(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間面Ｐに直角な軸線ＸＸ'を回転中心とし、転がり面(2) および輪縁(3) を有するリム(1) と、ハブ(4）と、薄板部(5) と、この薄板部(5)とリム(1)との結合領域(6) と、薄板部(5)とハブ(4）との結合領域(7) とから成り、薄板部(5) の部分は薄板部(5)とリム(1)との結合領域(6) と薄板部(5) との接合部にある点Ａから薄板部(5)とハブ(4）の結合領域(7) と薄板部(5) との接合部にある点Ｂまで延びた中心線ＡＢに沿った部分である、鉄道用車輪において、
上記の２つの点Ａ、Ｂは中間面Ｐの互いに反対側にあり且つ上記中心線ＡＢと中間面Ｐとの交点Ｉに対して対称であり、この交点Ｉは上記中心線ＡＢの曲線の変曲点であり、点Ａが中間面Ｐの輪縁(3)と同じ側にあることを特徴とする一体部品の鉄道用車輪。
【請求項２】
点Ｉから軸線ＸＸ'までの距離が車輪の外側半径の0.5 〜0.65倍である請求項１に記載の鉄道用車輪。
【請求項３】
薄板部(5)とリム(1)との境界線Ｊ1Ｊ2と点Ａでの上記中心線ＡＢの曲線の接線ＴAとの交点Ｊから中間面Ｐまでの距離が、薄板部(5)とハブ(4）との境界線Ｍ1Ｍ2と点Ｂでの上記中心線ＡＢの曲線の接線ＴBとの交点Ｍから中間面Ｐまでの距離に等しい請求項１〜２のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
【請求項４】
点ＡおよびＢにおける上記中心線ＡＢの曲線の接線ＴAおよびＴBが中間面Ｐと平行である請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
【請求項５】
曲線部分ＡＩおよびＢＩが点Ｉに対して対称である請求項１〜４のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
【請求項６】
曲線部分ＡＩおよびＢＩが円弧である請求項５に記載の鉄道用車輪。
【請求項７】
円弧が点ＡとＢとの間の半径方向距離ｈの半分より大きい請求項６に記載の鉄道用車輪。
【請求項８】
薄板部の厚さｅが線ＡＢに沿って点Ｂから点Ａまで規則的に減少する請求項１〜７のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
【請求項９】
薄板部の厚さｅが線ＡＢに沿って測定した点Ｂまでの距離の関数で線形で減少する請求項８に記載の鉄道用車輪。
【請求項１０】
中間面Ｐがリムの厚さの中央に位置し且つハブの厚さの中央に位置する請求項１〜９のいずれか一項に記載の鉄道用車輪。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はシュー(sabot) によって制動した時にわずかな屈曲(dejettement) を生じる鉄道用車輪に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明車輪は非常に重い積荷を積んだ貨車の車輪、さらには高速旅客列車の車輪、特に時速約 240km以下の速度で走行可能な振り子(pendulaire)式高速列車の車輪として用いることもできる。
リムおよびハブと、ハブとリムとを連結するディスクまたは薄板部(toile) とによって構成される鉄道用車輪は多数知られている。この車輪を軽量化するためにはシューがリム上を摩擦制動する際に生じる熱によって車輪に生じる応力を最小にする必要があり、そのために薄板部の子午線をリム近くに屈曲点を有する曲線形状にすることが提案されている。この形式の鉄道用車輪の例はフランス国特許第 2,687,098号に記載されている。
【０００３】
制動によって車輪に生じる応力および膨張によって「屈曲(dejettement) 」とよばれる変形が薄板部に生じる。その結果、ハブに対するリムの軸方向位置が変化し、同一車軸の２つの車輪のリムの間隔が減少する。この屈曲があまりに大きくなると転轍機のような鉄道装置の通過が困難になる。逆に、屈曲が過剰に大きくなる問題を防ぐために車軸荷重を制限して、運転時の車輪の発熱を制限する必要がある。これは特に長い制動を必要とする勾配のある鉄道線路、例えば山岳地域における峠をこえる線路の場合である。
【０００４】
制動時に存在する発熱屈曲と車輪冷却後の残留屈曲とを区別する必要がある。後者は発熱によって車輪が永久変形した屈曲である。
