JP4912559B2

JP4912559B2 - Rail vehicle

Info

Publication number: JP4912559B2
Application number: JP2002265700A
Authority: JP
Inventors: 山口　　剛; 英資大場; 澄生奥野; 隆久山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003095094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌条に沿って走行する車両の車体に係り、軽合金製中空形材によって構成される鉄道車体に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両において、衝突の際、乗客に加わる衝撃力を緩和することが求められている。特許文献１のように、先頭の車体の先頭部に緩和装置を設け、先頭の車体の先頭部に衝突時の衝撃によって生成するエネルギーをその変形によって吸収するようにしている。この緩和装置は衝撃方向に対して垂直な面内に三角形を有するエレメントやハニカムパネル等からなるもので、各種ある。緩和装置は衝撃方向に対して並列にまた衝撃方向に沿ってそれぞれ複数に設置している。
【０００３】
部材を接合する手段として、摩擦攪拌接合が提案され、鉄道車両にも適用されている。これは特許文献２に示されている。
【０００４】
特許文献３によれば、部材に対して摩擦攪拌処理を行うと、摩擦攪拌処理の部分の金属組織が微細になり、エネルギー吸収値が高くなることが報告されている。
【０００５】
これはアルミニウム合金の中空の押出し材に対して、輪状またはらせん状に摩擦攪拌処理して、自動車のステアリング用シャフトに用いている。衝撃エネルギーの方向に対して直角方向に摩擦攪拌処理されており、この部分で衝撃エネルギーを吸収する。また、長さの短い筒を衝撃エネルギーの方向に沿って直列に配置し、部材同士を摩擦攪拌接合して構成している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１８６９５１号公報（ＵＳＰ５７１５７５７）
【特許文献２】
特許第３０１４６５４号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ２）
【特許文献３】
特開平１１−５１１０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では鉄道車両における衝突時の緩和装置が提案されている。この緩和装置は多数の緩和装置からなり、乗客の安全を図っている。
【０００８】
緩和装置は車体に設けるので、乗客スペースの確保の点から緩和装置の長さは短いほうがよい。
【０００９】
本発明は、衝撃エネルギーを吸収できる軌条車両を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、車体の端部の床を構成する部材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中空押出し形材からなり、前記中空押出し形材は前記複数の中空部を前記車体の幅方向に並んで有しており、前記中空押出し形材はその押出し方向を前記車体の長手方向に向けており、前記中空押出し形材は前記車体の台枠に対向しており、前記緩衝装置を上下２段であり、前記上段の緩衝装置は前記床を構成しており、前記複数の中空部には前記一つの部材から延びるパイプが挿入されていること、によって達成できる。前記緩衝装置のある領域には他の領域にある側梁の中空形材を設けないようにしたり、車両同士を連結する連結器は前記緩衝装置とは連結しないようにしたり、先頭車側の緩衝装置の数や縦断面積を中間車側の前記緩衝装置の数や縦断面積よりも大きくしたりすること、ができる。
【００１１】
また、上記目的は、複数の車体を連結した編成車両からなり、それぞれの前記車体の端部の床を支持する部材が緩衝装置になっており、前記緩衝装置の長さの範囲の上方を出入り口にしたり、制御盤を設けたり、先頭車側の緩衝装置の縦断面積を中間車側の前記緩衝装置の縦断面積よりも大きくすること、によって達成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１〜図９により説明する。図１および図２において、理解を容易にするために、車体とその先頭部とを分割して示している。
【００１３】
編成車両は前後の先頭車Ａと所要数の中間車Ｂとからなる。先頭車Ａの先頭部１００は前方に凸の円弧状である。先頭部１００に緩衝装置２００を配置している。先頭車Ａの後端と中間車Ｂの端部のそれぞれにも緩衝装置４００を配置している。まず、先頭部１００の緩衝装置２００を説明する。
【００１４】
先頭部１００を除く車体９０は、側面を構成する側構体１０、屋根構体２０、床を構成する台枠３０等から構成している。側構体１０、屋根構体２０、台枠３０はそれぞれ複数の中空形材を接合して構成している。中空形材は軽合金（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。中空形材の幅方向を車体の周方向に並べ、溶接して一体にしている。車体９０の端部には先頭部１００を固定するための座４０を設置している。車体９０の前端部の空間８０は運転室であり、台枠３０の上の床に運転者の座席８５を設置している。
【００１５】
先頭部１００は、車体に固定するための枠１１０、複数の柱１２０，１３０、複数の横骨１４０、緩衝装置２００、アンチクライマー２５０等からなる。枠１１０は四辺からなり、上部はＵ状である。枠１１０を車体９０の座４０にボルトで着脱自在に固定する。柱１２０は枠１１０の上端と緩衝装置２００の前端側とを連結する。柱１２０は車体を前方から見て中央側にある。柱１２０は連結器７０の両側にある。柱１３０は枠１１０の上部と緩衝装置２００の側面とを接続する。柱１３０は緩衝装置２００の長手方向の中央部であって、車体の両側面に連結している。柱１２０は障害物に衝突する可能性が高いので、柱１３０よりも大きく、強くしている。横骨１４０は枠１１０の中間の高さ位置で、枠１１０、柱１３０、柱１２０を接続する。これらの接続部は溶接している。枠１１０、柱１２０，１３０、横骨１４０からなる領域は板やガラス（いずれも図示せず）で円滑に覆われている。
【００１６】
緩衝装置２００の後端は枠１１０の下辺に突き合わせて溶接している。緩衝装置２００は上下２層になっている。下部の緩衝装置２００は枠１１０の下辺よりも下方において平行に設けた座１１５に溶接している。当該座１１５は枠１１０の下辺に溶接している。
【００１７】
側構体１０、屋根構体２０、台枠３０は複数の軽合金（例えば、アルミニウム合金）製の中空押出し形材を接合して構成したものである。特に台枠３０は強固に構成している。座４０の下辺は座１１５と同一形状である。座４０の背面と台枠３０の下面は複数のステー４５で強固に連結している。
【００１８】
上部の緩衝装置２００は枠１１０の下辺を介して台枠３０の座４０に対向している。下部の緩衝装置２００は座１１５を介して台枠３０の座４０の下部に対向している。
【００１９】
上下の緩衝装置２００，２００の前端はアンチクライマー２５０に溶接している。アンチクライマー２５０の前端は凹凸があり、衝突した障害物が上方に移動しないようにしている。アンチクライマー２５０の前端と緩衝装置２００，２００の間にはゴム製の緩衝部がある。
