JP2004268694A - Railway rolling stock - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両同士が衝突した場合、あるいは車両が何らかの障害物に衝突した場合に発生する大きな衝撃エネルギーを吸収する軌条車両である。
【0002】
【従来の技術】
現在の鉄道車両では、車両の走行方向に、大きな衝撃を受けた場合、例えば他の車両と衝突した場合に、乗客および運転手に加わる衝撃力を緩和する構造が求められている。そのため、車両には、車両の端部にエネルギー吸収材で構成される動的塑性変形ゾーンを備えることが知られている。さらに、車両は、車両を構成している台枠の高さよりも上方に何らかの障害物が衝突した場合においても、運転室に制御不能な変形を起こすことなく、その衝撃エネルギーを吸収する構造が求められている。
【0003】
特許文献1によれば、車両は、運転室の下方に設置した非変形剛性フレームと運転室の前方に設けられた保護シールドの間に局所的に挿入された複数のエネルギー吸収要素を有している。運転室は、台枠の高さよりも上方に衝撃力が加わった場合においても、保護シールドの下方に設置したガイドアームにより、運転室全体の変形を制御しつつ、エネルギー吸収要素の塑性変形によって衝撃エネルギーを吸収する構造になっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−225704号公報(US2002073887)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、車両同士が正面衝突した場合のみならず、車両の台枠よりも高い位置に何らかの障害物が衝突した場合においても、効率よく衝撃エネルギーを吸収することで、運転室に有効な空間を十分に確保することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、運転室が設けられた軌条車両において、前記運転室の運転台の床を構成する部材が緩衝床になっており、前記緩衝床は、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて配置しており、前記緩衝床は、前記車両の台枠高さより上方に配置すること、により達成できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図1〜図8により説明する。以下では、丸い先頭形状の運転室について説明するが、必ずしも丸い先頭形状に限定されるべきものではなく、平らな先頭形状の運転室をも含むものである。
【0008】
車両の先頭運部は、衝突時に発生する衝撃エネルギーを吸収するために柔らかく作られた緩衝床110を有する運転台100、衝突時において運転手の安全を確保するために運転台よりも高強度に作られた車体200とからなる。運転台100の下方には、緩衝機能を有する乗上防止装置150を配置している。乗上防止装置150は、運転室を正面から見た車体中心に対して左右に各1つづつ配置している。乗上防止装置150よりも上方に緩衝床110を水平方向に配置している。
【0009】
運転台100は、運転台機器を搭載する緩衝床110、緩衝床110および前面ガラス(図示せず)を支持するために高強度に作られた2本の衝突柱120と2本の隅柱121、運転台100を車体200に固定するための外枠122と端梁123、124、衝突柱120および隅柱121と外枠122をつなぐ複数の縦骨125、126、127等から構成している。運転台100は、外枠122および端梁123、124とを介して車体側の座240にボルトで着脱自在に固定し、外板(図示せず)および前面ガラス(図示せず)で滑らかに覆っている。2本の衝突柱120は、運転室を正面から見て車体中心側に配置しており、緩衝床110の高さから上方に伸びている。2本の隅柱121は、衝突柱120よりも外側に配置しており、緩衝床110の高さから上方に伸びている。2本の衝突柱120の上端は、衝突柱の間に貫通路(図示せず)を設けるために、その間を横骨128と溶接している。前面ガラスの下部は、運転室内にいる運転手を保護するための保護板129を衝突柱120、隅柱121および横梁130に溶接している。端梁123、124の内部には、衝突時に発生する荷重を車体側に伝え易くするために複数の補強132、133を溶接している。
【0010】
