铁道车辆用的摇头抑制装置及包含该摇头抑制装置的铁道车辆的制作方法

本发明涉及铁道车辆用的摇头抑制装置及包含该摇头抑制装置的铁道车辆。

背景技术：

在铁道车辆中，随着行进而产生摆动运动等车身运动。作为车身运动，例如能够列举出横摆(swaying)、摇头(yawing)。摇头是将车辆的上下方向的轴线作为中心的车身的摆动运动。

若产生上述那样的车身运动，则乘坐舒适性恶化。因此，为了提升乘坐舒适性，需要抑制车身运动。作为抑制车身运动的技术，以往提出了各种各样的技术。

日本特开2004－90849号公报(专利文献1)公开了用于减少铁道车辆的摇摆的技术。该技术的铁道车辆具备用于阻断在地板下横穿的空气流的构件。日本特开2007－139100号公报(专利文献2)公开了具有用于缓和振动的传递和冲击的缓冲橡胶的车辆的防振装置。日本特开2009－149304号公报(专利文献3)公开了铁道车辆的减侧滚装置。该减侧滚装置包含开启/关闭切换机构。

日本特开2012－19661号公报(专利文献4)公开了包含线性运动驱动器的铁道车辆用的摆动控制装置。该摆动控制装置包含线性运动驱动器和用于主动地控制该线性运动驱动器的驱动的控制装置。在使用线性运动驱动器的摆动控制装置中，用于控制线性运动驱动器的装置是不可欠缺的。因此，该摆动控制装置较昂贵。并且，该摆动控制装置有可能在不能正确地检测车身运动的情况下不发挥功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－90849号公报

专利文献2：日本特开2007－139100号公报

专利文献3：日本特开2009－149304号公报

专利文献4：日本特开2012－19661号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

根据上述的状况，现在寻求更廉价且不依赖电控制的摇头抑制装置。本发明的目的之一在于，提供一种更廉价且可靠性较高的铁道车辆用的摇头抑制装置。

用于解决问题的方案

本发明的一个技术方案的摇头抑制装置是用于抑制包含第1转向架和第2转向架的铁道车辆的车身摇头的铁道车辆用的摇头抑制装置。该装置包括：扭杆；第1连接构件，其用于连接所述第1转向架和所述扭杆的第1部分；以及第2连接构件，其用于连接所述第2转向架和所述扭杆的第2部分。所述第1连接构件和所述第2连接构件以在所述第1转向架相对于所述车身的宽度方向的中心线而言的水平方向上的相对位置与所述第2转向架相对于所述中心线而言的水平方向上的相对位置不同时使所述扭杆产生周向的扭转的方式连接扭杆和所述第1转向架及所述第2转向架。

本发明的一个技术方案的铁道车辆包含车身、用于支承所述车身的第1转向架和第2转向架、以及本发明的铁道车辆用的摇头抑制装置。

发明的效果

根据本发明，能获得更廉价且可靠性较高的铁道车辆用的摇头抑制装置。

附图说明

图1是示意性地表示第1实施方式的摇头抑制装置与转向架之间的关系的一个例子的俯视图。

图2是示意性地表示第1实施方式的摇头抑制装置所包含的第1连接构件的一个例子的立体图。

图3是用于说明第1实施方式的摇头抑制装置的功能的俯视图。

图4是示意性地表示图3的状态下的第1连接构件的功能的立体图。

图5是示意性地表示图3的状态下的第2连接构件的功能的立体图。

图6是示意性地表示第1实施方式的摇头抑制装置所包含的第1连接构件的另一个例子的立体图。

图7是示意性地表示第2实施方式的铁道车辆的一个例子的侧视图。

图8是表示与车身的摇头加速度的经时变化相关的分析结果的图表。

图9是表示与车身的摇头的功率谱密度(psd)相关的分析结果的图表。

具体实施方式

基于深入研究的结果，本申请发明人新近发现利用特定的构造特别能够抑制铁道车辆的车身的摇头。本发明基于该新的见解。

以下，说明本发明的实施方式。另外，在以下的说明中，举例说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于以下说明的例子。在以下的说明中，有时例示出具体的数值、材料，但只要能获得本发明的效果，就也可以应用其他的数值、材料。