【００２０】
緩衝装置２００は上下二層であるとともに、車両の前方から見たとき、左右に分かれている。つまり、緩衝装置は４つに分かれている。下層の緩衝装置２００，２００の間（車両の中央部）の空間は車両の連結器７０が通過するための空間である。上層の緩衝装置２００，２００の間にも空間があるので、この空間の上部には機器の床となる板１５０を設置している。板１５０は上層の緩衝装置２００，２００に固定している。板１５０は上層の緩衝装置２００，２００に固定した支え座１５１に載っている。支え座１５１は車体の長手方向に沿って所定間隔で複数ある。板１５０は緩衝装置２００，２００の全面を覆ってもよい。
【００２１】
なお、上層の緩衝装置２００，２００の間にも緩衝装置を設け、左右の緩衝装置２００，２００と一体にできる。この場合、板１５０および支え座１５１はない。また、追加した緩衝装置２００の前端にアンチクライマー２５０を設置する。
【００２２】
緩衝装置２００は軽合金（例えば、アウミニウム合金）製の中空押出し形材２１０からなる。中空形材２１０は押出し方向を車両の走行方向（長手方向）に向けている。中空部は長手方向に沿っている。車両の幅方向に沿って複数の中空形材２１０，２１０を配置している。中空形材２１０の幅方向の端部同士を接合している。それぞれの緩衝装置２００は２つの中空形材からなる。
【００２３】
中空形材２１０は、２枚の面板２１１，２１２、両者を接続するものであって、面板２１１，２１２に対して傾斜した接続板２１３、幅方向の端部において、面板２１１，２１２に対して実質的に直交した接続板２１５からなる。面板２１１，２１２と接続板２１３はトラスを構成する。接続板２１５は２つの中空形材の接合部において、一方の中空形材にある。
【００２４】
この中空形材２１０同士は摩擦攪拌接合によって接合している。接合方向は長手方向に沿っている。面板２１１（２１２）と接続板２１５との接続部から端部側に片２１６が突出している。接続板２１５の端部側は面板２１１，２１２の外面よりも凹んでいる。突出片２１６はこの凹んだ位置にある。この凹部に他方の中空形材２１０の面板２１１，２１２が重なる。２つの中空形材の面板２１１，２１２は突き合わせられている。接続板２１５がある中空形材２１０の面板２１１，２１２の端面（凹部に至る面）は接続板２１５の板厚の中心の延長線上に実質的にある。突き合わせる中空形材の面板２１１，２１２の端部の外面側には中空形材の厚さ方向に突出する凸部２１７がある。凸部２１７同士も突き合わせられている。
【００２５】
摩擦攪拌接合を説明する。一対の中空形材２１０，２１０は架台３００に載せられている。下方の凸部２１７，２１７は架台３００に載っている。突き合わせ部はアーク溶接によって長手方向に沿って仮止め溶接している。この状態で、上方の突き合わせ部を回転工具３１０によって摩擦攪拌接合する。回転工具３１０の大径部の下端は面板２１１（２１２）の外面と凸部２１７，２１７の頂との間に位置させる。残った凸部は必要により切削して除く。上方を摩擦攪拌接合したら、この中空形材２１０，２１０を反転させ、同様に摩擦攪拌接合する。凸部２１７は無くてもよい。
【００２６】
中空形材２１０は例えば台枠３０に用いる中空形材である。緩衝装置２００の必要幅（車体の幅方向）になるように、一つ又は複数の中空形材を用いる。必要により中空形材の幅を切断する。緩衝装置２００の幅方向は平であることが望ましいので、台枠３０の中空形材がよい。但し、台枠３０の側梁は使用しない。側構体１０も直線状の中空形材があるので、利用できる。中空形材を流用するので、安価にできる。
【００２７】
緩衝装置２００の中空形材２１０は台枠３０、側構体１０、屋根構体２０の中空形材よりも柔らかく、衝突時に潰れやすく、衝撃エネルギー吸収できる。中空形材２１０は焼なましして柔らかくしている。中空形材２１０は台枠３０に用いる中空形材を焼きなまし処理して柔らかくしている。
【００２８】
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は３８０℃×２時間であり、耐力は３６.８ＭＰａである。Ｔ５は耐力２４５ＭＰａである。前記Ｏ材への焼なましは中空形材の材料として柔らかくすることを目的としたものである。中空形材２１０の伸びは一般の中空形材よりも大きい。中空形材２１０の耐力は一般の中空形材よりも小さい。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も選択される。また、中空形材の板厚も選定される。
【００２９】
柱１２０，１３０の下端部は上下の中空形材２１０，２１０に溶接している。上下の中空形材２１０を柱１２０，１３０の形状に切欠いて、両者を溶接している。上下の中空形材２１０，２１０は、その互いに向い合う面板間において、車体幅方向の両端部寄りの領域にて、複数の部材２５８に溶接している。
【００３０】
中空形材２１０を向いたアンチクライマー２５０の面には複数のパイプ２５６が有り、中空形材２１０の複数の中空部に挿入されている。パイプ２５６の外径は三角形状の中空部の内接円にほぼ同一である。パイプ２５６は三角形状の中空部に対して１つおきに挿入している。パイプ２５６はアンチクライマー２５０の座２５３に設けた穴に挿入した状態で、座２５３に溶接している。枠１１０および座１１５にもパイプ２５６があり、中空形材２１０の中空部に挿入している。
【００３１】
先頭部１００の上半分には窓等があり、下部の前端側の空間には運転用の機器を設置している。先頭部１００の側面を構成する板の下端は上下の緩衝装置２００，２００の側面を覆っている。
【００３２】
台枠３０において、車体の幅方向の両端には側梁（図示せず）がある。側梁は大きくて強固な中空形材である。先頭部１００には側梁の大きさの中空形材はない。先頭部１００には台枠３０の側梁の中空形材に相当する強度の部材はない。台枠３０の下面には連結器７０を連結するための部材（図示せず）を設置している。先頭部１００にはこの部材を設置していない。この部材は車体の長手方向および幅方向にそれぞれ沿っている。この部材や前記側梁の中空形材は車体の長手方向の圧縮荷重に対して強固である。尚、連結器７０を支える部材は設置している。
【００３３】
車両が障害物に衝突した場合、衝撃荷重がかかる。連結器７０が衝突するとその衝撃で連結器７０は脱落し、緩衝装置２００の緩衝作用を発揮させる。アンチクライマー２５０が衝突すると、緩衝装置２００，２００の中空形材２１０に衝撃が作用する。
【００３４】
中空形材２１０は柔らかいので、衝撃が加わった際、台枠３０の中空形材よりも先に変形し、衝撃を緩和する。これによって、乗客の安全を図れる。なお、衝撃によって、中空形材２１０の長さは半分〜１／３程度になる。このとき、中空形材２１０の上方にある機器が運転室８０に突入して、運転者に危害を与えないようにする。例えば、機器の設置位置、機器の大きさ等を考慮する。また、この機器側と運転室８０とを仕切る隔壁を枠１１０と上層の緩衝装置２００，２００および板１５０に設置して、運転者の安全を図る。隔壁は上記機器の箱によって構成できる。隔壁は座４０および台枠３０に設置できる。また、機器が運転室に突入した場合を考慮して、突入しない位置に運転者の座席８５を設ける。又は突入した機器と座席８５との間に十分なスペースを設ける。
【００３５】