緩衝床110は、車両の中心側から車体の幅方向に向けて複数の中空形材111、112、113を並べて接合して構成しており、車体200を構成している台枠230の高さよりも上方に配置している。中空形材111,112,113はアルミ合金製の押出し形材で、その押出し方向を車両の長手方向に向けている。中空形材111、112、113は、中空形材の幅方向を車体の幅方向に並べ、それらを接合して一体にしている。緩衝床110の前端は、衝突柱120、隅柱121および横梁130、131に強固に溶接している。緩衝床110の後端は、衝突時に発生する衝撃力を車体に伝えるために、端梁123に強固に溶接している。端梁123は外枠122,端梁124等に強固に溶接している。
【0011】
緩衝床110の下面には、複数の中空形材161からなる緩衝リブ160を緩衝床110に対して直交に接合している。緩衝リブ160に使用する中空形材161は、軽合金(例えば、アルミニウム合金)製の押出し形材で、その押出し方向(すなわち、長手方向)を車体の長手方向に向けている。中空形材161の下面は、板162を溶接することにより中空形材161を拘束している。緩衝リブ160の後端は、衝突時の荷重を車体側に伝えるために端梁123、124に強固に溶接している。
【0012】
図4〜図6に示すように、緩衝床110、および緩衝リブ160を構成している中空形材の縦断面積は、後端よりも前端の方がより小さくなっており、衝突時において、前端側から徐々に塑性変形するようになっている。
【0013】
車体200は、屋根構体210、側構体220、運転室および客室の床を構成する台枠230等から構成している。屋根構体210、側構体220、台枠230は、それぞれ複数の中空形材(図示せず)を接合して構成している。車体200に使用する中空形材は、軽合金製の押出し形材で、その押出し方向を車体の長手方向に向けている。それぞれの中空形材は、中空形材の幅方向を車体の周方向に並べ、それらを接合して一体にしている。
【0014】
車体200の端部は運転台100を固定するための座240を取付けている。台枠230の上面には運転席250を配置している。運転室を正面からみたとき、車体中心側で台枠230の下面には、連結器260を取付けるために高強度に作られた中梁270を溶接している。
【0015】
乗上防止装置150は車体の幅方向の中心部の両側にそれぞれある。乗上防止装置150は、車体の前端側から、衝突した車両の脱線を誘発するような乗り上げ挙動を抑制するアンチクライマー151、衝突時の衝撃エネルギーを吸収する3つの箱型緩衝器155等から構成している。アンチクライマー151の表面には、いくつもの凹凸があり、衝突した障害物が上下方向に移動しないようにしている。
【0016】
箱型緩衝器155は、アルミ合金製の4つの中空押出し形材156、157を箱型に接合して構成している。中空形材156、157は軽合金製の押出し形材で、その押出し方向を車体の長手方向に向けている。各箱型緩衝器155の間は、複数の仕切り板152を介して隣接する箱型緩衝器155に溶接して一体化している。乗上防止装置150の後端は、衝突時に発生する衝撃力を車体側に伝えるために、端梁124に強固に溶接している。
【0017】
乗上防止装置150の上面と緩衝床110の下面は、つなぎ板140を介して結合している。つなぎ板140の下端は仕切り板152になっている。つなぎ板140は不要部に多数の穴をあけている。乗上防止装置150(アンチクライマー151)の最前面は、車両衝突時において、最初に衝撃力を受けるために運転台100のあらゆる部材の中で最も前方に位置している。
【0018】
緩衝床110、緩衝リブ160、および箱型緩衝器155に使用する中空形材111、112、113、161、156、および157は、形材の幅方向に平らであることが望ましいので、台枠230に用いる中空形材が適している。側構体220にも直線状の中空形材があるので、利用できる。台枠230、側構体220に用いる中空形材を流用できるので、材料を安価に調達することができる。
【0019】
中空形材111、112、113、161、156および157は、車体200を構成している台枠230、側構体220、屋根構体210に用いられる中空形材よりも柔らかく、衝突時において潰れやすくなっている。中空形材111、112、113、161、156および157は、焼なまし処理をすることにより、柔らかくしている。
【0020】
この焼なましは例えばO材処理である。一般に、押出し形材は押出し加工の後、各種の熱処理が行われる。押出し形材の材質がA6N01のとき、T5の人工時効硬化処理が行われる。前記O材の焼なましはその後行うものである。O材への焼なまし処理後の耐力は約60MPaである。T5は耐力245MPaである。