フランス国特許第 2,687,098号の図面に記載の車輪はわずかな残留屈曲を示しているが、この車輪は、軽量化した全ての車輪の場合と同様に、屈曲に対して敏感であるため許容される使用条件が著しく制限される。この車輪はこの制約のために非常に重い積荷を積載した貨車、特に山岳線路では使用できない。
また、絶えず発熱することによって車輪には比較的大きな残留引張り応力が生じ、それが使用寿命を制限する。
【０００５】
屈曲、一般には運転時の形状安定性は高速旅客列車の車輪、特に振り子式列車用に設計された車輪でも問題になる。すなわち、時速が 240 km 以上の速度で走行する列車は複式運転(banalise)線路、すなわち高速用に作られてはいない勾配の線路上を走り、また、車軸に取付けたディスクとシューとの複合ブレーキを備えている。こうした使用条件から、この車輪の薄板部の子午線を曲線にして、車輪に半径方向および軸方向の弾性を十分に与え、連続的なブレーキ作用または緊急停車時の非常に大きなブレーキ作用下での変形を最小にすることが極めて望ましい。これらの条件は列車の安全性を保証する上で必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記問題点を解決して、発熱屈曲および残留屈曲に対する感度が低く、必要に応じて振り子式旅客高速列車にも取付けることができる、引張り残留応力のレベルが大幅に低下した鉄道用軽量車輪を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、転がり面および輪縁を有するリムと、ハブと、薄板部と、薄板部とリムとの結合領域と、薄板部とハブとの結合領域とから成り、薄板部の部分は薄板部とリムとの結合領域と薄板部との接合部にある点Ａから薄板部とハブの結合領域と薄板部との接合部にある点Ｂまで延びた中心線ＡＢに沿った部分である、中間面Ｐに直角な軸線ＸＸ'を回転中心とする鉄道用車輪において、２つの点ＡおよびＢは中間面Ｐの互いに反対側にあり且つ中心線ＡＢと中間面Ｐとの交点Ｉに対して対称であり、交点Ｉは曲線ＡＢの変曲点であることを特徴とする鉄道用車輪を提供する。
【０００８】
点Ｉから軸線ＸＸ’までの距離は車輪の外側半径の0.5 〜0.65倍であるのが好ましい。点Ａにおける曲線ＡＢの接線ＴA と点Ｂにおける曲線ＡＢの接線ＴＢは中間面Ｐに対して平行であるのが好ましい。
点Ａを中間面Ｐに対して輪縁と同じ側にさせた時に屈曲に対する感度は最小にある。
車輪を最大限に軽量化するためには、薄板部の厚さｅを線ＡＢに沿って点Ｂから点Ａまで規則的に減少させ且つ例えば線ＡＢに沿って測定した点Ｂまでの距離の関数で線形に減少させるのが好ましい。点Ｂでの厚さに対する点Ａでの厚さの比は0.5 〜0.55にするのが好ましい。
【０００９】
この車輪はセンタリングさせるのが好ましい。中間面Ｐから輪縁の外側面までの距離は約70〜85mmであるのが望ましい。
以下、振り子式高速列車用車輪の中間面の片側断面を示す図を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【００１０】
【実施例】
本発明の車輪の幾何形状の一般原理は貨車用車輪および高速列車用車輪で同じであるが、先ず最初に使用態様とは無関係な一般原理を説明し、次に振り子式高速列車用車輪の幾何形状を説明する。
【００１１】
図１は鉄道用車輪の子午線断面の半分を示しており、この車輪は中間面Ｐに対して直角な軸線ＸＸ’を回転中心とする回転部品である。この車輪は外周部にリム１を有し、リムの厚さの中央面は上記中間面Ｐ内にある。リム１は転がり面２と、輪縁３とを有し、その軸線側には車軸を受ける軸穴８を有するハブ４を有している。ハブ４とリム１との間は薄板部５によって結合されている。この薄板部５はリム１との結合領域６とハブ４との結合領域７とを有している。薄板部５の部分は、薄板部５とリム１の結合領域６との接合部に位置した点Ａから、薄板部５とハブ４との結合領域７の接合部に位置した点Ｂまで延びた中心線ＡＢに沿った部分である。２つの点ＡとＢは中間面Ｐの両側に位置し、中心線ＡＢと中間面Ｐとの交点Ｉに対して対称である。点Ｉは曲線ＡＢの変曲点である。曲線部分ＡＩとＩＢは、点Ａと点Ｂとの間の半径方向距離ｈ（中間面Ｐと平行に測定した距離）の半分より大きい半径Ｒを有する円の弧である。一般的には曲線部分ＡＩとＩＢは点Ｉに対して対称である。
【００１２】
点Ｉから軸ＸＸ’までの距離は車輪の外側半径の0.5 〜0.65倍であり、この半径は車輪が新しいときは中間面Ｐと転がり面２との交点Ｃから軸ＸＸ’までの距離であり、車輪が古くなった時は点Ｃ’から軸ＸＸ’までの距離である。
