輪重横圧推定式の保守用車への適用に関する一考察

輪重横圧推定式の保守用車への適用に関する一考察

           ○鉄道総合技術研究所 正会員 村松 浩成        東海旅客鉄道         馬渕 行博        鉄道総合技術研究所     石田 弘明        鉄道総合技術研究所 正会員 古川 敦 1．はじめに

 営団中目黒駅構内で発生した脱線衝突事故の調査報告 書¹⁾（以下「中目黒報告書」という。）において、推定脱 線係数比を評価指標とする脱線防止ガードの設置基準が 提言された。しかし、推定脱線係数比の算定に用いる輪 重横圧推定式 ^1),2)は旅客車を対象に構築されており、保 守用車は適用外となっている。そこで、本研究では、軌 道モータカーやマルチプルタイタンパ等の保守用車を対 象に、輪重横圧推定式の適用と推定脱線係数比の算定結 果に基づく脱線防止ガードの設置に関する検討を行った。

2．輪重横圧推定式の保守用車への適用 2.1 輪重推定式

(1)外軌側車輪の静止輪重比

 中目黒報告書に示された手法により旅客車の推定脱線 係数比を算定する際、外軌側車輪の静止輪重比には、各 事業者の管理値（例えば、JR では 0.85）が用いられる。

 保守用車の新製時における静止輪重比の実測結果例を 図 1 に示す。これより、本研究では、保守用車の外軌側 車輪の静止輪重比には 0.90 を用いた。

(2)超過遠心力による輪重増減

 この要素は、車両を 1 軸あたりの断面に置き換え、そ こに作用する力の釣り合い式に基づき算定するため、保 守用車にも同じモデルを用いた。

(3)軌道面のねじれによる輪重増減

 この要素は、軸ばねや枕ばねの上下ばね定数で構成さ れる回転ばね定数と、平面性狂いによる軌道面のねじれ 角から算定するため、保守用車にも同じモデルを用いた。

なお、2 軸の保守用車は軸間のねじれのみを考慮する。

2.2 横圧推定式

(1)内軌側横圧輪重比κから算定される転向横圧

 κは車両の転向性能に影響されるため、軸距が長く、

軸箱が前後方向に拘束される場合の多い 2 軸の保守用車 に、旅客車用のκのモデルが適用できるかを検討する必 要がある。なお、2 軸ボギーの保守用車は、軸距が短く、

軸箱支持方式が旅客車と類似している場合が多いため、

旅客車と同じκのモデルを用いれば安全側の判定になる。

 R=160、100m の円曲線中で得られた、旅客車と 2 軸の 保守用車のκの関係を図 2 に示す。これより、両者のκ に大きな差はないことがわかる。

 軸箱の前後剛性が十分に大きい場合の、曲率と 2 軸の 保守用車のκの関係を車輪踏面形状別に検討した結果を 図 3 に示す。これより、修正円弧踏面を用いても、2 軸 の保守用車のκは、R=250〜500m では基本踏面モデルと 円弧・修正円弧踏面モデルの中間に位置し、R=500m 以上 ではむしろ基本踏面モデルと良く一致することがわかる。

 以上より、本研究では、2 軸の保守用車のκには車輪 踏面形状に関わらず基本踏面モデルを適用し、2 軸ボギ ーの保守用車のκには、旅客車の場合と同様に、車輪踏 面形状に応じたモデルを適用した。

(2)超過遠心力による輪軸横圧

 この要素は、車両を 1 軸あたりの断面に置き換え、そ こに作用する超過遠心力から算定するため、保守用車に も同じモデルを用いた。

2.3 限界脱線係数の算定式 (1)ナダルの式

 旅客車の限界脱線係数の算定に用いるナダルの式は、

       キーワード：保守用車、輪重横圧推定式、推定脱線係数比

連 絡 先：〒185‑8540 東京都国分寺市光町 2‑8‑38 鉄道総合技術研究所 軌道技術研究部 軌道管理       TEL 042‑573‑7278  FAX 042‑573‑7296

R=500m 250m

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 先頭軸位置での曲率1/R（1/m）

内軌側横圧輪重比κ

シミュレーション      

（2軸保守用車：基本踏面）

シミュレーション      

（2軸保守用車：修正円弧踏面）

旅客車用基本踏面モデル

旅客車用円弧・修正円弧踏面モデル

図 3 曲率と2 軸の保守用車のκの関係 図 2 旅客車と 2 軸の保守用車のκの関係

0 0.2 0.4 0.6 0.8

0 0.2 0.4 0.6 0.8

内軌側横圧輪重比κ

（旅客車：軸距2.1m）

内軌側横圧輪重比κ （2軸保守用車：軸距3.5m）

車輪踏面形状：基本踏面

0 2 4 6 8 10

0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 静止輪重比

頻度

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

頻度 累積 %

図 1 保守用車の静止輪重比の実測結果例

n=28

土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）

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車輪とレールがフランジ部で 1 点接触する時の力の釣り 合い式であり、保守用車にも適用できる。