【0021】
中空形材111、112、113、161、156、および157の伸びは、前記O材処理により、車体200に使用する中空形材よりも大きくなっている。強度と必要な柔らかさのためには、O材以外の焼なまし処理、あるいはA6N01材以外の材質も選択される。また、中空形材の板厚も選定される。
【0022】
緩衝床110を構成する中空形材111、112、113は、衝撃がかかる車体の長手方向に沿って摩擦攪拌接合によって接合している。摩擦攪拌接合部の衝撃値はアーク溶接の溶接部に比べて高く、接合部が破断するようなことがない。これは摩擦攪拌接合によって接合部の金属組織が微細になり、エネルギー吸収値が高くなっているためと考えられる。このため、摩擦攪拌接合した場合は、中空形材111、112、113が所定どおり塑性変形し、衝撃エネルギーを吸収できる。中空形材111、112、113の接合は、焼のもどし処理の前でも後でもどちらでもよい。
【0023】
緩衝リブ160を構成する中空形材161は、緩衝床110の下面と車体の長手方向に沿ってアーク溶接によって接合している。上記で述べたように、アーク溶接の溶接部の衝撃値は摩擦攪拌接合部の衝撃値には劣るものの、アーク溶接後に焼きなまし処理することにより、その短所を軽減することができる。また、中空形材111、112、113と中空形材161を一体に押出し成形することにより、接合部の少ない緩衝床110を製作することができる。この場合、エネルギー吸収量を増加させるだけでなく、製作コストを低減することができる。
【0024】
箱型緩衝器を構成する中空形材156、157は、車体の長手方向に沿ってアーク溶接によって接合している。これらについても、中空形材156、157を一体に押出し成形することにより、接合部の少ない箱型緩衝器150を製作することができる。
【0025】
ここで、中空形材111、112、113、156、157、および161の衝撃力緩和特性について述べる。圧縮荷重が負荷されると、図7に示す通りの荷重−変形の挙動を示す。材料の特性により、図8に示すように、引張り強さや耐力などの強度が高く、伸びの小さい(脆い)材料a、強度は低いが伸びの良い(粘い)材料c、上記材料a,cの中間の特性を示す材料bが考えられる。図7のX(X1,X2)で示す曲線(図8の強度特性aに相当する材料)の材料では、耐荷重は大きくなるが、最大荷重を超えた後の耐荷重が急激に低下することになる。一方、強度が低く、伸びの大きい材料(図8の強度特性cに相当する材料)では、図7のYで示す曲線のように最大の耐荷重は低くなるが、その後の耐荷重が急激に低下しない特性を示す。
【0026】
Y曲線の例で示す斜線部の範囲は、この材料の破壊エネルギーを示している。XとY曲線を比較すると、最大耐荷重後の変形挙動により、そこそこの強度を持ち、伸びの良い材料の方(この場合、Y曲線の材料)が、破壊エネルギーは高くなることが解る。このような強度特性Yを持つ材料を緩衝部材Bとして選ぶことが重要となる。Y曲線の材料は押出し形材を例えばO材処理することによって容易に得ることができる。
【0027】
X曲線の場合、材料の強度が高く、伸びが小さいため、部材断面内における応力のアンバランスに伸びが追随できず、部分的に破壊が生じることになり、急激に耐荷重が低下することになる。一方、Y曲線の場合、部材の最大耐荷重は、X曲線の場合より低下するが、材料の伸びが大きいため、断面内の応力のばらつきに対して部分的に塑性変形する(伸びが追随できる)ことができ、全体として急激な耐荷重の低下につながらず、ある程度の耐荷重を維持しながら大きく変形することができることになる。
【0028】
このため、中空形材111、112、113、156、157、および161は蛇腹状に変形し、車体に加わる衝撃を緩和することになる。さらに、一般の薄板構造に比較して、その面内曲げ剛性および面外曲げ剛性が高く、しかも、2枚の面板と斜材からなる複合構造であることから、圧縮荷重に対して破壊エネルギーの吸収特性が高い(単位平面積当たりの)という効果も有している。
【0029】
運転台100を構成している材料の内、押出し形材を除く部材の材料にはA5083−O材を使用している。A5083−O材の耐力は約150MPaであり、焼きなまし処理後の押出し形材に比べて強度が高い。また、A5083−O材の伸びはA6N01−T5材よりも大きいため、衝突時の大きな塑性変形に対しても破断することが少ない。
【0030】
