JP6600282B2 - 転覆防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の転覆を防止するための構造に関する。

鉄道車両が限界風速以上の強い横風を受けると車体がレールから持ち上がり側方へ転覆する。転覆を防止するための技術としては、例えば、車体下部の車両限界内にパンタグラフ構造で電磁石を垂下する一方で車両の姿勢を監視し、転覆の危険性が高くなると電磁石を通電させてレールに接近させ、電磁石をレールに吸着させて転覆を防止する技術（例えば、特許文献１を参照）などが知られるところである。

特開２０１２−２０１１７９号公報

鉄道車両の転覆は、地震によって車体が横揺れした場合にも起こり得る。特許文献１で開示されている技術によれば、電磁石を作動させる電力が確保できる限りにおいては地震に起因する転覆も防止できる。しかし、昨今の大型地震を鑑みれば必ずしも常に電力を確保できるとは限らない。例えば、新幹線においては大型地震発生時に電車線への通電が遮断される。

また、地震発生時に限らず、無電源で転覆を防止することができれば、省電力の観点から有用である。

本発明は、無電源で鉄道車両の転覆を防止する技術を提供するために考案されたものである。

上述した課題を解決するための第１の発明は、左右レールの外側の道床上にレール長手方向に沿って配置された地上側支持体と、当接部の車両長手方向の長さが少なくとも車両長の１／３の長さを有し、車両前方から見て左右車輪の外側の車体下で、且つ、車両上方から見て前後の台車間に車両長手方向に沿って配置された車上側支持体と、を具備し、隣り合う前記地上側支持体の間隔が、前記車上側支持体の前記当接部の長さよりも短い長さとなるように前記地上側支持体が配置され、車両が転覆方向へ傾斜した際に前記車上側支持体の前記当接部が前記地上側支持体に接触して転覆を防止する転覆防止構造である。

第１の発明によれば、車両へロール方向の力が作用して車体が傾くと、車上支持体が地上側支持体に当たってロール方向の力を支え、車体のローリングを抑制して転覆を防止できる。車上側支持体と地上側支持体の何れも電気的な制御や電気的な駆動要素を持たないので、無電源でパッシブな方法で鉄道車両の転覆を防止することができる。よって、大きな地震など、電源が断たれる可能性のある異常な状況でも確実に転覆を防止できる。

また、地上側支持体にはレールに沿った切れ目のない連続的な設置が望まれるところであるが、道床上には信号線やポイントなどを配置せざるを得ず、それらを避けるためにどうしても地上側支持体の配置には欠損部ができてしまう。それでも、第１の発明によれば、車上側支持体の長さを少なくとも車両長の１／３以上とし、隣り合う地上側支持体の間隔が車上側支持体の長さよりも短い長さとなるように地上側支持体を配置することで、欠損部があったとしても当該欠損部を跨ぐようにして車上側支持体と地上側支持体との十分な接触を確保できる。

第２の発明は、前記車上側支持体の前記当接部が、車両前方から見て車両限界の底部の左右両端に位置するように設けられている、第１の発明の転覆防止構造である。

第２の発明によれば、車両限界の規定を守りつつ効果的に転覆を防止する構造とすることができる。

第３の発明は、前記車上側支持体が、車両長手方向の両端部に傾斜面を有する、第１又は第２の発明の転覆防止構造である。

第３の発明によれば、走行中に車両が傾斜した際に、最初に車上側支持体が地上側支持体に接触する際の衝突角を緩やかにして、車上側支持体が地上側支持体にめり込むのを防ぎ、衝撃荷重の発生を逃がすことができる。

第４の発明は、前記地上側支持体の上面の高さが、レール頭頂面より高く、且つ、建築限界を満たす位置に配置された、第１〜第３の何れかの発明の転覆防止構造である。

第４の発明によれば、建築限界の規定を守りつつ効果的に転覆を防止する構造とすることができる

第５の発明は、前記台車がボギー台車であり、前記地上側支持体は、曲線区間では、直線区間に比べて、曲線内側の前記地上側支持体が直近レールから離隔し、曲線外側の前記地上側支持体が直近レールに接近して、走行する車両の前記車上側支持体と対向するように位置決めされた、第１〜第４の何れかの発明の転覆防止構造である。

