CN1480366A - 钢轨车辆 - Google Patents

Abstract

一种钢轨车辆，在车体的前端设置有前头部(100)。其地板由构成缓冲装置(200)的中空型材(210)构成。缓冲装置(200)由上下的缓冲装置(200、200)构成。对中空型材(210)使用作过退火处理的中空型材。中空型材(210)使其压出方向为车体的长方向。中空型材(210)的长方向由板(220)分为两部分。中空型材的宽方向的端部两面的面板(211、211)从板(223)始由(220)接合起来。当施加冲击负荷时，中空型材作折皱状变形、而吸收冲击力。由于中空型材在长方向由板隔开，则冲撞后不作“L”状弯曲，而作折皱状的连续弯曲，从而可吸收大能量，即提供能够吸收冲击能量的安全的钢轨车辆。

Description

钢轨车辆

技术领域

本发明涉及一种铁路车辆等的车体，是适合于由轻合金制的中空型材构成的铁路车体的发明。

背景技术

在铁路车辆冲撞时，要求缓和加于乘客的冲击力。如特开平7-186951号(USP5715757)那样，在前部车体的前头部使由冲撞时的冲击生成的能量通过其变形而吸收。该缓冲装置由对于冲击方向在垂直的面内有三角形的部件及蜂房式板等组成。缓冲装置对于冲击方向并列地且沿冲击方向分别设置有多个。

作为接合部件的方法，提案有摩擦搅拌接合，也适用于铁路车辆。这记载在特许第3014654号(EP0797043A2)上。

根据特开平11-51103号公报报告有，对部件进行摩擦搅拌处理时，摩擦搅拌处理的部分的金属组织变得微细，能量吸收值变高。

这方法是对于铝合金的中空的压出材料，作轮状或螺旋状摩擦搅拌处理，用于汽车的转向用旋转轴。对于冲击能量的方向在直角方向作摩擦搅拌处理，由该部分吸收冲击能量。另外，使长度短的筒沿冲击能量的方向直列配置，为摩擦搅拌接合部件之间而构成的。

在所述如特开平7-186951号(USP5715757)提案有铁路车辆冲撞时的缓冲装置。该缓冲装置由多个缓冲装置组成，以图乘客的安全。

由于缓冲装置设在车体上，从确保乘客空间的观点出发，最好是缓冲装置的长度短。

本发明的目的在于提供一种能够很大地吸收冲击能量的钢轨车辆。

发明内容

所述目的由下述装置能够达到：构成车体的行驶方向的端部的部件为缓冲装置，所述缓冲装置是使有多个中空部的多个压出型材的压出方向向着车体的长方向配置，所述压出型材在冲撞时，为了使压出型材作折皱状变形，在压出型材的长方向的中间配置着隔板。

附图说明

图1是本发明的一实施例的钢轨车辆的编组状态的侧面图。

图2是分离图1的前头部的状态的侧面图。

图3是图2的前头部的平面图。

图4是图2的左侧面图。

图5是图3的v-v截面图。

图6是缓冲装置200的右半部的平面图。

图7是图6的VII-VII截面图。

图8是中空型材的接合状态图。

图9是以往的缓冲装置的说明图。

图10是本发明的缓冲装置的说明图。

图11是材料的冲击能量的说明图。

图12是材料的应力畸变曲线图。

图中：A-前头车，B-中间车，30-台架，90-车体，100-前头部，110-架，120、130-柱，170-撑条，250-防爬构件(anticlimber)，200-缓冲装置，210-中空型材，220、223～226-板，400-缓冲装置，500-端部，510-出入口。

具体实施方式

对本发明的一实施例通过图1～图12进行说明。为了容易理解，图1对车体分开表示，图2对车体和其前头部分开表示。在图9、图10中，(A)是表示压缩前的形状，(B)是模式地表示压缩后的形状。各(B)均是模式地表示。在图5、图7、图9、图10中，中空型材的桁架数量不一致。