A5083−O材と押出し形材の接合にはアーク溶接を用いる。一般的に溶接部の近傍は、溶接時に発生する部材への入熱の影響により強度が低下することが知られている。A5083−O材の場合、熱影響部の強度低下が小さいため、溶接部近傍からの破断を防ぐことができる。
【0031】
車両が障害物に衝突した場合、車両には大きな衝撃荷重が加わることになる。このときの衝突形態は一つではなく、衝撃荷重の加わる高さも同じではない。考えられる衝突の形態の一つは、同じ車両同士の正面衝突である。この場合、衝撃荷重は、車両の最前面にある乗上防止装置150に加わる。
【0032】
上記とは異なるの衝突形態としては、異なる車両あるいは何らかの障害物、例えば自動車等が台枠の高さよりも上方に衝突する場合である。この場合、衝撃荷重は乗上防止装置150には加わらずに、運転台100に直接加わることが考えられる。
【0033】
ここでは、まず、運転台の高さに衝撃荷重が加わった場合について説明する。図9に、台枠230よりも高い位置、例えば横梁131あるいは保護板129の高さで、車両が何らかの障害物と衝突した場合の荷重−変形線図を示す。この場合、まず、運転台100を構成する衝突柱120に衝撃荷重が加わる。このとき、衝撃荷重は衝突柱120を介して、主に緩衝床110、緩衝リブ160、保護板129、および横梁130、131に伝わり、運転台100に弾性変形を引き起こす。
【0034】
ある一定値以上の衝撃荷重が加わると、弾性域を越えて塑性域に達する。ここで最初に塑性変形する部材は、低強度かつ柔らかく作られた緩衝床110である。その変形は、中空形材111、112、113を構成している2枚の面板とこの2枚の面板を接続する斜材が車体の長手方向に対して一定間隔で発生する蛇腹状の塑性変形である。しかも、塑性変形は荷重点に近い車両の先端側から発生する。これは、緩衝床110の前端の縦断面積が、後端の断面積よりも小さくなっていることから明らかである。比較的小さな障害物との衝突あるいは低速度の衝突では、運転室および客室から最も遠い車端部から塑性変形させることによって、主要部材を破断させることなく運転手並びに乗客の安全を十分に確保することができる。
【0035】
車体長手方向への変形が進むにつれて、緩衝床110に溶接している横梁130と、横梁130に溶接している保護板129は曲げによって塑性変形する。変形することによって、衝撃荷重は衝突柱110だけでなく保護板129にも直接加わることになる。衝撃荷重を点から線、線から面で受けることによって、安定した塑性変形につながる。
【0036】
上記の安定した塑性変形は、緩衝床110を台枠230よりも高い位置に配置すると同時に、衝突柱120、隅柱121を台枠230よりも低い位置にある部材、例えば乗上防止装置150と強固に結合しないことが重要である。すなわち、衝突柱120、緩衝床110と乗上防止装置150とは、構造上分離していることが望ましい。
【0037】
一般的に乗上防止装置150は、その機能上の問題から車体長手方向の圧縮力に対して一定値以上の強度を保有する必要があり、その取り付け位置は台枠230よりも低い高さに配置される。仮に、乗上防止装置150と剛に結合されている衝突柱120に、台枠230より高い位置の衝撃荷重が加わった場合、荷重点から乗上防止装置150までの距離は長くなる。そのため、衝突柱110に加わった荷重は、高剛性の乗上防止装置150を固定端とする大きな曲げモーメントを発生させる。このような曲げモーメントは、衝突柱120と乗上防止装置150の結合部からの破壊、あるいは衝突柱120自体の破壊を引き起こすことにつながり、エネルギー吸収特性を低下させる。
【0038】
上記のような破壊モードを避けるために、緩衝床110は、台枠230よりも高い位置に配置しており、台枠230よりも高い位置にある衝突柱120、隅柱121、横梁130、131と強固に結合している。ただし、緩衝床110と乗上防止装置150が完全に分離された場合、乗上防止装置150自体が端梁133を固定端とする梁構造になってしまうため振動や強度上の問題が残る。そこで、乗上防止装置150の上面と緩衝床110の下面は、厚さ6mm程度のつなぎ板140で溶接している。つなぎ板140の上下間の中央部は、端部に比べて断面積が小さくなっており、溶接部よりも強度が小さい。そのため、つなぎ板140は、ある程度まで車体長手方向の塑性変形が進んだ段階で、引張りと曲げにより中央部から破断する。つなぎ板140は、破断しても運転室内に存在しないので運転手に危害を与えることはなく、安全上の問題はない。ここで述べるつなぎ板140とは、決して板材に限定するものではなく、ある一定の荷重で離脱するような機構を有する部材、例えばせん断ボルトやせん断ピン等でもよい。