第５の発明によれば、ボギー車両であっても、また曲線区間走行時であっても、同様に転覆を防止することができるようになる。

第６の発明は、前記地上側支持体の上面左右幅が、前記車上側支持体の前記当接部の下面左右幅よりも広い、第１〜第５の何れかの発明の転覆防止構造である。

第６の発明によれば、走行中の車両の車上側支持体が確実に地上側支持体の上面に接触できるようになる。

第７の発明は、前記地上側支持体が、上面左右幅が３００〜３４０ｍｍであり、前記車上側支持体は、前記当接部の下面左右幅が１００〜１５０ｍｍである、第６の発明の転覆防止構造である。

第７の発明によれば、国内の一般的な鉄道において適切なサイズの転覆防止構造を実現できる。

なお、転覆防止構造の構造は、適宜選択可能であるが、第８の発明として、前記車上側支持体は、トラス構造を有する、第１〜７の何れかの発明の転覆防止構造を構成すると好適である。

転覆防止構造及びその作用効果を説明するための鉄道車両及び軌道を正面から見た模式図。 転覆防止構造を説明するための鉄道車両及び軌道の走行方向に向かって左側面の模式図。 車両限界及び建築限界と転覆防止構造との位置関係及び寸法関係の一例を示す図。 直線区間における地上側支持体の配置例を示す車両及び軌道を上から見た模式図。 曲線区間における地上側支持体の配置例を示す車両及び軌道を上から見た模式図。 在来線の電車の規格及び使用条件における、線形と、軌道中心と地上側支持体の部材幅中心との間隔と、地上側支持体の左右幅との例を示す表。 本発明をコンテナ用の鉄道車両に適用した場合の例を示す図。

以下、本発明を適用した鉄道車両の転覆を防止するための構造である転覆防止構造の実施形態の一例を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。

図１は、本実施形態における転覆防止構造及びその作用効果を説明するための鉄道車両及び軌道を正面から見た模式図である。
図２は、本実施形態における転覆防止構造を説明するための鉄道車両及び軌道の走行方向に向かって左側面の模式図である。
図３は、車両限界及び建築限界と転覆防止構造との位置関係及び寸法関係の一例を示す図である。なお、図３における括弧内のイタリック書体の数字は寸法例である。

図１に示すように、転覆防止構造２は、鉄道車両８の左右側部より下方に向けて設けられた車上側支持体２１と、左右のレール４の外側の道床６の上にレール長手方向に沿って配置された地上側支持体２２と、を有する。そして、鉄道車両８が転覆方向へ傾斜した際には、車上側支持体２１の下端部が地上側支持体２２に接触して転覆を防止する。

図２に示すように、本実施形態の鉄道車両８は、前後それぞれに設けられた２台のボギー台車８２上に客室が形成されたボギー車両であり、車上側支持体２１はその台枠に取り付けられている。客室のフレームが十分な剛性・強度を有する場合には、車上側支持体２１を当該フレームに取り付ける構成であってもよい。

具体的には、車上側支持体２１は、車両側方（又は車両上方）から見ると、前後のボギー台車８２の間に車両長手方向に沿って設けられており、車両前方から見ると、ボギー台車の左右車輪の外側の車体下（図１参照）に、より具体的には車両限界９１の底部の左右両端位置（図３参照）に配置されている。本実施形態では車上側支持体２１を左右それぞれ１体として示しているが、左右それぞれで複数体の車上側支持体２１を設ける構成も可能である。

車上側支持体２１それ自体は、鋼材等の金属材のトラス構造で実現できる。トラス構造とすることで、床下機器（図２では図示省略）との干渉防止と、床下機器の点検スペースの確保、そして、必要十分な強度の確保を同時に実現している。材質は、十分な強度を確保できるならば非金属材料で実現してもよい。なお、車上側支持体２１は、トラス構造に限らず、ラーメン構造などその他の構造形式で実現してもよい。