点Ａでの曲線ＡＢとの接線ＴA は点Ｊで薄板部５とリム１との境界線Ｊ1 Ｊ2 を切断し、点Ｂでの曲線ＡＢとの接線ＴB は点Ｍで薄板部５とハブ４との間の境界線Ｍ1 Ｍ2 を切断する。境界線Ｊ1 Ｊ2 は点Ｐ1 で中間面Ｐを切断し、境界線Ｍ1 Ｍ2 は点Ｐ2 で中間面Ｐを切断する。距離Ｐ1 Ｊと距離Ｐ2 Ｍはほぼ等しい長さ、換言すれば製造誤差の範囲内で等しい。接線ＴA 、ＴB などは製造誤差の範囲内で中間面Ｐに平行であるのが好ましい。
【００１３】
点Ａは中間面Ｐの輪縁３と同じ側にある。
薄板部５の厚さｅは線ＡＢに沿って点Ｂから点Ａまでほぼ線形的、規則的に減少する。
この鉄道用車輪はセンタリングされている。このことは中間面Ｐがリムの厚さの中央に位置し且つハブの厚さ中央に位置することを意味する。
本発明で屈曲が制限されるのは、先ず、点ＡおよびＢ点がＩに対して対称に配置され且つ点Ｉが曲線ＡＢの変曲点にあるためである。この構造では制動によって発生した熱は線ＡＢを中間面Ｐに平行に変形させようとする。屈曲は変曲点Ｉが車輪の半径中央に近いほど制限される。さらに、接線ＴA およびＴB が中間面Ｐに対してほぼ平行であるときに屈曲は制限される。
【００１４】
曲線ＡＢは必ずしも２つの円弧でなくてもよく、例えば、三次元曲線の一部でもよい。
点Ａは必ずしも中間面Ｐの輪縁と同じ側でなくてもよいが、残留屈曲が残る恐れがある場合には車輪の間隔を広げる傾向があるので、線路上での安定性を良くするためにはこのように配置するのが好ましい。
車輪をセンタリングさせることも必須ではないが、そうすることによって車軸首部での回転曲げ応力を制限することができる。
薄板部の厚さを少しづつ変えることによって車輪を最大限軽量化することができる。特に、薄板部を鍛造した時に。
鉄道用車輪は鍛造品か鋳物である。換言すればその幾何学形状にある程度の不正確さを持つ部品であるので、上記の特徴は「ほぼ」すなわち数mmの誤差の範囲内でしか達成されない。
【００１５】
本発明の車輪は車軸負荷が25トン、制動力が30分間に40kWまでの貨車用車輪に適している。
本発明車輪は少なくとも時速240km 以下で走行可能な振り子式高速列車にも適している。この場合の車輪は、中間面Ｐをリム１の厚さの中心を通し、ハブ４を輪縁３の方に少しずらして、センタリングさせないのが好ましい。薄板部５は中間面Ｐ内にある変曲点Ｉを有する中心線ＡＢを中心とした厚さで作られている。新しい車輪は外側半径Ｒ1 が 457.2 mm であり、点Ａ、Ｂはそれぞれ半径Ｒ2 ＝316.2 mm、Ｒ3 ＝204.6 mmの円上にあり、従って、点Ｉは半径Ｒ4 ＝260.4 mmの円上にある。Ｒ4 ／Ｒ1 の比は0.57であり、点ＡとＢとの間の半径方向距離ｈは111.6 mmである。子午線の部分ＡＩおよびＩＢはそれぞれ半径Ｒ5 ＝65mm、Ｒ6
＝65mmの円弧であり、両方とも半径方向の距離ｈの半分より大きい。
【００１６】
薄板部の厚さはハブ側でｅ1 ＝32mmであり、リムのｅ2 ＝19.05 mmまで規則的に減少する。この減少はほぼ線形的に起こる。点ＡおよびＢでの接線ＴA およびＴB は中間面Ｐに平行である。薄板部５とリム１との間の境界線Ｊ1 Ｊ2 と接線ＴA との交点Ｊは輪縁３側で中間面Ｐから32.2mmの距離にある。。薄板部５とハブ４との間の境界線Ｍ1 Ｍ2 と接線ＴB との交点Ｍは輪縁３の反対側で中間面Ｐから27.8mmの距離にある。リムの厚さｅ3 は 136.5 mm であり、ハブは厚さｅ4 ＝169.1 mmである。中間面Ｐは輪縁３と反対側にあるハブ面から軸方向に69.9mmの距離にある。輪縁３側のリムの側面は輪縁側にあるハブ側面に対して22.225mm後退して配置されている。さらに、車輪には油の注入孔９が形成されている。この注油孔９はハブ４の軸穴８と連通し、車輪を車軸に取付ける際に車輪の分解を容易にするために加圧油を注入するのに用いられる。
【００１７】
本発明車輪は軸方向および半径方向の優れた弾性と優れた耐制動性とを有し、屈曲がわずかで、リムと薄板部との間の結合領域の残留応力は圧縮応力だけである。
上記の車輪の具体的な寸法は特定用途について最適化であり、当業者は必要に応じてそれと異なる使用条件に合せて変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  鉄道用車輪の子午線断面。
参照符号
１  リム
２  転がり面
３  輪縁
４  ハブ
５  薄板部
６、７  結合領域
８  軸穴
Ｈ  変曲点
Ｐ  中間面
【図１】
0004051581.tif 000002