【0039】
さらに車体長手方向への変形が進むと、緩衝床110は車体の上下方向に曲げ変形を伴い始める。これは、緩衝床110の面外曲げ剛性が、面内曲げ剛性に比べて小さいために起こるものである。従来のように台枠230だけでは、一旦床の一部に曲げ変形を誘発すると、そこから全体がくの字型に折れてしまい、耐荷重は一気に低下し、エネルギー吸収特性もまた低下することになる。このような状態を防ぐために、緩衝床110の下面には、緩衝リブ160を接合している。これにより緩衝床110の面外曲げ剛性を増加させて、車体長手方向の安定した塑性変形を実現することができる。
【0040】
また、緩衝リブ160の前端の縦断面積は、後端の断面積よりも小さくなっている。このような緩衝リブ160は、緩衝床110と同様に運転室および客室から最も遠い車端部から塑性変形させることによって運転手並びに乗客の安全を確保することにつながっている。
【0041】
車体長手方向への変形が進むにつれて、横骨125、126、127は車体長手方向に対して大きく変形する必要がある。横骨125、126、127の断面はコの字型となっており、開口部を車内側にしている。このとき、変形した部材が運転室内に飛び込んでくることによって運転手に危害が及ばないように、横骨125、126、127の長手方向の中央部に切欠きを設けている。そのため、横骨125、126、127は、車外側に変形することができ、運転手の安全を確保するような構造になっている。
【0042】
以上のような塑性変形モードを経ることにより、車両に何らかの障害物が台枠230の高さよりも上方に衝突する場合においても、緩衝床110、および緩衝リブ160を蛇腹状に塑性変形させることによって、衝撃エネルギーを効率良く吸収し、運転手と乗客の安全を確保している。なお、上記の衝突形態によって、緩衝床110、および緩衝リブ160の長さは1/3程度になる。このとき、緩衝床110の上方にある運転台機器が、変形時において運転手に危害を与えないように機器配置および機器の大きさ等を考慮する。あるいは、緩衝床110の変形に同期して、運転席250が後ろ側にスライドする構造にしてもよい。
【0043】
図10に、同じ車両同士が正面衝突した場合の荷重−変形線図を示す。この場合、まず、衝撃荷重が加わるのは連結器260である。連結器260は、それ自体が有する弾性変形と塑性変形により衝撃力を緩和することができるが、ある一定の衝撃荷重に達した段階で、せん断ボルトあるいはせん断ピンによって車両から離脱することが知られている。その後、衝撃荷重は車両の最前方に位置する乗上防止装置150に加わる。
【0044】
乗上防止装置150は、アンチクライマー151を介して衝撃荷重が加わっても一定値以下の圧縮荷重であれば、塑性変形しない構造になっている。これは、乗上防止装置150を構成する箱型緩衝器155の強度に依存するためである。箱型緩衝器155の縦断面積を変えることによって、弾性限界となる衝撃荷重を制御することができる。箱型緩衝器155の縦断面積を操作する方法としては、中空形材156、157の形材の種類を選定したり、中空形材156、157自体に切欠きを設けたりすることによって可能である。
【0045】
箱型緩衝器155の断面は、中空形材156、157自体を板材に想定したロ型断面となっている。一般的に、アルミニウム製合金をロ型あるいは日型に押出した中空形材は、衝撃エネルギー吸収材として使用できることが知られている。これらの吸収材は、比較的エネルギー吸収量が少ないため、これらの吸収材を複数個使用しても部材が占有する単位面積当りのエネルギー吸収量は限られる。
【0046】
箱型緩衝器155は、4辺を構成する全ての面に複数個の閉要素を有しているため、単位面積当たりのエネルギー吸収量を増加させることができる。また、箱型緩衝器155は、車体上下方向および幅方向に対する曲げ剛性が形材単体に比べて極めて大きいため、全体的にくの字に変形することなく、車体長手方向に連続した蛇腹状の塑性座屈を実現できる。
【0047】
上記の理由により箱型緩衝器155は、ある一定値の衝撃荷重に達した段階で、弾性変形を経て塑性変形する。車体長手方向に直列に配置した複数個の箱型緩衝器155は、同じ荷重−変形特性を有するバネを直列に結合した状態に酷似しており、合成した荷重−変形特性は容易に推定できる。
【0048】