ここで、中空形材２１０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１０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１１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i、強度は低いが伸びの良い（粘い）材料iii、上記材料i，iiiの中間の特性ＩＩを示す材料iiが考えられる。図１０のＸ（Ｘ₁，Ｘ₂）で示す曲線（図１１の強度特性Ｉ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１１の強度特性ＩＩＩに相当する材料）では、図１０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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
このため、中空形材２１０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、中空形材２１０で構成しているので、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。
【００３９】
複数の中空形材２１０，２１０同士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。この接合がアーク溶接であった場合は、溶接部が破断し、蛇腹状に変形することが困難になり、エネルギー吸収特性が低下する。これはアーク溶接の場合、溶接部の衝撃値が母材の衝撃値に比べて大きく低下することから理解できる。しかし、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、それぞれの中空形材が所定のとおりに変形し、衝撃エネルギーを吸収できる。
【００４０】
また、緩衝装置２００は上下にあるので、既存の中空形材を利用して所要の衝撃エネルギーを吸収できる。
【００４１】
上下の中空形材２１０を柱１２０，１３０の形状に切欠いて、両者を溶接している。これによって、障害物に衝突した柱１２０，１３０から中空形材２１０，２１０に衝撃を有効に伝達できる。
【００４２】
アンチクライマー２５０はパイプ１５６によって中空形材２１０に重なっているので、障害物に斜めに衝突した場合も、アンチクライマー２５０は中空形材２１０の衝撃を伝達できる。
【００４３】
上記実施例では中空形材の両面から摩擦攪拌接合しているが、前記特許第３０１４６５４号（ＥＰ０７９７０４３Ａ２）の図９のように、中空形材の一方の面板から他方の面板同士を接合し、次に前記一方の面板同士を接続材を介して接合するようにできる。
【００４４】
先頭車Ａの後端および中間車Ｂの端部の緩衝装置４００について説明する。緩衝装置４００は緩衝装置２００と同様の構成である。左右の緩衝装置２００，２００（４００，４００）の間および左右の緩衝装置２００，２００（４００，４００）の上面には板１５０と支え座２１５があり、乗員の通路の床になっている。緩衝装置４００の先端にはアンチクライマー２５０を設置している。左右の緩衝装置４００，４００の間にも緩衝装置４００を設けた場合は、この緩衝装置４００の先端にアンチクライマー２５０を設置している。
【００４５】
これら緩衝装置４００や座２１５の上方は出入り口５１０のための空間になっている。または緩衝装置４００の上方は配電盤のための空間になっている。または乗客の座席がない領域としている。これらによって、衝突時にできるだけ乗客に対して影響が少なくなるようにしている。
【００４６】
緩衝装置４００を有する端部５００は先頭部１００と同様に、車体９０にボルトで着脱自在に連結している。端部５００の先端は凸型円弧ではなく、垂直である。
【００４７】
緩衝装置４００の数は先頭部の緩衝装置の数に比べて少ない場合がある。すなわち、緩衝装置の設置場所に応じて吸収すべきエネルギーが異なるので、それに対応した緩衝装置にしている。例えば、緩衝装置４００は上層のみとする。また、設置場所に応じて緩衝装置の中空形材２１０の強度部材からなる断面積（面板２１１，２１２、および接続板２１３，２１５の断面積からなる面積）を変える。先頭部１００の緩衝装置２００に対してより中央の中間車の緩衝装置はその数、断面積を少なくする。なお、上記は先頭車と中間車の緩衝装置の関係を説明したが、端部の中間車の緩衝装置４００に対してより中央の中間車の緩衝装置４００はその数、断面積を少なくする。
【００４８】
前記先頭部１００と同様に、連結器７０を連結するための部材は端部５００にはない。衝突した場合、連結器７０は脱落し、緩衝装置４００が緩衝作用を発揮するようにする。また、台枠３０の側梁の中空形材に相当する強度の部材は端部５００にはない。また、端部５００の外側面を構成する板の下端は緩衝装置４００の側面を覆っている。しかし、端部５００に出入り口５１０等の荷重がかかる部分においては、床にその荷重を支持する部材がある。この部材は緩衝装置４００が潰れる場合に潰れる。出入り口５１０等の乗客の床は緩衝装置４００で支持されている。
【００４９】
また、端部５００は柔らかい構造にしてもよい。これは焼鈍しや適宜な穴をもうけることによって行う。先頭部１００や端部５００は車体９０と分離させていたが、一体に設けることができる。また、中空形材２１０は所定間隔で孔を設けたり、中空形材の板厚を選定したりして、柔らかくできる。また、緩衝装置は従来一般の構成でよい場合がある。
【００５０】
本発明の技術範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、衝撃エネルギーを吸収して安全な軌条車両を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の軌条車両の編成状態の側面図。
【図２】図１の先頭部を分離した状態の側面図。
【図３】図２の先頭部の平面図。
【図４】図２の左側面図。
【図５】図３のＶ−Ｖ断面図。
【図６】図４のVI−VI断面図。
【図７】図６のVII−VII断面図。
【図８】図６のVIII−VIII断面図。
【図９】図１の緩衝装置の接合状態図。
【図１０】材料の衝撃エネルギーの説明図。
【図１１】材料の応力−ひずみ線図。
【符号の説明】
Ａ…先頭車、Ｂ…中間車、３０…台枠、９０…車体、１００…先頭部、１１０…枠、１２０,１３０…柱、２５０…アンチクライマー、２５６…パイプ、２００…緩衝装置、２１０…中空形材、４００…緩衝装置、５００…端部、５１０…出入り口。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle body of a vehicle traveling along a rail, and is suitable for a railway vehicle body constituted by a light alloy hollow shape member.
[0002]
[Prior art]