車上側支持体２１の最下端は、転覆防止として機能する際には、地上側支持体２２と接触する当接部２１３となる。よって、車上側支持体２１は、当接部２１３が地上側支持体２２と衝突・接触しても、鉄道車両８に作用しているロール方向の荷重を受けることができるように設計される。

また、車上側支持体２１の車両長手方向の両端部には、傾斜面２１１が設けられており、走行中の車上側支持体２１と地上側支持体２２との衝突角を緩やかにして、車上側支持体２１が地上側支持体２２にめり込むのを防ぐとともに、衝突時の荷重を逃がして衝撃荷重の発生を抑制することができる。その意味において、傾斜面２１１と当接部２１３との接続部は、スキー板の先端部（そり部分）とソール部（滑走部分）との接続のように滑らかに接続させるとよい。

地上側支持体２２は、鋼やプレキャストコンクリート、木材、樹脂などを素材とする板状又は棒状の矩形断面体（中空・中実は問わない）で実現される。車上側支持体２１との衝突に伴って弾性変形や一部破損を伴うことで衝突エネルギーを分散・消耗する内部構造を有するとしてもよい。

長手方向については、地上側支持体２２は、左右のレール４の外側の道床６上にレール長手方向に沿って、隣り合う地上側支持体２２の間隔Ｌ（地上側支持体２２の配置の欠損部）が、車上側支持体２１の当接部２１３の長さよりも短い長さとなるように配置されている（図２参照）。道床上に、地上側支持体２２を配置することができない箇所（例えば、信号線の設置箇所やポイントのレール交差部など）がある場合には、この間隔Ｌを利用する。

そして、高さ方向については、地上側支持体２２は、上面の高さがレール４の頭頂面より高く、且つ、建築限界９２を満たす位置に配置されている（図３参照）。
また、幅方向については、地上側支持体２２は、走行中の車体横揺れを考慮して、上面左右幅が車上側支持体２１の当接部２１３の下面左右幅よりも広く設定されている（図３参照）。概ね、当接部２１３の下面左右幅よりも３倍程度の幅に設定されている。

図４は、直線区間における地上側支持体２２の配置例を示す車両及び軌道を上から見た模式図である。すなわち、直線区間においては、レール４の左右それぞれに配置される地上側支持体２２は、軌道中心線５（レール間中心線）より等距離又は略等距離の位置にて、仮に鉄道車両８が停止していると仮定した場合に、車上側支持体２１が地上側支持体２２の左右真上又は略真上に位置する位置関係で設置される。

一方、曲線区間においては、図５に示すように、地上側支持体２２は当該区間を走行する鉄道車両８の偏倚量やカント量に応じて軌道中心線５よりオフセットして設置される。具体的には、地上側支持体２２は、曲線区間では、直線区間に比べて、曲線内側の地上側支持体２２が直近のレール４から離隔し、曲線外側の地上側支持体２２が直近のレール４に接近して、曲線区間を走行する鉄道車両８の車体前後中央部が曲線内側方向に偏倚しても、車上側支持体２１（より詳細には当接部２１３）と地上側支持体２２とが確実に対向するように位置決めされる。

図６に、在来線の電車の規格及び使用条件における線形それぞれに対する、軌道中心と地上側支持体２２の部材幅中心との間隔と、地上側支持体２２の左右幅（軌道横断方向幅）との例を示す。なお、当接部２１３における接触面圧等の関係から、車上側支持体２１の当接部２１３の長さを車両長の少なくとも１／３以上として、これらの数値を適用すると好適である。より具体的には、車両長２０ｍとして、当接部２１３を少なくとも６〜８ｍ程度以上とするのが望ましい。