箱型緩衝器155の変形がある程度進んでアンチクライマー151の前面が運転台100の前面と長手方向に同位置になった段階で、衝撃荷重が緩衝床110と緩衝リブ160に加わり始める。箱型緩衝器155は、既にある程度塑性変形した後であるため、耐荷重のピークは終わっている。そのため、箱型緩衝器155の耐荷重ピークと緩衝床110の耐荷重ピークはずれており、組合せた全体の耐荷重ピークは、極端な増加につながらない。よって、正面衝突時においても、運転手および乗客に加わる衝撃加速度を抑えることができる。
【0049】
この先の塑性変形モードは、先に述べた障害物が台枠の高さよりも上方に衝突する場合の変形モードに、箱型緩衝器の変形モードを加えたものに相当する。すなわち、このときの荷重−変形特性図は、二つのエネルギー吸収特性を合成したものとなる。実際には、緩衝床110と緩衝リブ160に加わる衝撃荷重点は、緩衝床110の高さにより近くなるため、緩衝床110と緩衝リブ160によって吸収するエネルギー量は若干増加すると考えられる。先で述べた乗上防止装置150を除いた運転台100のみの塑性変形よるエネルギー吸収量と、乗上防止装置150のエネルギー吸収量の比率は約6対4である。
【0050】
以上のような塑性変形モードを経ることによって、同じ車両同士が正面衝突した場合おいても、箱型緩衝器155、緩衝床110、および緩衝リブ160を蛇腹状に塑性変形させることによって、より大きな衝撃エネルギー吸収し、運転室および居室の空間を十分に確保でき、運転手と乗客の安全を確保できるものである。
【0051】
なお、上記では焼きなまし処理をしていたが、いわゆる三元系アルミニウム合金とし、金属組織を微細化したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】先頭車両の運転室の側断面で、図2のI−I断面図ある。
【図2】先頭車両の運転室の正面図である。
【図3】図2のIII−III断面図である。
【図4】図3のIV−IV断面図である。
【図5】図3のV−V断面図である。
【図6】図3のVI−VI断面図である。
【図7】材料の衝撃エネルギーの説明図である。
【図8】材料の応力−ひずみ線図である。
【図9】運転台に衝突した場合の荷重−変形線図である。
【図10】正面衝突した場合の荷重−変形線図である。
【符号の説明】
100:運転台、110、緩衝床、150:乗上防止装置、120:衝突柱、125,126,127:横骨、150:運転席、200:車体、160:緩衝リブ、161:中空形材、210:屋根構体、220:側構体、230:台枠、260:連結器、270:中梁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a railroad vehicle that absorbs large impact energy generated when vehicles collide with each other or when the vehicle collides with some obstacle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a current railway vehicle, a structure is required to reduce an impact force applied to a passenger and a driver when a large impact is received in a traveling direction of the vehicle, for example, when the vehicle collides with another vehicle. For this reason, it is known that vehicles have a dynamic plastic deformation zone composed of an energy absorbing material at the end of the vehicle. Furthermore, a vehicle must have a structure that absorbs its impact energy without causing uncontrollable deformation of the driver's cab, even if an obstacle collides above the height of the underframe that constitutes the vehicle. Have been.