In a railway vehicle, it is required to reduce the impact force applied to passengers in the event of a collision. As in Patent Document 1, a mitigation device is provided at the top of the top vehicle body, and the energy generated by the impact at the time of collision is absorbed by the deformation at the top of the top vehicle body . This relaxation device is composed of an element having a triangle in a plane perpendicular to the impact direction, a honeycomb panel, and the like, and there are various types. A plurality of relaxation devices are installed in parallel with and along the impact direction.
[0003]
Friction stir welding has been proposed as a means for joining members, and is also applied to railway vehicles. This is shown in Patent Document 2.
[0004]
According to Patent Document 3, it is reported that when the friction stir processing is performed on the member, the metal structure of the portion of the friction stir processing becomes fine and the energy absorption value increases.
[0005]
This is used for a steering shaft of an automobile by subjecting an aluminum alloy hollow extruded material to a frictional stirring treatment in a ring shape or a spiral shape. Friction stirring is performed in a direction perpendicular to the direction of impact energy, and this portion absorbs impact energy. In addition, a short cylinder is arranged in series along the direction of impact energy, and the members are configured by friction stir welding.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-186951 (USP 5715757)
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3014654 (EP0797043A2)
[Patent Document 3]
JP 11 - 51103 discloses [0007]
[Problems to be solved by the invention]
Patent Document 1 proposes a mitigation device for a collision in a railway vehicle. This mitigation device consists of a number of mitigation devices and is intended for passenger safety.
[0008]
Since the mitigation device is provided on the vehicle body, the length of the mitigation device should be short in terms of securing passenger space.
[0009]
An object of this invention is to provide the rail vehicle which can absorb impact energy.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The object is that a member constituting the floor of the end of the vehicle body is a shock absorber, and the shock absorber comprises a hollow extruded shape member having a plurality of hollow portions, and the hollow extruded shape member is the plurality of hollow portions. the have been closed by side in the width direction of the vehicle body, the hollow extruded shape member has towards its extrusion direction in the longitudinal direction of the vehicle body, the hollow extruded shape member is opposed to the vehicle body of the underframe The upper shock absorber is composed of two stages , and the upper shock absorber constitutes the floor, and pipes extending from the one member are inserted into the plurality of hollow portions. The area where the shock absorber is located is not provided with the hollow shape of the side beam in the other area, the coupler that connects the vehicles is not connected to the shock absorber, The number of devices and the longitudinal sectional area can be made larger than the number and longitudinal sectional areas of the shock absorbers on the intermediate vehicle side .