编组车辆由前后的前头车A和所需数量的中间车B(图中表示一辆中间车)组成。前头车A的前头部100在前方是凸的圆弧状。在前头部100配置有缓冲装置200。前头车A的后端和中间车B的前后端部各自也配置着缓冲装置400。首先说明前头部100的缓冲装置200。

除前头部100的车体90由构成侧面的侧构体10、屋顶构体20、构成地板的台架30等构成。侧构体10、屋顶构体20、台架30分别接合多个中空型材而构成。中空型材是轻合金(例如铝合金)制的压出型材，使其压出方向(即长方向)向着车体的长方向。使中空型材的宽方向在车体的周方向并列、焊接而成为一体。在车体90的端部设置固定前头部100的座40。车体90的前端部的空间80是驾驶室，在台架30上的地板上设置着驾驶者的坐席85。

前头部100由固定在车体的架110、多个柱120、130，多个横骨140、缓冲装置200、防爬构件250等构成。架110由四边构成，上部为U状。使架100在车体90的座40上由螺栓装卸自由地固定着。柱120连接架110的上端和缓冲装置200的前端侧。柱120使车体从前方看位于中央侧。柱120位于连接器70的两侧。柱130连接架110的上部和缓冲装置200的侧面。柱130是缓冲装置200的长方向的中央部，连接车体的两侧面。由于柱120与障碍物冲撞的可能性较高，其比柱130大、结实。横骨140在架110的上端、及中间高度的位置，连接着架110、柱130、架110。这些连接部均为焊接连接。由架110、柱120，130、横骨140构成的领域用金属制的板及玻璃(均未图示)很好地覆盖着。

缓冲装置200的后端在架110的下边对接焊接。缓冲装置200为上下两层。下部的缓冲装置200比架110的下边更下方平行地焊接在设置的座115上。座115焊接在架110的下边。

侧构体10、屋顶构体20、台架30是接合多个轻合金(例如铝合金)制的中空压出型材构成的。特别是台架30构成很坚固。座40的下边与座115为相同形状。座40的背面和台架30的下面由多个的桁架50坚固地连接着。

上部缓冲装置200通过架110的下边与台架30的座40相对。下部的缓冲装置200通过座115与台架30的座40的下部相对。

上下缓冲装置200、200的前端焊接在防爬构件250上。防爬构件250的前端有凹凸，使冲撞的障碍物不向上方移动。在防爬构件250的前端和缓冲装置200、200之间有橡胶制的缓冲部(图中未示)。

缓冲装置200为上下两层的同时，从车辆长方向看时，是在左右分开的。总之、缓冲装置由4个组成。下层的缓冲装置200、200之间(车辆的中央部)的空间为车辆的连接器70通过的空间。由于在上层的缓冲装置200、200之间也有空间，在该空间的上部设置构成机器的地板的板160。板160固定在上层的缓冲装置200、200上。板160装在固定于上层的缓冲装置200、200上的支撑座151上。支撑座151沿着车体的长方向按规定的间隔有多个。板160覆盖缓冲装置200、200的整体也可以。

另外，在上层的缓冲装置200、200之间也设置有缓冲装置，与左右缓冲装置200、200能够成为一体。在这种情况下，没有板160和支撑座151。另外，在追加的缓冲装置200的前端设置有防爬构件250。

各自的缓冲装置200由轻合金(例如铝合金)制的中空压出型材210构成。对中空型材210使压出方向向着车辆的行驶方向(长方向)。中空部沿着长方向。沿着车辆的宽方向配置着多个中空型材210、210。接合着中空型材210、210的宽方向的端部之间。

中空型材210是实质上连接平行的两个面板211、212的两者的构件，由对于面板211、212倾斜的多个连接板213，在宽方向的端部，对于面板211、212实质上正交的连接板215构成。面板211、212和连接板213构成桁架。在两个中空型材的接合部，在一侧的中空型材有连接板215。因此，接合的两个中空型材的宽方向的两端部的两个面板211、212之间为倾斜的连接板213、213的比较多。