[0003]
According to
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-225704 A (US2002073887)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to effectively absorb impact energy not only in the case where vehicles collide with each other but also in the case where an obstacle collides with a position higher than the underframe of the vehicle. It is to secure enough space.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the railroad vehicle provided with a driver's cab, a member constituting a floor of a cab of the driver's cab is a buffer floor, and the buffer floor has a plurality of extruded members having a plurality of hollow portions. The hollow profile can be achieved by arranging the extrusion direction in the longitudinal direction of the vehicle body, and arranging the buffer floor above the underframe height of the vehicle.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, a driver's cab having a round top shape will be described. However, the present invention is not necessarily limited to a round head shape, and includes a driver's cab having a flat top shape.
[0008]
The
[0009]
The
[0010]
The
[0011]
On the lower surface of the
[0012]
As shown in FIGS. 4 to 6, the longitudinal cross-sectional area of the hollow section constituting the
[0013]
The
[0014]
A
[0015]
The
[0016]
The box-shaped
[0017]
The upper surface of the
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
This annealing is, for example, an O material treatment. Generally, various heat treatments are performed on an extruded profile after extrusion. When the material of the extruded profile is A6N01, an artificial age hardening treatment of T5 is performed. The annealing of the O material is performed thereafter. The yield strength after annealing to the O material is about 60 MPa. T5 has a proof stress of 245 MPa.
[0021]
The elongation of the
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
Here, the impact force relaxation characteristics of the
[0026]
The range of the hatched portion shown in the example of the Y curve indicates the breaking energy of this material. Comparing the X and Y curves, it can be seen that a material having moderate strength and good elongation (in this case, the material of the Y curve) has a higher fracture energy due to the deformation behavior after the maximum load capacity. It is important to select a material having such a strength characteristic Y as the buffer member B. The material of the Y-curve can be easily obtained by treating the extruded profile with, for example, an O-material.
[0027]
In the case of the X curve, the strength of the material is high and the elongation is small, so that the elongation cannot follow the imbalance of the stress in the cross section of the member, resulting in partial destruction and a sudden decrease in the withstand load. Become. On the other hand, in the case of the Y curve, the maximum load capacity of the member is lower than that in the case of the X curve, but since the material is large in elongation, it is partially plastically deformed with respect to the variation in stress in the cross section (elongation can follow. ), And a large deformation can be achieved while maintaining a certain amount of load resistance without leading to a sudden decrease in load resistance as a whole.
[0028]
For this reason, the
[0029]
The A5083-O material is used as a material for members of the driver's
[0030]
Arc welding is used for joining the A5083-O material and the extruded shape material. It is generally known that the strength near the welded portion is reduced due to the effect of heat input to members generated during welding. In the case of the A5083-O material, since the strength reduction of the heat-affected zone is small, breakage from the vicinity of the welded portion can be prevented.
[0031]
When the vehicle collides with an obstacle, a large impact load is applied to the vehicle. The collision mode at this time is not one, and the height to which the impact load is applied is not the same. One possible form of collision is a head-on collision between the same vehicles. In this case, the impact load is applied to the
[0032]
A different collision mode from the above is a case where a different vehicle or some obstacle, for example, an automobile, collides above the height of the underframe. In this case, it is conceivable that the impact load is directly applied to the
[0033]
Here, first, a case where an impact load is applied to the height of the cab will be described. FIG. 9 shows a load-deformation diagram when the vehicle collides with some obstacle at a position higher than the
[0034]
When an impact load of a certain value or more is applied, it reaches the plastic region beyond the elastic region. Here, the first member to be plastically deformed is the
[0035]
As the deformation in the longitudinal direction of the vehicle body progresses, the
[0036]
The above-described stable plastic deformation is performed by arranging the
[0037]
Generally, the
[0038]
In order to avoid the destruction mode as described above, the
[0039]
When the deformation further proceeds in the longitudinal direction of the vehicle body, the
[0040]
The longitudinal cross-sectional area of the front end of the
[0041]
As the deformation in the longitudinal direction of the vehicle body progresses, the
[0042]
By passing through the plastic deformation mode as described above, even if any obstacle collides with the vehicle above the height of the
[0043]
FIG. 10 shows a load-deformation diagram when the same vehicle collides head-on. In this case, first, an impact load is applied to the coupler 260. The coupler 260 can alleviate the impact force by its own elastic deformation and plastic deformation, but it is known that the coupler 260 is detached from the vehicle by a shear bolt or a shear pin when a certain impact load is reached. ing. Thereafter, the impact load is applied to the
[0044]
The
[0045]
The cross section of the box-shaped
[0046]
Since the box-shaped
[0047]
For the above-described reason, the box-shaped
[0048]
At a stage where the deformation of the box-shaped
[0049]
The preceding plastic deformation mode corresponds to the above-described deformation mode in which the obstacle collides above the height of the underframe plus the deformation mode of the box-shaped shock absorber. That is, the load-deformation characteristic diagram at this time is obtained by combining the two energy absorption characteristics. Actually, it is considered that the impact load point applied to the
[0050]
Through the above-described plastic deformation mode, even when the same vehicle collides head-on, the box-shaped
[0051]
Although the annealing treatment has been described above, a so-called ternary aluminum alloy may be used, and the metal structure may be refined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a driver's cab of a leading vehicle, which is a sectional view taken along line II of FIG.