本实施方式的摇头抑制装置是铁道车辆用的摇头抑制装置。该摇头抑制装置用于抑制包含第1转向架和第2转向架的铁道车辆的车身的摇头。该摇头抑制装置包含：扭杆；第1连接构件，其用于连接第1转向架和扭杆的第1部分；以及第2连接构件，其用于连接第2转向架和扭杆的第2部分。以下，有时将第1转向架相对于车身的宽度方向的中心线而言的水平方向上的相对位置称作“相对位置p1”，有时将第2转向架相对于车身的宽度方向的中心线而言的水平方向上的相对位置称作“相对位置p2”。第1连接构件和第2连接构件以在相对位置p1与相对位置p2不同时使扭杆产生周向的扭转的方式将扭杆与第1转向架和第2转向架连接起来。

车身的宽度方向的中心线是指在从上方观看时通过车身的宽度方向(与车身的长度方向垂直的方向)的中心的线。以下，有时将车身的宽度方向的中心线称作“中心线ct”。此外，有时将第1转向架的宽度方向的中心线称作“中心线c1”，有时将第2转向架的宽度方向的中心线称作“中心线c2”。能够根据中心线c1(第1转向架的中心线)相对于中心线ct(车身的中心线)而言的水平方向上的位置求出相对位置p1。同样，能够根据中心线c2(第2转向架的中心线)相对于中心线ct(车身的中心线)而言的水平方向上的位置求出相对位置p2。

若相对位置p1与相对位置p2之差变大，则车辆的摇头也变大。在上述的摇头抑制装置中，在相对位置p1与相对位置p2不同的情况下使扭杆产生周向的扭转。此时，为了解除扭转，利用扭杆的反作用力对第1转向架和第2转向架施加力。即，在相对位置p1与相对位置p2之差变大的情况下，利用扭杆产生减小该差的力。因此，采用本实施方式的装置，能够抑制车辆的摇头。由于本实施方式的装置不需要电的控制装置，因此具有可靠性较高且廉价这样的特征。

扭杆典型地讲是圆柱状，但既可以是棱柱状，也可以仅有一部分是圆柱状。或者，扭杆既可以是圆筒状，也可以仅有一部分是圆筒状。例如也可以是，在利用支承构件将扭杆以能够在周向上旋转的状态支承的情况下，仅由支承构件支承的部分是圆柱状或者圆筒状。

在本实施方式的摇头抑制装置中，利用相对于对扭杆施加的力而言的反作用力来抑制摇头。因此，扭杆使用产生能够抑制摇头的反作用力的扭杆。作为该扭杆的一个例子，例如能够列举出直径为100mm以上(例如100mm～200mm的范围)、jis规格的sup9(横向弹性系数78450n/mm²)的圆棒。但是，在本实施方式中使用的扭杆并不限定于此。作为扭杆的材质，例如能够列举出弹簧钢(jis规格的sup3、sup6、sup7、sup9、sup10、sup12等)。

只要是能获得本发明的效果的结构，第1转向架和第2转向架的结构就没有特别限定。第1转向架和第2转向架也可以与众所周知的转向架同样包含构造构件(侧梁、横梁、其他的构造构件)、悬架装置(牵引装置、支承装置、弹簧装置、其他的装置)以及其他的构件、装置。通常，第1连接构件连接于第1转向架的构造构件，第2连接构件连接于第2转向架的构造构件。例如也可以是，第1转向架和第2转向架各自具备横梁，在这些横梁连接有第1连接构件和第2连接构件。

也可以是，第1连接构件包含固定于第1部分(扭杆)的第1臂和构成用于连接第1臂和第1转向架的机构的至少一部分的轴承(例如球面轴承)。同样，也可以是，第2连接构件包含固定于第2部分(扭杆)的第2臂和构成用于连接第2臂和第2转向架的机构的至少一部分的轴承(例如球面轴承)。也可以是，第1连接构件和第2连接构件各自包含橡胶衬套等。

