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KR20040019824A - 레일차량 - Google Patents

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KR20040019824A
KR20040019824A KR1020020061518A KR20020061518A KR20040019824A KR 20040019824 A KR20040019824 A KR 20040019824A KR 1020020061518 A KR1020020061518 A KR 1020020061518A KR 20020061518 A KR20020061518 A KR 20020061518A KR 20040019824 A KR20040019824 A KR 20040019824A
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shape member
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KR1020020061518A
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야마모토다카히사
마키노도시아키
이나요시히코
오쿠노스미오
Original Assignee
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 충격에너지를 흡수할 수 있어 안전한 레일차량을 제공하는 것이다.
차체의 앞쪽 끝에 선두부(100)를 설치하고 있다. 그 바닥은 완충장치(200)를 구성하는 중공형재(210)로 이루어진다. 완충장치(200)는 상하의 완충장치(200, 200)로 구성하고 있다. 중공형재(210)에는 어닐링 처리한 중공형재를 사용한다. 중공형재(210)는 그 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있다. 중공형재(210)의 길이방향은 판(220)으로 2분되어 있다. 중공형재(210)의 폭방향의 끝부의 양면의 면판(211, 212)은 판(223 내지 226)으로 접합되어 있다. 충격하중이 걸리면 중공형재(210)는 주름상자형상으로 변형하여 충격력을 흡수한다. 중공형재(210)의 길이 방향은 판(220)으로 칸막이되어져 있으므로, 「く」형상으로 좌굴하지 않고, 주름상자형상으로 연속하여 좌굴하여 큰 에너지를 흡수한다.

Description

레일차량{RAIL VEHICLE}
본 발명은 철도차량 등의 차체에 관한 것으로, 경합금제 중공형재에 의하여 구성되는 철도차체에 적합하다.
철도차량에 있어서 충돌시, 승객에게 가해지는 충격력을 완화하는 것이 요구되고 있다. 일본국 특개평7-186951호 공보(USP5715757)와 같이 선두의 차체의 선두부에 충돌시의 충격에 의하여 생성하는 에너지를 그 변형에 의하여 흡수하도록 하고 있다. 이 완충장치는 충격방향에 대하여 수직한 면내에 3각형을 가지는 엘리먼트나 허니컴패널 등으로 이루어진다. 완충장치는 충격방향에 대하여 병렬로 또 충격방향을 따라 각각 복수로 설치하고 있다.
부재를 접합하는 수단으로서, 마찰교반접합이 제안되어 철도차량에도 적용되고 있다. 이것은 일본국 특허제3014654호 공보(EP0797043A2)에 표시되어 있다.
일본국 특개평11-51103호 공보에 의하면, 부재에 대하여 마찰교반처리를 행하면 마찰교반처리 부분의 금속조직이 미세해져 에너지 흡수값이 높아지는 것이 보고되고 있다.
이것은 알루미늄합금의 중공의 압출재에 대하여, 링형상 또는 나선형상으로 마찰교반처리하여, 자동차의 스티어링용 샤프트에 사용되고 있다. 충격에너지 방향에 대하여 직각방향으로 마찰교반처리되어 있고, 이 부분에서 충격에너지를 흡수한다. 또 길이가 짧은 통을 충격에너지의 방향을 따라 직렬로 배치하고, 부재끼리를 마찰교반접합하여 구성하고 있다.
상기 일본국 특개평7-186951호 공보(USP5715757)에서는 철도차량에 있어서의 충돌시의 완충장치가 제안되고 있다. 이 완충장치는 다수의 완충장치로 이루어져 승객의 안전을 도모하고 있다.
완충장치는 차체에 설치하므로 승객 공간의 확보의 점에서 완충장치의 길이는 짧은 쪽이 좋다.