FIG. 2 is a front view of a driver's cab of a leading vehicle.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 3;
FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 3;
FIG. 7 is an explanatory diagram of impact energy of a material.
FIG. 8 is a stress-strain diagram of a material.
FIG. 9 is a load-deformation diagram when the vehicle collides with a cab.
FIG. 10 is a load-deformation diagram when a frontal collision occurs.
[Explanation of symbols]
100: driver's cab, 110, cushion floor, 150: anti-ride device, 120: collision column, 125, 126, 127: horizontal bone, 150: driver's seat, 200: body, 160: cushion rib, 161: hollow member , 210: roof structure, 220: side structure, 230: underframe, 260: coupler, 270: center beam
Claims (8)
前記運転室の運転台の床を構成する部材が緩衝床になっており、
前記緩衝床は、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、
前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて配置しており、
前記緩衝床は、前記車両の台枠高さより上方に配置していること、
を特徴とする軌条車両。In a rail car equipped with a cab,
The member constituting the floor of the cab of the cab is a buffer floor,
The buffer bed comprises a plurality of extruded profiles having a plurality of hollow portions,
The hollow profile is arranged with its extrusion direction facing the longitudinal direction of the vehicle body,
The buffer floor is disposed above the underframe height of the vehicle,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝床は、前記運転室の運転席よりも前方に配置しており、
前記緩衝床の上方に運転台機器を搭載していること、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 1,
The buffer floor is disposed ahead of the driver's seat of the cab,
A cab device is mounted above the buffer floor,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝床の先端の縦断面積は、前記緩衝床の後端の縦断面積に比べて小さいこと、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 1,
The vertical cross-sectional area of the front end of the buffer floor is smaller than the vertical cross-sectional area of the rear end of the buffer floor,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝床の下面には複数の緩衝リブを設けていること、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 1,
A plurality of buffer ribs are provided on the lower surface of the buffer floor,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝リブは、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、
前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて、配置しており、
前記中空形材は、前記緩衝床と直交する方向に接合していること、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 4,
The buffer rib comprises a plurality of extruded profiles having a plurality of hollow portions,
The hollow profile is oriented with its extrusion direction in the longitudinal direction of the vehicle body,
The hollow profile is joined in a direction perpendicular to the buffer floor,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝リブの先端の縦断面積は、前記緩衝リブの後端の縦断面積に比べて小さいこと、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 5,
The longitudinal cross-sectional area of the front end of the buffer rib is smaller than the vertical cross-sectional area of the rear end of the buffer rib,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝床に対して下方かつ車体の幅方向に対して両下端に配置している乗上防止装置が緩衝装置になっており、
前記緩衝装置は、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、
前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて、配置していること、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 1,
An anti-ride device arranged below the buffer floor and at both lower ends with respect to the width direction of the vehicle body is a buffer device,
The shock absorber comprises a plurality of extruded profiles having a plurality of hollows,
The hollow profile is arranged with its extrusion direction facing the longitudinal direction of the vehicle body,
A railway vehicle characterized by the above.
前記緩衝装置は、前記緩衝床との間を複数のつなぎ板により結合されていること、
を特徴とする軌条車両。The vehicle according to claim 7,
The buffer device is connected to the buffer floor by a plurality of connecting plates,
A railway vehicle characterized by the above.
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