在本实施方式的摇头抑制装置中，也可以是，第1连接构件包含固定于第1部分(扭杆)的第1臂、配置于第1臂的第1轴承、支承于第1轴承的第1连结构件、以及用于连接第1连结构件和第1转向架的第2轴承。也可以是，第2连接构件包含固定于第2部分(扭杆)的第2臂、配置于第2臂的第3轴承、支承于第3轴承的第2连结构件、以及用于连接第2连结构件和第2转向架的第4轴承。采用该结构，在相对位置p1与相对位置p2不同时能够使扭杆产生周向的扭转。在该结构中，既可以是从第1轴承和第2轴承中选择的至少1个轴承是球面轴承，也可以是从第3轴承和第4轴承中选择的至少1个轴承是球面轴承。例如也可以是第1轴承和第3轴承使用球面轴承。或者也可以是第2轴承和第4轴承使用球面轴承。

另外，第1轴承～第4轴承只要是使利用这些轴承相连接的两个构件所成的角度中的与车身的中心线ct的方向垂直的面内的角度发生变化的轴承即可。在轴承的例子中，包含滑动轴承、滚动轴承以及其他的轴承。但是，为了应对两个转向架之间的距离发生变化的情况，优选的是，第1轴承～第4轴承中的至少1个轴承是球面轴承。

第1连结构件和第2连结构件使用能够将转向架的移动运动传递到扭杆的构件，例如使用由钢材(例如：jisg3101所规定的通常构造用轧制钢材(例如：ss400))构成的棒状构件。第1臂和第2臂也相同。

在本实施方式的摇头抑制装置中，也可以是，第1连结构件和第2连结构件中的至少1个连结构件包含减振器。例如也可以是，第1连结构件和第2连结构件各自包含减振器。通过使用减振器，从而能够进一步抑制摇头。减振器并没有特别的限定，也可以使用众所周知的减振器。

在本实施方式的摇头抑制装置中，也可以是，扭杆以能够在周向上旋转的状态支承于车身。在该情况下，摇头抑制装置包含用于将扭杆以能够在周向上旋转的状态支承于车身的1个以上支承构件(例如多个支承构件)。支承构件例如也可以是具有供扭杆贯通的贯通孔的支承构件。也可以在该贯通孔中配置有轴承等。

本实施方式的铁道车辆包含车身、用于支承车身的第1转向架和第2转向架、以及本实施方式的摇头抑制装置。采用该结构，能够抑制车身的摇头。铁道车辆包含车身和用于支承该车身的多个(例如两个)转向架。转向架沿着轨道行走。利用车身搬运乘客、货物。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(第1实施方式)

在第1实施方式中，说明本发明的摇头抑制装置的一个例子。图1是示意性地表示第1实施方式的摇头抑制装置和转向架的俯视图。

第1实施方式的摇头抑制装置100(以下有时称作“装置100”)是用于抑制铁道车辆的车身摇头的装置。铁道车辆包含第1转向架11、第2转向架12、车身13(参照图7)以及装置100。

装置100包含扭杆101、第1连接构件110以及第2连接构件120。第1连接构件110用于连接第1转向架11(具体地讲是转向架构架)和扭杆101的一个端部101a(第1部分)(参照图2)。第2连接构件120用于连接第2转向架12(具体地讲是转向架构架)和扭杆101的另一个端部101b(第2部分)(参照图5)。第1连接构件110和第2连接构件120以在相对位置p1与相对位置p2不同时使扭杆101产生周向的扭转的方式连接扭杆101和第1转向架11及第2转向架12。另外，如上所述，相对位置p1是第1转向架11相对于车身的宽度方向的中心线而言的水平方向上的相对位置，相对位置p2是第2转向架12相对于车身的宽度方向的中心线而言的水平方向上的相对位置。

在图1中，将车辆的行进方向fw(箭头fw)侧的转向架设为第1转向架11。第1转向架11和第2转向架12各自具有多个(例如两个)车轴ax。在各个车轴ax配置有两个车轮wh。车轴ax借助侧梁sb、横梁cb以及悬架装置(未图示)等连接于车身的构造构件。图1表示了转向架11和转向架12的构造构件(转向架构架)包含侧梁sb和横梁cb的一个例子，但本发明并不限定于此。

