(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向左右に夫々１個の空気ばねを有する空気ばね台車を進行方向前後に設置した鉄道車両における鉄道車両用高さ調整弁装置において、
前記各空気ばねの高さを夫々検出するセンサーと、
各空気ばねと高さ調整弁間に夫々介設された３ポート２位置の電磁弁と、
これら各電磁弁と前記各高さ調整弁を繋ぐ、配管及び途中に絞り弁を介設したバイパス配管と、
前記各センサーからの検出値を入力され、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差が閾値を超えた場合に、各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、前記各電磁弁に信号を出力する制御器を備えたことを特徴とする鉄道車両用高さ調整弁装置
【請求項２】
車両走行時、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差が２０〜５０ｍｍを超えた場合に、制御器は各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁に信号を出力することを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用高さ調整弁装置の制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の鉄道車両用高さ調整弁装置において、
各空気ばねの高さを夫々検出するセンサーに代えて、各空気ばねの内圧を夫々検出するセンサーを備え、
制御器では、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差に代えて、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出内圧の和同士の差が閾値を超えた場合に、各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁に信号を出力することを特徴とする鉄道車両用高さ調整弁装置。
【請求項４】
車両走行時、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出内圧の和同士の差が８０〜４００ｋＰａを超えた場合に、制御器は各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁に信号を出力することを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用高さ調整弁装置の制御方法。
【請求項５】
請求項１又は３記載の鉄道車両用高さ調整弁装置を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用空気ばね台車に設置する高さ調整弁装置及びこの高さ調整弁装置の車両走行時における制御方法並びにこの高さ調整弁装置を備えた鉄道車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両は、図３（ａ）に示すように、１車両内の各空気ばね１は個々に高さ調整弁２を設置され、これら高さ調整弁２で検出された高さ変化に対応した高さ調整弁２の給排気動作によって、例えば図３（ｂ）に示したような流量の空気を給排気することで、空気ばね１の内圧や高さを調整していた。なお、図３中の３は空気ばね１への給排気用空気ダメ、４はこの空気ダメ３と空気ばね１を連結する配管を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、曲線出入口のカント逓減区間では、軌道捩れによって１車両内における各空気ばねの車体と台車枠間の相対高さが対角方向に変動するために各空気ばねの給排気が発生し、これによって輪重変動が発生するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑み、車両が軌道捩れ区間を走行することによって発生する各空気ばねの給排気に起因する輪重変動を低減可能な鉄道車両用高さ調整弁装置及びその制御方法並びに鉄道車両を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置は、進行方向左右に夫々１個の空気ばねを有する空気ばね台車を進行方向前後に設置した鉄道車両における鉄道車両用高さ調整弁装置において、前記各空気ばねの高さ或いは内圧を夫々検出するセンサーと、各空気ばねと高さ調整弁間に夫々介設された３ポート２位置の電磁弁と、これら各電磁弁と前記各高さ調整弁を繋ぐ、配管及び途中に絞り弁を介設したバイパス配管と、前記各センサーからの検出値を入力され、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さ或いは内圧の和同士の差が閾値を超えた場合に、各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、前記各電磁弁に信号を出力する制御器を備えたこととしている。
【０００６】
そして、車両走行時、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差が２０〜５０ｍｍを超えた場合、或いは、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出内圧の和同士の差が８０〜４００ｋＰａを超えた場合に、制御器は各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁に信号を出力することで、車両が軌道捩れ区間を走行することによって発生する各空気ばねの給排気に起因する輪重変動を低減できるようになる。
【０００７】