[0011]
Further, the object is composed of a knitted vehicle in which a plurality of vehicle bodies are connected, and a member that supports the floor at the end of each of the vehicle bodies is a shock absorber, and an entrance is provided above the range of the length of the shock absorber. Or by providing a control panel or making the longitudinal cross-sectional area of the shock absorber on the leading vehicle side larger than the longitudinal cross-sectional area of the shock absorber on the intermediate vehicle side .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1 and FIG. 2, for easy understanding, the vehicle body and its head portion are shown separately.
[0013]
The formation vehicle is composed of front and rear leading cars A and a required number of intermediate cars B. The leading portion 100 of the leading wheel A has an arc shape that protrudes forward. A shock absorber 200 is disposed at the leading portion 100. A shock absorber 400 is also arranged at each of the rear end of the leading wheel A and the end of the intermediate wheel B. First, the shock absorber 200 of the head part 100 will be described.
[0014]
The vehicle body 90 excluding the head portion 100 is composed of a side structure 10 that constitutes a side surface, a roof structure 20, a frame 30 that constitutes a floor, and the like. The side structure 10, the roof structure 20, and the underframe 30 are each configured by joining a plurality of hollow shapes. The hollow shape member is an extruded shape member made of a light alloy (for example, an aluminum alloy), and the extrusion direction (that is, the longitudinal direction) is directed to the longitudinal direction of the vehicle body. The width direction of the hollow profile is aligned in the circumferential direction of the vehicle body and welded together. A seat 40 for fixing the leading portion 100 is provided at the end of the vehicle body 90. A space 80 at the front end of the vehicle body 90 is a driver's cab, and a driver's seat 85 is installed on the floor above the underframe 30.
[0015]
The leading portion 100 includes a frame 110 for fixing to the vehicle body, a plurality of pillars 120 and 130, a plurality of transverse bones 140, a shock absorber 200, an anti-climber 250, and the like. The frame 110 consists of four sides, and the upper part is U-shaped. The frame 110 is detachably fixed to the seat 40 of the vehicle body 90 with bolts. The pillar 120 connects the upper end of the frame 110 and the front end side of the shock absorber 200. The pillar 120 is on the center side when the vehicle body is viewed from the front. The pillars 120 are on both sides of the coupler 70. The pillar 130 connects the upper portion of the frame 110 and the side surface of the shock absorber 200. The pillar 130 is a central portion in the longitudinal direction of the shock absorber 200 and is connected to both side surfaces of the vehicle body. The pillar 120 is larger and stronger than the pillar 130 because the pillar 120 is likely to collide with an obstacle. The horizontal bone 140 connects the frame 110, the pillar 130, and the pillar 120 at a height position in the middle of the frame 110. These connections are welded. An area composed of the frame 110, the pillars 120 and 130, and the horizontal bone 140 is smoothly covered with a plate or glass (none of which is shown).
[0016]
The rear end of the shock absorber 200 is abutted against the lower side of the frame 110 and welded. The shock absorber 200 has two upper and lower layers. The lower shock absorber 200 is welded to a seat 115 provided in parallel below the lower side of the frame 110. Those The seat 115 is welded to the lower side of the frame 110.
[0017]
The side structure 10, the roof structure 20, and the underframe 30 are configured by joining a plurality of hollow extruded shapes made of a light alloy (for example, an aluminum alloy). In particular, the underframe 30 is firmly constructed. The lower side of the seat 40 has the same shape as the seat 115. The back surface of the seat 40 and the lower surface of the frame 30 are firmly connected by a plurality of stays 45.
[0018]
The upper shock absorber 200 faces the seat 40 of the frame 30 via the lower side of the frame 110. The lower shock absorber 200 is opposed to the lower portion of the seat 40 of the underframe 30 via the seat 115.
[0019]
The front ends of the upper and lower shock absorbers 200, 200 are welded to the anti-climber 250. The front end of the anti-climber 250 has irregularities so that the colliding obstacle does not move upward. Between the front end of the anti-climber 250 and the shock absorbers 200, 200 is a rubber shock absorber.
[0020]
The shock absorber 200 has two upper and lower layers and is divided into left and right when viewed from the front of the vehicle. That is, the shock absorber is divided into four. The space between the lower shock absorbers 200 and 200 (the center of the vehicle) is a space through which the vehicle coupler 70 passes. Since there is also a space between the upper shock absorbers 200, 200, a plate 150 serving as a floor of the device is installed above this space. The plate 150 is fixed to the upper shock absorbers 200, 200. The plate 150 is placed on a support seat 151 fixed to the upper shock absorbers 200, 200. A plurality of support seats 151 are provided at predetermined intervals along the longitudinal direction of the vehicle body. The plate 150 may cover the entire surface of the shock absorbers 200, 200.
[0021]
In addition, a shock absorber can also be provided between the shock absorbers 200 and 200 in the upper layer, and can be integrated with the left and right shock absorbers 200 and 200. In this case, the plate 150 and the support seat 151 are not provided. Also, installing the anti-climber 250 before the end of the added buffer device 200.
[0022]
The shock absorber 200 includes a hollow extruded shape 210 made of a light alloy (for example, an aluminum alloy). The hollow shape member 210 has an extrusion direction directed to a traveling direction (longitudinal direction) of the vehicle. The hollow portion is along the longitudinal direction. A plurality of hollow members 210, 210 are arranged along the width direction of the vehicle. The ends of the hollow shape 210 in the width direction are joined together. Each shock absorber 200 consists of two hollow profiles.