该中空型材210、210之间通过摩擦搅拌接合来接合。接合方向是沿着中空型材210的长方向(车体的长方向)。从面板211(212)和连接板215的连接部在端部侧突出着片216。连接板215的端部侧比面板211、212的外面还凹下。突出片216在该凹下的位置。在该凹部另外的中空型材210的面板211、212重叠。两个中空型材210的面板211、212对接着。有连接板215的中空型材210的面板211、212的端面(直到凹部的面)实质上在连接板215的板厚的中心的延长线上。在对接的中空型材的面板211、212的端部的外面侧有向中空型材的厚度方向突出的凸部217。突部217之间也对接着。

下面说明摩擦搅拌接合。一对中空型材210、210装在台架300上。下方的凸部217、217装在台架300上。对接部通过氩弧焊沿长着方向暂时固定焊接。在该状态下，使上方的对接部通过旋转工具310摩擦搅拌接合。旋转工具310的大直径部的下端位于面板211(212)的外面和凸部217、217的项之间。剩下的凸部根据需要切削除去。如果摩擦搅拌接合上方，使该中空型材210、210反转，同样地作摩擦搅拌接合。也可以没有凸部217。

中空型材210例如是在台架30用的中空型材。为缓冲装置200的需要的宽度(车体的宽方向)地，使用一个或多个中空型材。根据需要切断中空型材的宽。由于希望缓冲装置200的宽方向为平的，用台架30的中空型材也可以。但是不使用台架30的侧梁。由于侧构体10也有直线状的中空型材，则可以利用。由于挪用中空型材可以使成本变低。

缓冲装置200分别在上下左右共有4个。各自的缓冲装置200由前方的中空型材210F、210F和后方的中空型材210R、210R构成。前方的中空型材210F、210F的水平方向的宽比后方的中空型材210R、210R的水平方向的宽还要小。前方的中空型材210F、210F之间的接合位置和后方的中空型材210R、210R之间的接合位置在水平方向处于同一位置。在一方的中空型材210的面板211、212、连接板213、215的延长线上有另一方的中空型材210的面板211、212、连接板213、215。前方的中空型材210F、210F和后方的中空型材210R、210R之间由板220隔开。

在前方的中空型材210F、210F的前端角焊着板221。板221对中空型材210F传递同样的冲击负荷。板成为防爬构件250的安装座。

板220对中空型材210F、210R从其长方向看时，比中空型材210F、210F、210R、210R的外形稍大。中空型材210F、210F、210R、210R的端部角焊在板220上。

另外摩擦搅拌接合的两个中空型材210F、210F(210R、210R)的宽方向左右端部的两个面板211、212角焊在板223、224、225、226上。板223～226比从中空型材的宽方向看时的中空型材210F、210R的外形稍大。接合的两个中空型材的宽方向端部的连接板213也可以角焊在板220、222上。

缓冲装置200、200为上下两段，但板220、221、223～226在上下两段为一个。板220、221、223～226的高度尺寸含上下两段的缓冲装置200、200间的空间大小的尺寸。板220、223～226的角焊处不是中空型材210和板220、223的接触处的全部，是焊接电极达可到的范围即可。

另外能够使板220、221、223～226在上下不同。例如，在上段的板220上角焊上段的中空型材210F、210R。板221也是同样。接着，对接焊接上段的板220、221和下段的板220、221的上端。接着，焊接侧面的板223～226。板223～226的车辆长方向的端部对接着板220的面。也可以角焊该部分。

柱130的下端焊接在板220的垂直面上。柱120的下端通过沿着车辆的长方向的桁架150焊接在板220上。

板220、221、223～226和中空型材210的焊接由MIC焊接进行。另外，该焊接也可以是连续地焊接，也可以是间断地焊接。不管怎样，为对于冲撞加重在焊接部不产生龟裂的焊接。

下面说明各部分的大小，前方的中空型材210F的压出方向的长度约为600mm，后方的中空型材210R的压出方向的长度约为400mm，各中空型材200的宽度约为400mm、厚度约为60mm，面板211、212、连接板213、215的厚度约为2.5～3.2mm。板220、221的厚度约为12mm，板223～226的厚度约为6mm。