また、上記の本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置を備えた鉄道車両を、本発明に係る方法で制御することで、曲線出入口のカント逓減区間走行時における輪重変動が低減し、安全に走行できるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者は、カント逓減部を車両が通過する時の高さ調整弁の流量特性が軌道捩れを車体に伝達する特性に与える影響を調べるため、カントＣ＝１０５ｍｍ、カント逓減率ψ＝１／２５０の軌道上を５ｋｍ／ｈの速度で走行させる擬似走行試験を行った。その結果を図４に示す。
【０００９】
図４は高さ調整弁の給気流量と輪重変動が問題となる進行方向前側に位置する台車における先頭軸に作用する輪重変動率の関係を示したもので、図４中の▲、■印は図５に実線で示した流量特性の従来型の高さ調整弁を使用した場合の結果を、また、○、◆印は図５に破線で示した流量特性の改良型の高さ調整弁を使用した場合の結果を、また、●印は高さ調整弁を設置しない場合の結果を夫々示したものである。
【００１０】
この図４より軌道捩れ区間における高さ調整弁の給気量を減少させるか給排気を停止することで、進行方向前側に位置する台車の先頭軸に作用する輪重変化を低減できることが明らかになった。
【００１１】
本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置は、上記の知見に基づいてなされたものであり、進行方向左右に夫々１個の空気ばねを有する空気ばね台車を進行方向前後に設置した鉄道車両における鉄道車両用高さ調整弁装置において、前記各空気ばねの高さ或いは内圧を夫々検出するセンサーと、各空気ばねと高さ調整弁間に夫々介設された３ポート２位置の電磁弁と、これら各電磁弁と前記各高さ調整弁を繋ぐ、配管及び途中に絞り弁を介設したバイパス配管と、前記各センサーからの検出値を入力され、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さ或いは内圧の和同士の差が閾値を超えた場合に、各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、前記各電磁弁に信号を出力する制御器を備えたものである。
【００１２】
本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置では、車両走行時、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差が２０〜５０ｍｍを超えた場合、或いは、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出内圧の和同士の差が８０〜４００ｋＰａを超えた場合に、制御器は各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁へ信号を出力することで、車両が軌道捩れ区間を走行することによって発生する各空気ばねの給排気に起因する輪重変動を低減できるようになる。これが本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の制御方法である。
【００１３】
本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の制御方法において、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差が２０〜５０ｍｍを超えた場合に、制御器は各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁に信号を出力するのは、以下の理由によるものである。
【００１４】
一般的な鉄道車両では車両の前後に配置された台車間の距離は１３ｍ程度であり、カント逓減率は一般には２７０倍〜６００倍の間であることから、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出高さの和同士の差を計算すると、（１３０００／２７０）〜（１３０００／６００）となって、５０〜２０ｍｍとなるからである。
【００１５】
また、本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の制御方法において、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出内圧の和同士の差が８０〜４００ｋＰａを超えた場合に、制御器は各空気ばねへの給排気の流量を絞るべく、各電磁弁に信号を出力するのは、以下の理由によるものである。
【００１６】
本発明者の実験によれば、空車時の重量が１８トン程度の軽量の車両では、空気ばね１個当り２０ｋＰａの内圧の差がでた場合（１車両には４個の空気ばねが設けられているので計８０ｋＰａ）に、進行方向前側に位置する台車における先頭軸に作用する輪重変動が大きくなり、車両走行時の安全性に問題が生じることが判明したからである。そして、前記輪重変動が大きくなる内圧の差は車両の重量が大きくなる程大きくなり、空車時の重量が４０トン程度の車両では、空気ばね１個当り１００ｋＰａの内圧の差がでた場合（１車両には４個の空気ばねが設けられているので計４００ｋＰａ）には、車両走行時の安全性に問題が生じる程に前記輪重変動が大きくなることが判明したからである。
【００１７】
上記の本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の制御方法において、各空気ばねへの給排気の流量を停止せずに絞るようにしたのは、制御に若干時間は要するものの、軌道捩れ区間上にある駅で車両が停車し、乗客の乗り降りが行われるような場合でも、高さ調整弁が対応動作をして車両の全体高さを調整できるという長所があるからである。
【００１８】
また、上記の本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置を備えた鉄道車両では、本発明に係る方法で制御した場合には、曲線カント逓減区間を走行する際の輪重変動や乗客の乗り降りに起因する輪重変動を、鉄道車両における各対角位置のセンサーからの検出値の和同士の差をとることで微妙に調整して低減できるので、曲線カント逓減区間等を安全に走行できるようになる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置を図１及び図２に示す実施例に基づいて説明し、この高さ調整弁装置の制御方法及びこの高さ調整弁装置を備えた車両の説明に及ぶ。