본 발명은 충격에너지를 크게 흡수할 수 있는 레일차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 레일차량의 편성상태의 측면도,
도 2는 도 1의 선두부를 분리한 상태의 측면도,
도 3은 도 2의 선두부의 평면도,
도 4는 도 2의 좌측면도,
도 5는 도 3의 V-V 단면도,
도 6은 충돌완화장치(200)의 우측 절반분의 평면도,
도 7은 도 6의 VII-VII 단면도,
도 8은 중공형재의 접합상태도,
도 9는 종래의 완충장치의 설명도,
도 10은 본 발명의 완충장치의 설명도,
도 11은 재료의 충격에너지의 설명도,
도 12는 재료의 응력 - 왜곡선도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 선두차 B : 중간차
30 : 언더프레임 90 : 차체
100 : 선두부 110 : 프레임
120, 130 : 기둥 250 : 안티클라이머
200 : 완충장치 210 : 중공형재
220, 223 내지 226 : 판 400 : 완충장치
500 : 끝부 510 : 출입구
상기목적은, 차체의 주행방향의 끝부를 구성하는 부재가 완충장치로 되어 있어, 상기 완충장치는, 복수의 중공부를 가지는 복수의 압출형재의 압출방향을 차체의 길이방향을 향하여 배치하고, 상기 압출형재는, 충돌하였을 때 압출형재가 주름상자형상으로 변형하도록 압출형재의 길이방향의 도중에 칸막이판을 배치함으로써 달성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 12에 의하여 설명한다. 이해를 쉽게하기 위하여 도 1은 각 차체를 분할하여 나타내고, 도 2는 차체와 그 선두부를 분할하여 나타내고 있다. 도 9, 도 10에 있어서 도 (A)는 압축전의 형상을 나타내고, (B)는 압축후의 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 (B)는 모식적으로 나타낸다. 도 5, 도 7, 도 9, 도 10에 있어서 중공형재의 트러스의 수는 일치하고 있지 않다.
편성차량은 전후의 선두차(A)와 소요수의 중간차(B)(도면에서는 하나의 중간차를 나타내고 있음)로 이루어진다. 선두차(A)의 선두부(100)는 앞쪽에 볼록의 원호형상이다. 선두부(100)에 완충장치(200)를 배치하고 있다. 선두차(A)의 후단과 중간차(B)의 전후끝부의 각각에도 완충장치(400)를 배치하고 있다. 먼저 선두부 (100)의 완충장치(200)를 설명한다.
선두부(100)를 제외하는 차체(90)는 측면을 구성하는 측면 구조체(10), 지붕 구조체(20), 바닥을 구성하는 언더프레임(30) 등으로 구성하고 있다. 측면 구조체 (10), 지붕 구조체(20), 언더프레임(30)은 각각 복수의 중공형재를 접합하여 구성하고 있다. 중공형재는 경합금(예를 들면 알루미늄합금)제의 압출형재로, 그 압출방향(즉, 길이방향)을 차체의 길이방향을 향하고 있다. 중공형재의 폭방향을 차체의 둘레방향으로 나열하여 용접하여 일체로 하고 있다. 차체(90)의 끝부에는 선두부 (100)를 고정하기 위한 시이트(40)를 설치하고 있다. 차체(90)의 앞 끝부의 공간 (80)은 운전실이고, 언더프레임(30)의 위의 바닥에 운전자의 좌석(85)을 설치하고 있다.
선두부(100)는 차체에 고정하기 위한 프레임(110), 복수의 기둥(120, 130),복수의 가로골조(140), 완충장치(200), 안티클라이머(250) 등으로 이루어진다. 프레임 (110)은 4변으로 이루어지고, 상부는 U자형상이다. 프레임(110)을 차체(90)의 시이트(40)에 볼트로 착탈 자유롭게 고정한다. 기둥(120)은 프레임(110)의 상단과 완충장치(200)의 전단측을 연결한다. 기둥(120)은 차체를 앞쪽에서 보아 중앙측에 있다. 기둥(120)은 연결기(70)의 양측에 있다. 기둥(130)은 프레임(110)의 상부와 완충장치(200)의 측면을 접속한다. 기둥(130)은 완충장치(200)의 길이방향의 중앙부에 있고, 차체의 양 측면에 연결되어 있다. 기둥(120)은 장해물에 충돌할 가능성이 높기 때문에, 기둥(130)보다도 크고 강하게 되어 있다. 가로골조(140)는 프레임 (110)의 상단, 중간의 높이 위치에서 프레임(110), 기둥(130), 프레임(110)을 접속한다. 이들 접속부는 용접되어 있다. 프레임(110), 기둥(120, 130), 가로골조(140)로 이루어지는 영역은 금속제의 판이나 유리(모두 도시생략)로 원활하게 덮여져 있다.
