と内軌レール１１との間の相対速度であるすべり速度をＶ（ｍ／ｍｉｎ）、内軌レール１１を内輪２１が転動する時間をＴ（ｍｉｎ）とする。そして、内軌レール１１の摩耗量は、以下の式（１）で表すことができる。

Ｒ＝Ｋ×Ｐ×Ｖ×Ｔ・・・・・（１）

比摩耗量Ｋとは、一般に、材料に１（Ｎ）の力が働いた状態で１（ｍ）摩耗させた場合の、材料の摩耗体積（ｍｍ^３）を示すものである。

従って、内軌レール１１の内輪接触面１３と内輪２１との接触面積を低減することで、この比摩耗量Ｋを低減することができ、結果として内軌レール１１の摩耗量Ｒの低減が可能となる。

さらに、車両が曲線区間３を走行中は、内軌レール１１と内輪２１との間には幅方向へ摩擦力が生じる。そして、内軌レール１１における溝１４は幅方向に形成されているため、この幅方向への摩擦力を効果的に低減することができる。

そして、外軌レール１５の外輪接触面１７には溝１８が形成されているため、外輪接触面１７と外輪２２との接触面積を低減することができる。そして上記の比摩耗量Ｋを低減することができ、結果として、上述した式（１）によって外軌レール１５の摩耗量Ｒの低減が可能となる。

また、車両が曲線区間３を走行中は、外軌レール１５と外輪２２との間には線形方向へ摩擦力が生じる。そして、外軌レール１５における溝１８は線形方向に形成されているため、この線形方向への摩擦力を効果的に低減することができる。

また、内軌レール１１では幅方向に溝１４を形成し、外軌レール１５では線形方向に溝１８を形成することで、車両の走行方向が転換された場合であっても、これら溝１４、１８の形成パターンが変化することがない。このため、車両の走行方向に関わらず、安定的に摩擦力低減効果を得ることができる。

本実施形態の軌道１によると、溝１４、１８を軌道１の線形に応じた方向に形成することで、簡易な構造で車輪２０とレール１０との間の摩擦力を低減可能である。

ここで、図４に示すように、内軌レール１１の溝１４は、内軌レール１１の上面１２のうち、内輪接触面１３のみに形成されていてもよい。即ち、回転半径方向の外側となる外軌レール１５側の端部から、内軌レール１１の上面１２の中途位置まで、溝１４が直交方向に形成されている。

上述したように、曲線区間３を車両が走行する際には、内輪２１は回転半径の径方向外側に寄った状態で内軌レール１１上を転動することになる。このため、内輪２１の踏面２１ａは内輪接触面１３のみに接触する。

従って、この内輪接触面１３のみに溝１４を形成することで、効率的に内輪２１と内輪接触面１３との間の摩擦力低減を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、内軌レール１１の溝１４、及び外軌レール１５の溝１８は、必ずしも等間隔で規則的に形成されていなくともよい。しかしながら、溝１４、１８同士の間隔の不規則性の度合いが大きくなると、車輪２０がレール１０を転動する際の振動発生を助長し、レール１０、車輪２０の摩耗が大きくなる可能性がある。このため、溝１４、１８同士は等間隔に規則的に形成されていることが好ましい。

また、必ずしも内軌レール１１及び外軌レール１５の両方に溝１４、１８を形成する必要はなく、いずれか一方のみに形成してもよい。

１…軌道２…直線区間３…曲線区間１０…レール１１…内軌レール（内軌用の踏面摩擦制御レール）１２…上面１３…内輪接触面１４…溝１５…外軌レール（外軌用の踏面摩擦制御レール）１６…上面１７…外輪接触面１８…溝２０…車輪２１…内輪２２…外輪１００…内軌レール１０１…外軌レール１１０…波状摩耗１１１…側摩耗

Claims

車両が走行する軌道の線形に沿って湾曲して設けられて、該車両の内輪が接触して転動する内輪接触面を備え、
前記内輪接触面には、前記線形に沿う方向に間隔をあけて該線形に直交する方向に延びる複数の溝が形成されていることを特徴とする内軌用の踏面摩擦制御レール。
前記溝は、前記内輪接触面のみに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内軌用の踏面摩擦制御レール。
車両が走行する軌道の線形に沿って湾曲して設けられて、該車両の外輪が接触して転動する外輪接触面を備え、
前記外輪接触面には、前記線形に直交する方向に間隔をあけて該線形に沿う方向に延びる複数の溝が形成されていることを特徴とする外軌用の踏面摩擦制御レール。
請求項１又は２に記載の内軌用の踏面摩擦制御レールと、
請求項３に記載の外軌用の踏面摩擦制御レールと、
を備えることを特徴とする軌道。