[0023]
The hollow shape member 210 connects the two face plates 211 and 212, the connection plate 213 inclined with respect to the face plates 211 and 212, and the face plate 211 and 212 at the end in the width direction. The connection plate 215 is substantially orthogonal. The face plates 211 and 212 and the connection plate 213 constitute a truss. The connecting plate 215 is in one hollow profile at the junction of the two hollow profiles.
[0024]
The hollow members 210 are joined together by friction stir welding. The joining direction is along the longitudinal direction. A piece 216 protrudes from the connecting portion between the face plate 211 (212) and the connecting plate 215 to the end side. The end side of the connection plate 215 is recessed from the outer surfaces of the face plates 211 and 212. The protruding piece 216 is in this recessed position. The face plates 211 and 212 of the other hollow member 210 overlap with this recess. Two hollow shape face plates 211 and 212 are abutted. The end surfaces (surfaces reaching the recesses) of the face plates 211 and 212 of the hollow profile 210 having the connection plate 215 are substantially on the extension line at the center of the plate thickness of the connection plate 215. On the outer surface side of the end portions of the face plates 211 and 212 of the hollow shape members to be abutted, there are convex portions 217 that protrude in the thickness direction of the hollow shape material. The convex portions 217 are also abutted with each other.
[0025]
The friction stir welding will be described. The pair of hollow shapes 210 and 210 are placed on the gantry 300. Lower projections 217 and 217 are placed on the gantry 300. The butt portion is temporarily welded along the longitudinal direction by arc welding. In this state, the upper butted portion is friction stir welded by the rotary tool 310. The lower end of the large-diameter portion of the rotary tool 310 is positioned between the outer surface of the face plate 211 (212) and the tops of the convex portions 217 and 217. The remaining convex part is cut off if necessary. When the friction stir welding is performed on the upper side, the hollow shape members 210 and 210 are reversed and similarly friction stir welding is performed. The convex portion 217 may not be provided.
[0026]
The hollow shape member 210 is a hollow shape member used for the frame 30, for example. One or a plurality of hollow shapes are used so that the required width of the shock absorber 200 (the width direction of the vehicle body) is obtained. If necessary, cut the width of the hollow profile. Since it is desirable that the shock absorber 200 is flat in the width direction, a hollow shape of the frame 30 is preferable. However, the side beams of the underframe 30 are not used. The side structure 10 can also be used because it has a linear hollow shape. Since the hollow profile is used, the cost can be reduced.
[0027]
The hollow shape member 210 of the shock absorber 200 is softer than the hollow shape members of the underframe 30, the side structure 10, and the roof structure 20, and is easily crushed at the time of collision, and can absorb impact energy. The hollow member 210 is annealed and softened. The hollow member 210 is softened by annealing the hollow member used for the frame 30.
[0028]
This annealing is, for example, O material treatment. In general, an extruded shape is subjected to various heat treatments after extrusion. When the material of the extruded shape is A6N01, an artificial age hardening treatment of T5 is performed. The annealing of the O material is performed thereafter. The annealing treatment for the O material is 380 ° C. × 2 hours, and the proof stress is 36.8 MPa. T5 has a yield strength of 245 MPa. The annealing to the O material is intended to make it soft as a hollow shape material. The elongation of the hollow member 210 is larger than that of a general hollow member. The yield strength of the hollow member 210 is smaller than that of a general hollow member. An annealing treatment other than the O material is also selected for strength and necessary softness. The thickness of the hollow shape is also selected.
[0029]
The lower ends of the columns 120 and 130 are welded to the upper and lower hollow members 210 and 210. The upper and lower hollow members 210 are cut out in the shape of the pillars 120 and 130, and both are welded. The hollow shape members 210, 210 of upper and lower, in the surface plates facing each other of their at both ends near the region of the vehicle width direction, are welded to a plurality of members 258.
[0030]
A plurality of pipes 256 are provided on the surface of the anti-climber 250 facing the hollow shape member 210 and are inserted into the plurality of hollow portions of the hollow shape member 210. The outer diameter of the pipe 256 is substantially the same as the inscribed circle of the triangular hollow portion. Every other pipe 256 is inserted into the triangular hollow portion. The pipe 256 is welded to the seat 253 in a state of being inserted into a hole provided in the seat 253 of the anti-climber 250. The frame 110 and the seat 115 also have a pipe 256 and are inserted into the hollow part of the hollow shape member 210.
[0031]
A window or the like is provided in the upper half of the leading portion 100, and driving equipment is installed in the space on the lower front end side. The lower end of the plate constituting the side surface of the leading portion 100 covers the side surfaces of the upper and lower shock absorbers 200, 200.
[0032]
In the underframe 30, there are side beams (not shown) at both ends in the width direction of the vehicle body. The side beams are large and strong hollow profiles. There is no hollow member of the size of the side beam in the head part 100. There is no strength member corresponding to the hollow shape of the side beam of the underframe 30 in the head portion 100. A member (not shown) for connecting the coupler 70 is installed on the lower surface of the underframe 30. This member is not installed in the head part 100. The member that have respectively along longitudinal direction and the width direction of the vehicle body. This member and the hollow shape of the side beam are strong against the compressive load in the longitudinal direction of the vehicle body. In addition, the member which supports the connector 70 is installed.
[0033]
When a vehicle collides with an obstacle, an impact load is applied. When the coupler 70 collides, the coupler 70 is dropped due to the impact, and the buffering function of the buffer device 200 is exhibited. When the anti-climber 250 collides, an impact acts on the hollow shape member 210 of the shock absorbers 200 and 200.