第1转向架11和第2转向架12分别在轨道1上行走。第1转向架11和第2转向架12借助悬架装置等支承和牵引车身。

图2示意性地表示第1连接构件110的立体图。第1连接构件110包含固定于扭杆101的端部101a的第1臂111、配置于第1臂111的第1轴承111a、支承于第1轴承111a的第1连结构件112、以及用于连接第1连结构件112和第1转向架11的第2轴承112a。在图2所示的一个例子中，第1连结构件112借助第2轴承112a连接于转向架11的横梁cb。

第1臂111固定于扭杆101的端部101a。因此，若在与行进方向垂直的面内第1臂111的角度发生变化，则第1臂111将扭杆101的中心轴线作为中心地旋转。即，在该情况下，使第1臂111产生将扭杆101的中心轴线作为旋转中心的旋转运动。

另一方面，第1臂111和第1连结构件112被第1轴承111a以能够旋转的方式支承。具体地讲，第1臂111以能够相对于第1连结构件112在与行进方向垂直的面内旋转的方式被支承。并且，第1连结构件112被第2轴承112a支承为能够相对于转向架11(横梁)旋转。具体地讲，第1连结构件112以能够相对于转向架11在与行进方向垂直的面内旋转的方式被支承。

参照图3说明装置100的功能。图3是从上方观看转向架11和转向架12的俯视图。另外，图3表示车身13的轮廓和车身13的中心线ct。优选的是，如图3所示，扭杆101的中心轴线与车身的中心线ct平行。还优选的是，如图3所示，扭杆101处于车身的中心线ct上。

如图3所示，考虑转向架11朝向行进方向fw而向右侧移动、转向架12朝向行进方向fw而向左侧移动的情况。图3表示车身13的宽度方向的中心线ct、第1转向架11的宽度方向的中心线c1以及第2转向架12的宽度方向的中心线c2。在该情况下，车身13的中心线ct与转向架11的中心线11c的水平方向上的差成为转向架11的相对位置p1。同样，车身13的中心线ct与转向架12的中心线12c的水平方向上的差成为转向架12的相对位置p2。在图3的情况下，相对位置p1与相对位置p2不同。另外，在图3中，用箭头p1’表示转向架11相对于中心线ct的相对位置p1，用箭头p2’表示转向架12相对于中心线ct的相对位置p2。

图4示意性地表示图3的情况下的第1臂111的角度与扭杆101的旋转之间的关系。在转向架11移动的同时，横梁cb向实线箭头的方向移动。在该情况下，第1臂111的角度如图4所示地进行变化，随之对扭杆101向箭头r1的方向施加扭转。具体地讲，以朝向行进方向fw逆时针地旋转的方式对扭杆101施加力。

图5示意性地表示图3的情况下的第2连接构件120的动作。第2连接构件120包含固定于扭杆101的端部101b的第2臂123、配置于第2臂的第3轴承123a、支承于第3轴承123a的第2连结构件124、以及用于连接第2连结构件124和第2转向架12的第4轴承124a。在图5所示的一个例子中，第2连结构件124借助第4轴承124a连接于转向架12的横梁cb。第3轴承123a具有与第1轴承111a相同的功能，第4轴承124a具有与第2轴承112a相同的功能。

参照图5，在转向架12如图3所示地移动的情况下，转向架12的横梁cb随着转向架12的移动而向实线箭头的方向移动。在该情况下，第2臂123的角度如图5所示地进行变化，随之对扭杆101向箭头r2的方向施加扭转。具体地讲，以朝向行进方向fw顺时针地旋转的方式对扭杆101施加力。

也可以是，将第1连接构件110的结构和第2连接构件120的结构设为完全相同的结构。采用上述的结构，在相对位置p1和相对位置p2相同的情况下，能够简单地防止使扭杆101产生扭转的状况。但是，在该情况下，使第1连接构件110的安装方向和第2连接构件120的安装方向相反。具体地讲，优选的是，第2连接构件120设为使第1连接构件110将车身的上下方向的轴线作为中心地旋转180°而成的配置(参照图1)。通过这样配置，从而在转向架11和转向架12相对于中心线ct向相反方向移动时能够使扭杆101产生扭转。