완충장치(200)의 후단은 프레임(110)의 하변에 맞대어 용접되어 있다. 완충장치(200)는 상하 2층으로 되어 있다. 하부의 완충장치(200)는 프레임(110)의 하변보다도 아래쪽에 있어 평행으로 설치한 시이트(115)에 용접되어 있다. 이음시이트 (115)는 프레임(110)의 하변에 용접되어 있다.
측면 구조체(10), 지붕 구조체(20), 언더프레임(30)은 복수의 경합금(예를 들면 알루미늄합금)제의 중공 압출형재를 접합하여 구성한 것이다. 특히 언더프레임 (30)은 강고하게 구성되어 있다. 시이트(40)의 하변은 시이트(115)와 동일형상이다. 시이트(40)의 배면과 언더프레임(30)의 하면은 복수의 스테이(50)로 강고하게 연결되어 있다.
상부의 완충장치(200)는 프레임(110)의 하변을 거쳐 언더프레임(30)의 시이트(40)에 대향하고 있다. 하부의 완충장치(200)는 시이트(115)를 거쳐 언더프레임(30)의 시이트(40)의 하부에 대향하고 있다.
상하의 완충장치(200, 200)의 전단은 안티 클라이머(250)에 용접되어 있다. 안티 클라이머(250)의 전단은 요철이 있어 충돌한 장해물이 윗쪽으로 이동하지 않도록 하고 있다. 안티 클라이머(250)의 전단과 완충장치(200, 200)의 사이에는 고무제의 완충부(도시 생략)가 있다.
완충장치(200)는 상하 2층임과 동시에, 차량 길이방향에서 보았을 때, 좌우로 나뉘어져 있다. 즉 완충장치는 4개로 이루어진다. 하층의 완충장치(200, 200) 사이(차량의 중앙부)의 공간은 차량의 연결기(70)가 통과하기 위한 공간이다. 상층의 완충장치(200, 200)의 사이에도 공간이 있으므로, 이 공간의 상부에는 기기의 바닥이 되는 판(160)을 설치하고 있다. 판(160)은 상층의 완충장치(200, 200)에 고정되어 있다. 판(160)은 상층의 완충장치(200, 200)에 고정한 지지 시이트(151)에 얹어져 있다. 지지 시이트(151)는 차체의 길이방향을 따라 소정간격으로 복수개 있다. 판(160)은 완충장치(200, 200)의 전면을 덮어도 좋다.
또한 상층의 완충장치(200, 200) 사이에도 완충장치를 설치하여 좌우의 완충장치(200, 200)와 일체로 할 수 있다. 이 경우 판(160) 및 지지 시이트(151)는 없다. 또 추가한 완충장치(200)의 전단에 안티 클라이머(250)를 설치한다.
각각의 완충장치(200)는 경합금(예를 들면 알루미늄합금)제의 중공압출형재(210)로 이루어진다. 중공형재(210)는 압출방향을 차량의 주행방향(길이 방향)을 향하고 있다. 중공부는 길이방향을 따르고 있다. 차량의 폭방향을 따라 복수의 중공형재(210, 210)를 배치하고 있다. 중공형재(210, 210)의 폭방향의 끝부끼리를 접합하고 있다.
중공형재(210)는 실질적으로 평행한 2매의 면판(211, 212)의 양자를 접속하는 것으로서, 면판(211, 212)에 대하여 경사진 복수의 접속판(213), 폭방향의 끝부에 있어서 면판(211, 212)에 대하여 실질적으로 직교한 접속판(215)으로 이루어진다. 면판(211, 212)과 접속판(213)은 트러스를 구성한다. 접속판(215)은 2개의 중공형재의 접합부에 있어서, 한쪽의 중공형재에 있다. 이 때문에 접합한 2개의 중공형재의 폭방향의 양쪽 끝부의 2매의 면판(211, 212) 사이는 경사진 접속판(213, 213)으로 되어 있는 일이 많다.