[0034]
Since the hollow shape member 210 is soft, when an impact is applied, the hollow shape member 210 is deformed earlier than the hollow shape member of the underframe 30 to reduce the impact. Thus, passenger safety can be achieved. In addition, the length of the hollow shape member 210 is reduced to about half to 1/3 due to the impact. At this time, the device above the hollow shape member 210 enters the cab 80 so as not to harm the driver. For example, the installation position of the device, the size of the device, and the like are considered. Moreover, the partition which partitions off this apparatus side and the driver's cab 80 is installed in the frame 110, the upper buffer device 200,200, and the board 150, and a driver | operator's safety is aimed at. The partition can be constituted by a box of the above equipment. The partition walls can be installed on the seat 40 and the underframe 30. In consideration of the case where the device enters the cab, the driver's seat 85 is provided at a position where the device does not enter. Alternatively, a sufficient space is provided between the rushed device and the seat 85.
[0035]
Here, the impact force relaxation characteristics of the hollow profile 210 will be described. When a compressive load is applied, the load-deformation behavior as shown in FIG. 10 is shown. Depending on the characteristics of the material, as shown in FIG. 11, the material i has high strength such as tensile strength and proof stress and small elongation (brittle), the material iii has low strength but good elongation (viscous), and the above materials i and iii A material ii exhibiting an intermediate property II is conceivable. In the material of the curve indicated by X (X ₁ , X ₂ ) in FIG. 10 (material corresponding to the strength characteristic I in FIG. 11), the load resistance increases, but the load resistance after exceeding the maximum load decreases rapidly. Will do. On the other hand, a material having low strength and large elongation (a material corresponding to the strength characteristic III in FIG. 11) has a low maximum load resistance as indicated by a curve indicated by Y in FIG. It shows the characteristics that do not deteriorate.
[0036]
The range of the shaded portion shown in the example of the Y curve indicates the fracture energy of this material. Comparing the X and Y curves, it can be seen that the material having moderate strength and good elongation (in this case, the material of the Y curve) has higher fracture energy due to the deformation behavior after the maximum load resistance. To choose a material having such strength characteristics Y as a cushioning member is important. The material of the Y curve can be easily obtained by treating the extruded profile with, for example, an O material.
[0037]
In the case of the X curve, since the strength of the material is high and the elongation is small, the elongation cannot follow the stress imbalance in the cross section of the member, resulting in partial breakage and a sudden decrease in load resistance. Become. On the other hand, in the case of the Y curve, the maximum load bearing capacity of the member is lower than that in the case of the X curve, but because the elongation of the material is large, it partially plastically deforms due to the stress variation in the cross section (the elongation can follow) As a whole, it does not lead to a sudden decrease in load resistance, and can be greatly deformed while maintaining a certain load resistance.
[0038]
For this reason, the hollow shape member 210 is deformed into a bellows shape, and the impact applied to the vehicle body is reduced. Furthermore, since it is composed of the hollow member 210, its in-plane bending rigidity and out-of-plane bending rigidity are higher than that of a general thin plate structure, and it is a composite structure composed of two face plates and a diagonal member. For this reason, there is also an effect that the absorption characteristic of fracture energy is high (per unit plane area) with respect to the compressive load.
[0039]
The plurality of hollow members 210, 210 are joined by friction stir welding along the longitudinal direction of the vehicle body to which an impact is applied. When this joining is arc welding, the welded portion is broken and it becomes difficult to deform into a bellows shape, and the energy absorption characteristics are deteriorated. In the case of arc welding, this can be understood from the fact that the impact value of the welded portion is greatly reduced compared to the impact value of the base material. However, the impact value of the friction stir weld is higher than that of arc welding, and the joint does not break. This is presumably because the metal structure of the joint becomes fine due to friction stir welding and the energy absorption value is high. Therefore, if you friction stir welding, each hollow shape member is deformed as predetermined, to absorb the impact energy.
[0040]
Further, since the shock absorbers 200 are located at the top and bottom, the required impact energy can be absorbed using the existing hollow shape material.
[0041]
The upper and lower hollow members 210 are cut out in the shape of the pillars 120 and 130, and both are welded. Thereby, the impact can be effectively transmitted from the columns 120 and 130 colliding with the obstacle to the hollow members 210 and 210.
[0042]
Since the anti-climber 250 is overlapped with the hollow shape member 210 by the pipe 156, the anti-climber 250 can transmit the impact of the hollow shape member 210 even when it collides with an obstacle obliquely.
[0043]
In the above embodiment has been friction stir welding from both sides of the hollow shape member, but as shown in Figure 9 of the patent 3014654 (EP0797043A2), and joining the other face plate between the face plate hand hollow shape member Then, the one face plate can be joined to each other through a connecting material.
[0044]
The shock absorber 400 at the rear end of the leading wheel A and the end of the intermediate wheel B will be described. The shock absorber 400 has the same configuration as the shock absorber 200. There are a plate 150 and a support seat 215 between the left and right shock absorbers 200, 200 (400, 400) and on the upper surface of the left and right shock absorbers 200, 200 (400, 400), which serve as a floor for the passenger passage. An anti-climber 250 is installed at the tip of the shock absorber 400. When the shock absorber 400 is also provided between the left and right shock absorbers 400, 400, the anti-climber 250 is installed at the tip of the shock absorber 400.
[0045]
Above the shock absorber 400 and the seat 215 is a space for the entrance / exit 510. Alternatively, the space above the shock absorber 400 is a space for the switchboard. Or an area without passenger seats. As a result, the impact on the passengers is reduced as much as possible in the event of a collision.