在这样的构成中，车辆冲撞到其他的车辆或障碍物上时，缓冲装置200在长方向弯曲、吸收冲撞能量。

缓冲装置200的中空型材210比台架30、侧构体10、屋顶构体20的中空型材柔软，在冲撞时容易损坏，能够吸收冲击能量。中空型材210由退火而变软。对中空型材210使在台架30上使用的中空型材进行退火处理而变软。

该退火例如为O材处理。一般地，压出型材在压出加工后，进行各种热处理。压出型材的材质为A6N01的时候，进行T5的人工时效硬化处理。所述O材的热处理是在其后进行的处理。对O材的退火处理为380℃×2小时，耐力是36.8MPa。T5是耐力245MPa。对所述O材的退火是以作为中空型材的材料变软为目的的。中空型材210的延伸比一般的中空型材要大。中空型材210的耐力比一般的中空型材要小。为了强度和必要的柔软性也可以选择O材以外的退火处理。另外也可以选择中空型材的板厚。

板220的目的如下。例如，没有板220而为一个连续的中空型材210的时候，通过冲撞负荷中空型材210如图9所示弯曲为“L”形状。这样弯曲为两部分时，吸收的能量小。因此，在中空型材的中间配置隔板220，是防止在该部分产生弯曲的构件。由此，不作“L”状的弯曲，如图10所示，在板220的前后的位置也连续产生折皱状的小的弯曲，是能够吸收大能量的。例如，一个中空型材210的长方向的长度约为600mm左右以下也可以。如果是该长度，在所述600mm左右以内，小的弯曲连续产生是能够吸收大冲撞能量的。

另外，中空型材210的宽方向的端部面板211、212焊接在板223～226上。因此，在没有板223～226的时候，中空型材的端部面板211、212呈自由端，该部分不起吸收能量的作用，但由板223～226限制时，作折皱状地弯曲能够吸收能量。

在台架30，于车体的宽方向的两端有侧梁(图中未示)。侧梁是大的、坚固的中空型材。在前头部100没有侧梁那样大小的中空型材。在前头部100没有相当于台架30的侧梁的中空型材的强度的部件。在台架30的下面设置有连接连接器70的部件(图中未示)。在前头部100没有设置该部件。该部件分别沿着车体的长方向和宽方向。该部件及所述侧梁的中空型材对于车体的长方向的压缩负荷是坚固的。另外，设置有支撑连接器70的部件。

车辆在冲撞到障碍物上时，施加冲击负荷。连接器70在冲撞后，由其冲撞连接器70脱落，发挥缓冲装置200的缓冲作用。防爬构件250冲撞后，对缓冲装置200、200的中空型材210产生冲击作用。

由于中空型材210柔软，施加冲击时，比台架30的中空型材先变形而缓和冲击。由此，可以求得乘客的安全。另外，通过冲撞，中空型材210的长度变为一半～1/3左右。这时，在中空型材210的上方的机器突入驾驶室80，但不对驾驶者带来危害。例如，考虑好机器的设置位置、机器的大小等。另外，使隔开该机器侧和驾驶室80的隔壁设置在架110和上层的缓冲装置200、200及板160上，以求得驾驶者的安全。隔壁能够由所述机器的箱构成。隔壁能够设置在座40和台架30上。另外，考虑到会机器突入到驾驶室的情形，而在没突入到的位置设置驾驶者的坐席85。另外在突入的机器和坐席85之间留有充分的空间。

在这里，就中空型材120的冲击力缓和特性进行说明。表述承受压缩负荷后，如图11所示的负荷-变形的动作。根据材料的特性，如图12所示，拉伸强度及耐力等的强度高，延伸小的(脆的)材料i，强度低延伸好的(粘的)材料iii，可以考虑表示所述材料i、iii的中间特性的材料ii。在由图11的X(X₁、X₂)表示的曲线(相当于图12的强度特性I的材料)的材料中，耐负荷变大，但超过最大负荷后的耐负荷急剧地下降。另外，在强度低、延伸大的材料(相当于图12的强度特性iii的材料)，如图11的Y表示的曲线那样最大耐负荷变低，但表示出其后的耐负荷不急剧地下降的特性。