이 중공형재(210, 210)끼리는 마찰교반접합에 의하여 접합하고 있다. 접합방향은 중공형재(210) 길이방향(차체의 길이방향)을 따르고 있다. 면판[211(212)]과 접속판(215)의 접속부로부터 끝부측에 조각(216)이 돌출하고 있다. 접속판(215)의 끝부측은 면판(211, 212)의 외면보다도 오목해져 있다. 돌출조각(216)은 이 오목해진 위치에 있다. 이 오목부에 다른쪽 중공형재(210)의 면판(211, 212)이 겹쳐진다. 2개의 중공형재의 면판(211, 212)은 맞대어져 있다. 접속판(215)이 있는 중공형재 (210)의 면판(211, 212)의 끝면(오목부에 이르는 면)은 접속판(215)의 판두께 중심의 연장선상에 실질적으로 있다. 맞대는 중공형재의 면판(211, 212)의 끝부의 외면측에는 중공형재의 두께방향으로 돌출하는볼록부(217)가 있다. 볼록부(217)끼리도 맞대어져 있다.
마찰교반접합을 설명한다. 1쌍의 중공형재(210, 210)는 가대(300)에 탑재되어 있다. 아래쪽의 볼록부(217, 217)는 가대(300)에 탑재되어 있다. 맞댐부는 아크용접에 의하여 길이방향을 따라 가고정 용접한다. 이 상태에서 윗쪽의 맞댐부를 회전공구(310)에 의하여 마찰교반접합한다. 회전공구(310)의 큰 지름부의 하단은 면판[211(212)]의 외면과 볼록부(217, 217)의 정상부와의 사이에 위치시킨다. 남은 볼록부는 필요에 따라 절삭하여 제거한다. 윗쪽을 마찰교반접합하였으면 이 중공형재 (210, 210)를 반전시켜 마찬가지로 마찰교반접합한다. 볼록부(217)는 없어도 좋다.
중공형재(210)는 예를 들면 언더프레임(30)에 사용하는 중공형재이다. 완충장치(200)의 필요 폭(차체의 폭방향)이 되도록 하나 또는 복수의 중공형재를 사용한다. 필요에 따라 중공형재의 폭을 절단한다. 완충장치(200)의 폭방향은 평편한 것이 바람직하므로, 언더프레임(30)의 중공형재가 좋다. 단 언더프레임(30)의 사이드빔은 사용하지 않는다. 측면 구조체(10)도 직선형상의 중공형재가 있으므로 이용할 수 있다. 중공형재를 유용함으로 저렴하게 할 수 있다.
완충장치(200)의 각각은 상하 좌우에 모두 4개 있다. 각각의 완충장치(200)는 앞측의 중공형재(210F, 210F)와 뒷측의 중공형재(210R, 210R)로 이루어진다. 앞측의 중공형재(210F, 210F)의 수평방향의 폭은, 뒷측 중공형재(210R, 210R)의 수평방향의 폭보다도 작다. 앞측의 중공형재(210F, 210F)끼리의 접합위치와, 뒷측의 중공형재(210R, 210R)끼리의 접합위치는 수평방향에 있어서 동일위치에 있다. 한쪽의 중공형재(210)의 면판(211, 212), 접속판(213, 215)의 연장선상에 다른쪽 중공형재 (210)의 면판(211, 212), 접속판(213, 215)이 있다. 앞측 중공형재(210F, 210F)와, 뒷측의 중공형재(210R, 210R) 사이는 판(220)으로 칸막이되어 있다.
앞쪽의 중공형재(210F, 210F)의 전단에는 판(221)을 필릿용접하고 있다. 판(221)은 중공형재(210F)에 똑같이 충돌하중을 전달한다. 판은 안티클라이머 (250)의 설치시이트가 된다.
판(220)은 중공형재(210F, 210R)를 그 길이방향에서 보았을 때, 중공형재 (210F, 210F, 210R, 210R)의 외형보다도 약간 크다. 중공형재(210F, 210F, 210R, 210R)의 끝부는 판(220)에 필릿용접되어 있다.
또 마찰교반접합한 2개의 중공형재[210F, 210F(210R, 210R)]의 폭방향의 좌우의 끝부의 2매의 면판(211, 212)은 판(223, 224, 225, 226)에 필릿용접되어 있다. 판(223∼226)은 중공형재의 폭방향에서 보았을 때의 중공형재(210F, 210R)의 외형보다도 약간 크다. 접합한 2개의 중공형재의 폭방향의 끝부의 접속판(213)도 판 (220, 223)에 필릿용접하여도 좋다.