另外，轴承111a、112a、123a及124a只要能够进行上述的旋转，就没有特别的限定，也可以应用众所周知的轴承。另外，也可以是，这些轴承中的至少1个轴承使用球面轴承，例如也可以是，轴承112a和轴承124a使用球面轴承。通过使用球面轴承，从而在转向架11和转向架12之间的距离发生变化的情况下能够容易地应对。

在像以上那样第1转向架11和第2转向架12相对于中心线ct向相反方向移动的情况下，由第1连接构件110对扭杆101赋予的旋转的方向和由第2连接构件120对扭杆101赋予的旋转的方向相反。因此，使扭杆101在周向上产生扭转。在该情况下，使扭杆101产生相对于扭转而言的反作用力。该反作用力以减小相对位置p1与相对位置p2的差的方式进行作用。其结果，采用本发明的摇头抑制装置，抑制了相对位置p1与相对位置p2的差变大的状况。

另外，在第2转向架12朝向行进方向而向右侧移动了与第1转向架11相同的量的情况下，相对位置p1和相对位置p2变得相同。在该情况下，由第1臂111对扭杆101施加的旋转的方向和角度与由第2臂123对扭杆101施加的旋转的方向和角度变得相同。因此，在该情况下不使扭杆101发生扭转，也不产生由扭杆101的扭转引起的反作用力。即，在摇头抑制装置100中，相对位置p1与相对位置p2的差越大，则由扭杆101引起的反作用力越大。其结果，有效地抑制了摇头。

也可以是，第1连接构件110和第2连接构件120各自包含减振器。例如也可以是，第1连结构件112和第2连结构件124各自包含减振器。图6表示第1连结构件112包含减振器的第1连接构件110的一个例子。图6所示的第1连接构件110除了第1连结构件112包含减振器112d之外与图2所示的连接构件110相同。与图6所示的第1连接构件110同样，第2连接构件120也包含减振器则较佳。

(第2实施方式)

在第2实施方式中，说明包含本发明的摇头抑制装置的铁道车辆的一个例子。图7示意性地表示第2实施方式的铁道车辆。图7的铁道车辆10包含第1转向架11、第2转向架12、车身13以及本发明的摇头抑制装置100。也可以如图7所示，本发明的摇头抑制装置100包含用于将扭杆101以能够旋转的方式安装于车身13的支承构件102。支承构件102固定于车身的构造构件13a。扭杆101被支承构件102支承为能够旋转。第2实施方式的铁道车辆10包含本发明的摇头抑制装置。因此，抑制了车身13的摇头。

【实施例】

利用实施例更详细地说明本发明。在该实施例中，为了验证本发明的摇头抑制装置的效果，使用铁道车辆用的动态分析工具(simpackrail)进行分析。在该分析中，转向架质量假定为5684kg。此外，作为扭杆101，假定直径150mm的圆棒。作为圆棒，假定sup9(横向弹性系数78450n/mm²)。

在该实施例中，针对使用本发明的摇头抑制装置的情况(本发明例)和不使用本发明的摇头抑制装置的情况(比较例)求出车身的摇头加速度的经时变化和车身的摇头的功率谱密度(psd)。图8和图9表示上述的结果。

如图8和图9所示，本发明例的摇头加速度和psd与比较例的摇头加速度和psd相比大幅度减小。其结果，示出了利用本发明的摇头抑制装置有效地抑制了摇头。

产业上的可利用性

本发明能够应用于铁道车辆用的摇头抑制装置及使用该摇头抑制装置的铁道车辆。

附图标记说明

10、铁道车辆；11、第1转向架；12、第2转向架；13、车身；100、摇头抑制装置；101、扭杆；102、支承构件；101a、端部(第1部分)；101b、端部(第2部分)；110、第1连接构件；111、第1臂；111a、第1轴承；112、第1连结构件；112a、第2轴承；112d、减振器；120、第2连接构件；123、第2臂；123a、第3轴承；124、第2连结构件；124a、第4轴承；ct、车身的宽度方向的中心线；p1’、表示相对位置的箭头；p2’、表示相对位置的箭头。