図１は本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の第１実施例の概略構成を説明する図、図２は本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の第２実施例の概略構成を説明する図である。
【００２０】
（第１実施例）
図１において、１１ａ〜１１ｄは例えばロータリーエンコーダ等の高さセンサーであり、鉄道車両の前後に設置された台車の進行方向左右に夫々配置された各空気ばね１２ａ〜１２ｄの高さを検出し、後述する制御器１５にその検出した高さを出力するものである。
【００２１】
２１ａ〜２１ｄは各空気ばね１２ａ〜１２ｄと高さ調整弁１４ａ〜１４ｄ間に介設された電磁弁である。この第１実施例では、制御器１５からの信号を受けて、各空気ばね１２ａ〜１２ｄへの給排気の流量を全開と絞ったものとに切替えるべく、各空気ばね１２ａ〜１２ｄと高さ調整弁１４ａ〜１４ｄ間の配管１６ａ〜１６ｄを通す場合と、その途中に絞り弁２３ａ〜２３ｄを介設したバイパス配管２２ａ〜２２ｄを通す場合に切替える３ポート２位置の電磁弁を採用している。
【００２２】
従って、制御器１５では、予め各高さセンサー１１ａ〜１１ｄの高さ初期値ｈ01〜ｈ04が入力されており、車両走行中は各高さセンサー１１ａ〜１１ｄから入力される読み値を基に、各空気ばね１２ａ〜１２ｄの検出高さ（車体１７〜台車間）ｈ1（＝読み値−ｈ01）〜ｈ4（＝読み値−ｈ04）より各対角位置の高さセンサー１１ａ〜１１ｄからの検出高さの和同士の差Δｈt ＝｜（ｈ1＋ｈ4）−（ｈ2＋ｈ3）｜）を走行中連続的に演算する。
【００２３】
そして、走行中に前記差Δｈtが閾値、例えば３０ｍｍを超えた場合には、各空気ばね１２ａ〜１２ｄへの給排気の流量を絞るべく、前記各電磁弁２１ａ〜２１ｄに信号を出力し、配管１６ａ〜１６ｄからバイパス配管２２ａ〜２２ｄに切替える。
【００２４】
この本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置では、車両が軌道捩れ区間を走行することによって発生する各空気ばね１２ａ〜１２ｄの給排気に起因する輪重変動を低減できるようになるのに加えて、軌道捩れ区間上にある駅で車両が停車し、乗客の乗り降りが行われるような場合でも、高さ調整弁１４ａ〜１４ｄが対応動作をして車両の全体高さを調整できるようになる。
【００２５】
以上の第１実施例では、輪重変動との関連がとりやすい各空気ばね１２ａ〜１２ｄの検出高さｈ1〜ｈ4を基に制御するものを示したが、この高さを検出するセンサー１１ａ〜１１ｄは信頼性の点で若干問題がある。そこで、第１実施例における信頼性の問題を解消したのが、以下に説明する第２実施例である。
【００２６】
（第２実施例）
図２において、３１ａ〜３１ｄは各空気ばね１２ａ〜１２ｄの内圧を検出する圧力センサーであり、各空気ばね１２ａ〜１２ｄに設置されている。この第２実施例では、車両走行中、前記圧力センサー３１ａ〜３１ｄで検出された各空気ばね１２ａ〜１２ｄの内圧は制御器１５に送られる。
【００２７】
また、この第２実施例では、前記第１実施例と同様、空気ばね１２ａ〜１２ｄへの給排気の流量を全開と絞ったものとに切替えるべく、図２に示したように、前記第１実施例と同じ３ポート２位置の電磁弁２１ａ〜２１ｄを採用している。
【００２８】
従って、制御器１５では、車両走行中、各圧力センサー３１ａ〜３１ｄで検出された各空気ばね１２ａ〜１２ｄの内圧Ｐ1〜Ｐ4を基に、各対角位置の圧力センサー３１ａ〜３１ｄからの検出内圧の和同士の差ΔＰt（＝｜（Ｐ1＋Ｐ4）−（Ｐ2＋Ｐ3）｜）を連続的に演算する。
【００２９】
そして、走行中に前記差ΔＰt が閾値、例えば２００ｋＰａを超えた場合には、各空気ばね１２ａ〜１２ｄへの給排気の流量を絞るべく、前記各電磁弁２１ａ〜２１ｄに信号を出力し、配管１６ａ〜１６ｄからバイパス配管２２ａ〜２２ｄに切替える。
【００３０】
また、上記した何れかの構成の高さ調整弁装置を備えた本発明に係る鉄道車両では、上記の本発明に係る方法で制御することで、曲線カント逓減区間を走行する際や、乗客の乗り降りがあった場合に対応した微妙な調整が可能になって輪重変動を低減できるので、曲線カント逓減区間を安全に走行できるようになる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両が軌道捩れ区間を走行することによって発生する各空気ばねの給排気に起因する輪重変動や乗客の乗り降りに起因する輪重変動を、各対角位置のセンサーからの検出値の和同士の差をとることで微妙に調整して低減でき、曲線カント逓減区間等を安全に走行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の第１実施例の概略構成を説明する図である。
【図２】  本発明に係る鉄道車両用高さ調整弁装置の第２実施例の概略構成を説明する図である。
【図３】  （ａ）は鉄道車両用空気ばね台車に設置する高さ調整弁装置の説明図、（ｂ）は高さ調整弁の流量と高さ変化の関係を示した図である。
【図４】  高さ調整弁の給気流量と輪重変動率の関係を示した図である。
【図５】  図４の実験に使用した高さ調整弁の高さと流量の関係を示した図である。
【符号の説明】
１１ａ〜１１ｄ    高さセンサー
１２ａ〜１２ｄ    空気ばね
１４ａ〜１４ｄ    高さ調整弁
１５              制御器
１６ａ〜１６ｄ    配管
１７              車体
２１ａ〜２１ｄ    電磁弁
２２ａ〜２２ｄ    バイパス配管
３１ａ〜３１ｄ    圧力センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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