충돌장치(200, 200)는 상하 2단이나, 판(220, 221, 223∼226)은 상하 2단으로 1매이다. 판(220, 221, 223∼226)의 높이치수는 상하 2단의 충돌장치(200, 200) 사이의 공간의 크기치수를 포함한다. 판(220, 223∼226)의 필릿용접의 개소는 중공형재(210)와 판(220, 223)의 접촉개소의 전부가 아니라, 용접전극이 닿는 범위이면 좋다.
또는 판(220, 221, 223∼226)을 상하에서 다르게 할 수 있다. 예를 들면 상단의 판(220)에 상단의 중공형재(210F, 210R)를 필릿용접한다. 판(221)도 마찬가지이다. 다음에 상단의 판(220, 221)과 하단의 판(220, 221)의 상단을 맞대기용접한다. 다음에 측면의 판(223∼226)을 용접한다. 판(223∼226)의 차량의 길이방향의 끝부는 판(220)의 면에 맞대어져 있다. 이 부분을 필릿용접하여도 좋다.
기둥(130)의 하단은 판(220)의 수직면에 용접되어 있다. 기둥(120)의 하단은 차량의 길이방향을 따른 스테이(170)를 거쳐 판(220)에 용접되어 있다.
판(220, 221, 223∼226)과 중공형재(210)의 용접은 MIG 용접으로 행한다. 또이 용접은 연속용접이어도, 간헐적인 용접이어도 좋다. 어떻든간에 충돌가중에 대하여 용접부에 균열을 일으키지 않도록 용접한다.
각 부의 크기를 설명하면, 앞쪽의 중공형재(210F)의 압출방향의 길이 : 약 600, 뒤쪽의 중공형재(210R)의 압출방향의 길이 : 약 400mm, 각 중공형재(200)의 폭 : 약 400mm, 두께 : 60mm, 면판(211, 212), 접속판(213, 215)의 두께 : 약 2.5 내지 3.2mm이다. 판(220, 221)의 두께 : 12mm, 판(223∼226)의 두께 : 6mm이다.
이와 같은 구성에 있어서, 차량이 다른 차량 또는 장해물에 충돌하였을 때, 완충장치(200)는 길이방향으로 좌굴하여, 충돌 에너지를 흡수한다.
충돌장치(200)의 중공형재(210)는 언더프레임(30), 측면 구조체(10), 지붕 구조체(20)의 중공형재보다도 유연하여 충돌시에 찌그러지기 쉽고 충격에너지를 흡수할 수 있다. 중공형재(210)는 어닐링하여 유연하게 하고 있다. 중공형재(210)는 언더프레임(30)에 사용하는 중공형재를 어닐링처리하여 유연하게 하고 있다.
이 어닐링은 예를 들면 Ｏ재처리이다. 일반적으로 압출형재는 압출가공의후, 각종의 열처리가 행하여진다. 압출형재의 재질이 A6N01일 때, T5의 인공시효 경화처리가 행하여진다. 상기한 Ｏ재의 어닐링은 그 후 행하는 것이다. Ｏ재에의 어닐링처리는 380℃ ×2시간이고, 내력은 36.8MPa 이다. T5는 내력 245MPa이다. 상기 Ｏ재에의 어닐링은 중공형재의 재료로서 유연하게 하는 것을 목적으로 한 것이다. 중공형재(210)의 신장은 일반의 중공형재보다도 크다. 중공형재(210)의 내력은 일반의 중공형재보다도 작다. 강도와 필요한 유연함을 위해서는 Ｏ재 이외의 어닐링처리도 선택된다. 또 중공형재의 판두께도 선정된다.