在Y曲线的例中所示的斜线部分的范围，表示该材料的破坏能量。比较X和Y曲线可以知晓，通过最大耐负荷后的变形动作，具有一般的强度，而延伸良好的材料(这时是Y曲线的材料)，破坏能量大。使具有这样强度特性Y的材料作为缓冲部件B来选择是重要的。Y曲线的材料是对压出型材例如通过O材处理能够容易得到的。

对X曲线的情形，由于材料的强度大、延伸小，因而不能够跟随着在部件截面内的应力的非平衡地延伸，而是部分地产生破坏，耐负荷急剧地下降。而Y曲线的情形，部件的最大的耐负荷比X曲线的情形低，但由于材料的延伸大，对于截面内的应力的离散能够部分地塑性变形(不能跟随延伸)，作为整体不与急剧的耐负荷的下降相关联，可以边维持某种程度的耐负荷边有大的变形。

因此，中空型材210、210作折皱状地连续变形，缓和施加于车体的冲击。进而，由于由中空型材210构成，与一般的薄板构造比较，其面内歪曲刚性和面外弯曲刚性高，并且由于是由两个面板和斜材构成的复合构造，对于压缩负荷也有破坏能量的吸收特性高的(每单位面积的)的效果。

另外，Y如图10所示，相当于对中空型材210在长度方向由板220隔开的情形。X如图9所示，相当于除去板220的情形。

由此能够理解由板220一隔开吸收能量就会变高。

另外，前方的缓冲装置200F的中空型材210的长度比后方的缓冲装置200R的中空型材210的长度还长，前方的中空型材210截面积(由面板211、212、连接板213、215构成)比后方的中空型材210的截面积(与前述相同)还要小是理想的。由此，从前方缓冲装置200F产生弯曲。

多个中空型材210、210之间沿着施加冲击的车体的长方向通过摩擦搅拌接合而接合。该接合为氩弧焊接的时候，焊接部断裂、折皱状地变形是困难的，能量吸收特性下降。这可以理解为在氩弧焊接的时候，由于焊接部的冲击值与母材的冲击值相比较大大地下降而引起的。但是，摩擦搅拌接合部的冲击值与氩弧焊接的焊接部比较要高，连接部没有断裂。这是可以考虑为由于通过摩擦搅拌接合，接合部的金属组织变微细，能量吸收值变高造成的。因此在摩擦搅拌接合的时候，各自的中空型材如所定而变形，能够吸收冲击能量。

另外，由于缓冲装置200位于上下方，利用已有的中空型材能够吸收需要吸收的冲击能量。

柱120、130的下端焊接在中空型材210上。由此，从与障碍物冲撞的柱120、130向中空型材210、210能够有效地传输冲击。另外，与柱120、130和缓冲装置200的焊接位置作为不阻碍由冲撞而缓冲装置200的变形的位置。

在所述实施例中，由中空型材的两面作摩擦搅拌接合，但如所述特许第3014654号(EP0797043A2)的图9那样，由中空型材的一方的面来接合另一方的两面板之间，接着使所述一方的两面板之间能够由连接材料接合。

下面对前头车A的后端和中间车B的端部的缓冲装置400进行说明。缓冲装置400为与缓冲装置200同样的构成。在左右缓冲装置200、200(400、400)之间和左右的缓冲装置200、200(400、400)的上面有板和支撑座，构成乘员通路的地板。在缓冲装置400的前端设置有防爬构件250。在左右的缓冲装置400、400之间也设置缓冲装置400的时候，在该缓冲装置400的前端设置有防爬构件250。