また、地上側支持体２２は、上面左右幅を３００〜３４０ｍｍの間の長さとし、車上側支持体２１は、当接部２１３の下面左右幅を１００〜１５０ｍｍの間の長さとすると好適である。

以上、本実施形態によれば、車両限界や建築限界の規定を守りつつも、鉄道車両８が転覆しそうになって傾くと、車上側支持体２１が地上側支持体２２に当たってロール方向の荷重を支え、車体のローリングを抑制して転覆を防止できる。車上側支持体２１と地上側支持体２２の何れも電気的な制御や電気的な駆動要素を持たないので、無電源でパッシブな方法で鉄道車両８の転覆を防止することができる。よって、例えば大きな地震など、電源が断たれる可能性のある異常な状況でも確実に転覆を防止できる。

また、地上側支持体２２にはレールに沿った切れ目のない連続的な設置が望まれるところであるが、道床上には信号線の設置箇所やポイントのレール交差部などがあるため、それらを避けるためにどうしても地上側支持体２２の配置には欠損部ができてしまう。それでも、車上側支持体２１の当接部２１３の長さを少なくとも車両長の１／３以上とすることで、欠損部があったとしても当該欠損部を跨ぐようにして車上側支持体２１と地上側支持体２２との接触を確保できる。

〔変形例〕
ここまで、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は上記形態に限定されるものではなく適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

例えば、上記実施形態では、鉄道車両８を旅客用の車両として例示したが、図７に示すようなコンテナ３を積載するコンテナ用の鉄道車両８Ｂや、その他の種類の鉄道車両についても同様に適用することができる。

また、地上側支持体２２の配置は、車両が走行する全区間とするのではなく、風速の高い横風が発生し得る区間（例えば、海岸沿いを走行する区間など）に限定したり、転覆発生時の危険度の高い橋梁上などの区間に限定したりといった特定区間とすることもできる。

２…転覆防止構造
２１…車上側支持体
２１１…傾斜面
２１３…当接部
２２…地上側支持体
３…コンテナ
４…レール
５…軌道中心線
６…道床
８…鉄道車両
８２…ボギー台車
９１…車両限界
９２…建築限界

Claims (8)

1. 左右レールの外側の道床上にレール長手方向に沿って配置された地上側支持体と、
   当接部の車両長手方向の長さが少なくとも車両長の１／３の長さを有し、車両前方から見て左右車輪の外側の車体下で、且つ、車両上方から見て前後の台車間に車両長手方向に沿って配置された車上側支持体と、
   を具備し、隣り合う前記地上側支持体の間隔が、前記車上側支持体の前記当接部の長さよりも短い長さとなるように前記地上側支持体が配置され、車両が転覆方向へ傾斜した際に前記車上側支持体の前記当接部が前記地上側支持体に接触して転覆を防止する転覆防止構造。
2. 前記車上側支持体は、前記当接部が、車両前方から見て車両限界の底部の左右両端に位置するように設けられている、
   請求項１に記載の転覆防止構造。
3. 前記車上側支持体は、車両長手方向の両端部に傾斜面を有する、
   請求項１又は２に記載の転覆防止構造。
4. 前記地上側支持体は、上面の高さが、レール頭頂面より高く、且つ、建築限界を満たす位置に配置された、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の転覆防止構造。
5. 前記台車はボギー台車であり、
   前記地上側支持体は、曲線区間では、直線区間に比べて、曲線内側の前記地上側支持体が直近レールから離隔し、曲線外側の前記地上側支持体が直近レールに接近して、走行する車両の前記車上側支持体と対向するように位置決めされた、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の転覆防止構造。
6. 前記地上側支持体は、上面左右幅が、前記車上側支持体の前記当接部の下面左右幅よりも広い、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の転覆防止構造。
7. 前記地上側支持体は、上面左右幅が３００〜３４０ｍｍであり、
   前記車上側支持体は、前記当接部の下面左右幅が１００〜１５０ｍｍである、
   請求項６に記載の転覆防止構造。
8. 前記車上側支持体は、トラス構造を有する、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の転覆防止構造。

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