[0046]
The end portion 500 having the shock absorber 400 is detachably connected to the vehicle body 90 with a bolt, like the head portion 100. The tip of the end 500 is not a convex arc but is vertical.
[0047]
The number of shock absorbers 400 may be smaller than the number of shock absorbers at the top. That is, since the energy to be absorbed differs depending on the installation location of the shock absorber, a shock absorber corresponding to that is used. For example, the shock absorber 400 is only the upper layer. Moreover, the cross-sectional area (area consisting of the cross-sectional areas of the face plates 211 and 212 and the connection plates 213 and 215) made of the strength member of the hollow shape member 210 of the shock absorber is changed according to the installation location. The number and the cross-sectional area of the shock absorbers in the middle intermediate wheel are smaller than those of the shock absorbers 200 in the leading portion 100. The above has been described the relationship between the shock absorber of the first car and the intermediate wheel, more central intermediate wheel shock absorber 400 of the number, to reduce the cross-sectional area relative to the shock absorber 400 of the intermediate wheel end.
[0048]
Similar to the leading portion 100, the end portion 500 does not have a member for connecting the coupler 70. In the event of a collision, the coupler 70 drops off, so that the shock absorber 400 exhibits a shock absorbing action. Further, the end portion 500 does not have a member having a strength corresponding to the hollow shape of the side beam of the underframe 30. Further, the lower end of the plate constituting the outer surface of the end portion 500 covers the side surface of the shock absorber 400. However, in a portion where a load such as the entrance / exit 510 is applied to the end portion 500, there is a member that supports the load on the floor. This member is crushed when the shock absorber 400 is crushed. Passenger floors such as the entrance 510 are supported by the shock absorber 400.
[0049]
Further, the end portion 500 may have a soft structure . This is done by annealing or making appropriate holes. Although the leading portion 100 and the end portion 500 are separated from the vehicle body 90, they can be provided integrally. Further, the hollow shape member 210 may be provided with holes at predetermined intervals, or by selecting the thickness of the hollow shape member can be softened. Further, the shock absorber may have a conventional general configuration.
[0050]
The technical scope of the present invention is not limited to the language described in each claim of the claims or the language described in the means for solving the problem, and extends to a range easily replaced by those skilled in the art. Is.
[0051]
【Effect of the invention】
According to the present invention, it is possible to provide a safe rail vehicle by absorbing impact energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a rail vehicle in a knitted state according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a state in which the leading portion of FIG. 1 is separated.
FIG. 3 is a plan view of the leading portion of FIG. 2;
4 is a left side view of FIG.
5 is a VV cross-sectional view of FIG.
6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG.
7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG.
8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG.
FIG. 9 is a joined state diagram of the shock absorber shown in FIG. 1;
FIG. 10 is an explanatory diagram of impact energy of a material.
FIG. 11 is a stress-strain diagram of a material.
[Explanation of symbols]
A ... Leading car, B ... Intermediate car, 30 ... Underframe, 90 ... Car body, 100 ... Leading part, 110 ... Frame, 120, 130 ... Pillar, 250 ... Anti climber, 256 ... Pipe, 200 ... Shock absorber, 210 ... Hollow profile, 400 ... shock absorber, 500 ... end, 510 ... doorway.

Claims

The member that forms the floor at the end of the car body is a shock absorber,
The shock absorber comprises a hollow extruded shape having a plurality of hollow portions,
The hollow extruded shape members are Ri Contact with organic alongside a plurality of hollow portions in the width direction of the vehicle body,
The hollow extruded shape members are toward the extrusion direction in the longitudinal direction of the vehicle body,
The hollow extruded shape member is opposed to the underframe of the vehicle body,
The shock absorber is upper and lower stages,
The upper shock absorber constitutes the floor,
At least the tip of the front and rear ends of the upper and lower two-stage shock absorber is connected to one member,
Pipes extending from the one member are inserted into the plurality of hollow portions,
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to claim 1,
The hollow portion is a triangular hollow portion surrounded by two face plates spaced apart from each other and a connection plate connecting the face plates ;
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to claim 2 ,
The shape determined by the outer diameter of the pipe is substantially the same as the inscribed circle of the triangular hollow portion ;
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to claim 2 or 3 ,
The pipe Rukoto are inserted alternately to the triangular hollow section,
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to any one of claims 1 to 4 ,
The rail vehicle is a leading vehicle,
The shock absorber is disposed in front of the driver's cab seat at the front of the front car,
The upward operating equipment of the buffer device is installed,
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to any one of claims 1 to 4 ,
The one member is an anti-climber on the front end side of the shock absorber, and is a frame for fixing to the vehicle body on the rear end side of the shock absorber,
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to any one of claims 1 to 4 ,
The lower shock absorber is divided into left and right, and there is a connector for connecting a vehicle between the left and right shock absorbers,
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to any one of claims 1 to 4 ,
A plurality of the rail vehicles connected to the formation vehicle;
The number of the shock absorbers of the vehicle on the end side of the trained vehicle is greater than that of the shock absorber of the vehicle on the center side, or the members constituting the shock absorber of the vehicle on the end side of the trained vehicle The longitudinal cross-sectional area is larger than the longitudinal cross-sectional area of the members constituting the shock absorber of the vehicle on the center side;
Rail vehicle characterized by.

In the rail vehicle according to claim 8 ,
The members constituting the floor at the end of each vehicle body are the shock absorbers, and there is a doorway or control panel above the shock absorbers,
Rail vehicle characterized by.