这些缓冲装置400及座的上方为出入口510的空间。或者缓冲装置400的上方为配电盘的空间。或者成为没有乘客的坐席的空间。由此，在冲撞时尽量对乘客减少影响。

有缓冲装置400的端部500与前头部100同样，在车体90由螺栓自由装卸地连接着。端部500的前端不是凸型圆弧而是垂直的。

缓冲装置400的数量有与前头部的缓冲装置的数量比较相对少的时候。即，由于根据缓冲装置的设置场所不同应该吸收的能量不同，需要与此相对应的缓冲装置。例如，缓冲装置400仅装在上层。另外，根据设置的场所，可改变由缓冲装置的中空型材210的强度部件构成的截面积(由面板211、212、和连接板213、215的截面积构成的面积)。较之前头部100的缓冲装置200，对于靠中央的中间车的缓冲装置，可使其数量、截面积减少。另外，上面所述说明了前头车和中间车的缓冲装置的关系，但较之靠端部的中间车的缓冲装置400，对于更靠中央的中间车的缓冲装置400，可使其数量、截面积减少。

与所述前头部100同样，在端部500没有连接连接器70的部件，在冲撞时连接器70脱落，缓冲装置400发挥缓冲作用。另外，在端部500没有相当于台架30的侧梁的中空型材的强度的部件。另外，构成端部500的外侧面的板的下端覆盖缓冲装置400的侧面。但是，在端部500施加出入口510等的负荷的部分，在地板有支撑其负荷的部件。该部件在缓冲装置400损坏时损坏。出入口510等乘客用的地板由缓冲装置400支撑着。

另外，在端部500用柔软的侧梁也可以。这通过退火及设置适当的孔来达到。前头部100及端部500是与车体90分开的，但也能够一体地设置。另外，中空型材210有时以规定间隔设置有孔，有时则选择中空型材的板厚，而能够使其柔软。另外，也可以有缓冲装置由以往一般的构成的情形。

本发明的技术范围不限于本申请的各发明中记述的文字或者为了解决课题的方法的项中记述的文字，而是也涉及到本领域的人员由此容易作替换的范围的发明。

根据本发明，是能够提供可吸收冲击能量而安全的钢轨车辆的发明。

Claims (8)

1.一种钢轨车辆，其特征在于：

构成车体的行驶方向的端部的部件为缓冲装置，所述缓冲装置由有多个中空部的多个压出型材构成，对所述多个压出型材使其压出方向向着车体的长方向地配置，在一个所述压出型材的压出方向，与邻接的所述压出型材之间配置板，使两个所述压出型材的长方向端部接合所述板。

2.按照权利要求1所述的钢轨车辆，其特征在于：

所述压出型材的厚度方向的所述板的尺寸比同方向的压出型材的厚度要大，所述压出型材的长方向端部角焊在所述板上。

3.按照权利要求2所述的钢轨车辆，其特征在于：

所述压出型材在上下方向多段地配置，而在上段的所述压出型材的所述长方向的端部和在下段的所述压出型材的所述长方向的端部连接在所述板上。

4.按照权利要求1所述的钢轨车辆，其特征在于：

前头侧的所述压出型材的长度比所述板长，比后方侧的压出型材的长度长。

5.一种钢轨车辆，其特征在于：

构成车体的行驶方向的端部的部件为缓冲装置，所述缓冲装置由有多个中空部的压出型材构成，该压出型材实质上由平行的两个面板和与其连接的多个的连接板构成，对所述压出型材使其压出方向向着车体的长方向，在所述压出型材的宽方向的一方的端部有接合所述两个面板的板。

6.按照权利要求5所述的钢轨车辆，其特征在于：

所述压出型材的厚度方向的所述板的尺寸比同方向的压出型材的厚度要大，所述压出型材的长方向端部角焊在所述板上。

7.按照权利要求5所述的钢轨车辆，其特征在于：

所述压出型材在上下方向多段地配置着，在上段的所述压出型材的所述至少一方的端部和在下段的所述压出型材的所述至少一方的端部连接在所述板上。

8.按照权利要求5所述的钢轨车辆，其特征在于：

所述缓冲装置在对于所述长方向正交的截面，四角形地配置至少四个所述压出型材，所述压出型材的宽方向的一端的两个面板接合在实质上正交的所述压出型材的所述面板上。

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