(2)アタック角の設定方法

 中目黒報告書に示された手法では、ナダルの式に用い る摩擦係数には、アタック角の関数となる等価摩擦係数 を用いる。従って、2.2(1)に示したκと同じく車両の転 向性能の観点から、旅客車のアタック角のモデルが、2 軸の保守用車に適用できるかを検討する必要がある。ま た、2 軸ボギーの保守用車のアタック角には、旅客車と 同じモデルを用いれば安全側の判定になる。

 R=160m の円曲線と出口側緩和曲線中で得られた、旅客 車と 2 軸の保守用車のアタック角の関係を図 4 に示す。

これより、2 軸の保守用車のアタック角は旅客車よりも 大きくなることがわかる。そこで、2 軸の保守用車のア タック角を式(1)によりモデル化し、実測値と比較した結 果を図 5 に示す。これより、このモデルと実測値がほぼ 一致することがわかる。

  2ａ：軸距(m)、Ｒ：車体中心位置での曲線半径(m)     δ_１：横動遊間＋前軸位置でのスラック/2(m)     δ_２：横動遊間＋後軸位置でのスラック/2(m)

 軸箱の前後剛性が十分に大きい場合の、曲率と 2 軸の 保守用車のアタック角の関係を車輪踏面形状別に検討し た結果を図 6 に示す。これより、車輪踏面形状に関わら ず、2 軸の保守用車のアタック角は式(1)によるモデルと 良く一致することがわかる。

 以上より、本研究では、2 軸の保守用車のアタック角 には車輪踏面形状に関わらず式(1)を適用し、2 軸ボギー の保守用車のアタック角には、旅客車の場合と同様に、

車輪踏面形状に応じたモデルを適用した。

3．脱線防止ガードの設置に関する検討

 2 章に示した手法により、保守用車の推定脱線係数比 が、車両が乗り上がり始める可能性のある 1.0 未満とな る曲線諸元の組み合せを試算した結果を図 7 に示す。同

図には、旅客車の推定脱線係数比が、中目黒報告書によ る脱線防止ガードの設置基準である 1.2 未満となる曲線 諸元の組み合せも併せて示す。なお、車両、線形以外の 計算条件は、中目黒報告書に示された手法に基づいた。

 図 7 より、今回設定した条件では、各保守用車の折れ 線グラフが旅客車よりも上側に位置することがわかる。

これは、保守用車が乗り上がり始める可能性のある曲線 諸元の組み合せが、旅客車を対象にした脱線防止ガード の既設範囲内に含まれることを表す。ただし、車両、線 形条件の組み合せによっては、何らかの対策が必要とな る場合がある。

4．まとめ

(1)輪重横圧推定式の保守用車への適用に際して、

・2 軸の保守用車に対しては、車輪踏面形状に関わらず、

 κには基本踏面モデルを、アタック角には式(1)を適用  し、その他の要素は旅客車と同じモデルとした。

・2 軸ボギーの保守用車に対しては、式を構成する各要  素に旅客車と同じモデルを適用した。

(2)今回設定した条件では、保守用車が乗り上がり始める   可能性のある曲線諸元の組み合せは、脱線防止ガード    の既設範囲内に含まれた。

[参考文献]

1)事故調査検討会：帝都高速度交通営団日比谷線中目黒駅   構内列車脱線衝突事故に関する調査報告書,2000.10.26 2)内田雅夫ほか：輪重横圧推定式による乗り上がり脱線に   対する安全性評価,鉄道総研報告,Vol.15,No.4,2001.4

R

a ψ

ψ＝ − ( R 16 0 )

a 2 R 160

0   ≧

ψ

= δ + δ

−

( R 160 )

a 2

2 1

0     ＜

ψ

= δ + δ

−

，        …(1)

  図 6 曲率と 2 軸の保守用車のアタック角の関係 0

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

車体中心位置での曲率1/R（1/m）

アタック角（rad）

シミュレーション        

（2軸保守用車：基本踏面）

シミュレーション        

（2軸保守用車：修正円弧踏面）

式(1)によるモデル

旅客車用基本踏面モデル 旅客車用円弧・修正円弧踏面モデル

図 4 旅客車と 2 軸の保守用車のアタック角の関係

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

アタック角(rad) (旅客車：軸距2.1m) アタック角(rad) (2軸保守用車：軸距3.5m)

車輪踏面形状：基本踏面

図 5 アタック角の計算値と実測値の関係 0

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

0 0.01 0.02 0.03

式(1)によるアタック角計算値（rad）

アタック角実測値（rad）

平均値 +2σ

-2σ

図 7 保守用車の推定脱線係数比が 1.0 となる曲線諸元の組み合せ カント逓減倍率400倍

0 20 40 60 80 100

100 150 200 250 300 350 400 450

曲線半径(m)

カント(mm)

旅客車      

（ボルスタレス通勤車両）

2軸ボギ−の保守用車 

（マルチプルタイタンパ）

2軸の保守用車     

（牽引用モータカー）

2軸の保守用車     

（作業用モータカー）

推定脱線係数比 1.0未満

1.2未満 1.0未満

脱線防止ガード の既設範囲

土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）

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