판(220)의 목적은 다음과 같다. 예를 들면 판(220)이 없어 하나의 연속된 중공형재(210)일 때, 충돌하중에 의하여 중공형재(210)는 도 9에 나타내는 바와 같이 「く」형상으로 좌굴한다. 이와 같이 2개로 좌굴되면 흡수 에너지가 작아진다. 따라서 중공형재의 중간에 칸막이판(220)을 배치하고, 이 부분에서의 좌굴을 방지한 것이다. 이에 의하면 「く」형상으로 좌굴되지 않고, 도 10에 나타내는 바와 같이 판(220)의 전후의 위치에 있어서도 주름상자형상으로 작은 좌굴이 연속하여 생겨 큰 에너지를 흡수할 수 있는 것이다. 예를 들면 하나의 중공형재(210)의 길이방향의 길이는 약 600mm 정도 이하가 좋다. 이 정도이면 상기 6OOmm 정도 이내에서 작은 좌굴이 연속하여 생겨 충돌 에너지를 크게 흡수할 수 있는 것이다.
또 중공형재(210)의 폭방향의 끝부의 면판(211, 212)은 판(223∼226)에 용접되어 있다. 이 때문에 판(223∼226)이 없는 경우, 중공형재의 끝부의 면판(211, 212)이 자유단이 되어, 이 부분이 에너지의 흡수작용을 행하지 않으나, 판 (223∼226)으로 구속되어 있으면, 주름상자형상으로 좌굴하여 에너지를 흡수할 수있다.
언더프레임(30)에 있어서, 차체의 폭방향의 양쪽 끝에는 사이드빔(도시 생략)이 있다. 사이드빔은 크고 강고한 중공형재이다. 선두부(100)에는 사이드빔 크기의 중공형재는 없다. 선두부(100)에는 언더프레임(30)의 사이드빔의 중공형재에 상당하는 강도의 부재는 없다. 언더프레임(30)의 하면에는 연결기(70)를 연결하기 위한 부재(도시 생략)를 설치하고 있다. 선두부(100)에는 이 부재를 설치하고 있지 않는다. 이 부재는 차체의 길이방향 및 폭방향을 각각 따르고 있다. 이 부재나 상기 사이드빔의 중공형재는 차체의 길이방향의 압축하중에 대하여 강고하다. 또한 연결기(70)를 지지하는 부재는 설치하고 있다.
차량이 장해물에 충돌한 경우, 충격하중이 걸린다. 연결기(70)가 충돌하면 그 충격으로 연결기(70)는 탈락하여 완충장치(200)의 완충작용을 발휘시킨다. 안티클라이머(250)가 충돌하면 완충장치(200, 200)의 중공형재(210)에 충격이 작용한다.
중공형재(210)는 유연하므로 충격이 가해졌을 때, 언더프레임(30)의 중공형재보다도 먼저 변형하여 충격을 완화한다. 이에 의하여 승객의 안전이 도모된다. 또한 충격에 의하여 중공형재(210)의 길이는 절반 내지 1/3정도가 된다. 이 때 중공형재(210)의 윗쪽에 있는 기기가 운전실(80)로 돌입하여 운전자에게 위해를 주지 않도록 한다. 예를 들면 기기의 설치위치, 기기의 크기 등을 고려한다. 또이 기기측과 운전실(80)을 칸막이하는 격벽을 프레임(110)과 상층의 완충장치(200, 200) 및 판(150)에 설치하여 운전자의 안전을 도모한다. 격벽은 상기 기기의 박스에 의하여 구성할 수 있다. 격벽은 시이트(40) 및 언더프레임(30)에 설치할 수 있다. 또 기기가 운전실에 돌입한 경우를 고려하여 돌입하지 않은 위치에 운전자의 좌석(85)을 설치한다. 또는 돌입한 기기와 좌석(85) 사이에 충분한 공간을 설치한다.
여기서 중공형재(120)의 충격력 완화특성에 대하여 설명한다. 압축하중이 부하되면 도 11에 나타내는 바와 같이 하중 - 변형의 거동을 나타낸다. 재료의 특성에 의하여 도 12에 나타내는 바와 같이 인장강도나 내력 등의 강도가 높고, 신장이 작은(무른) 재료(i), 강도는 낮으나 신장이 좋은(점성) 재료(iii), 상기 재료(i, iii)의 중간의 특성을 나타내는 재료(ii)가 고려된다. 도 11의 X(X1, X2)로 나타내는 곡선[도 12의 강도특성(I)에 상당하는 재료]의 재료에서는 내하중은 커지나, 최대 하중을 초과한 후의 내하중이 급격하게 저하하게 된다. 한편 강도가 낮고, 신장이 큰 재료[도 12의 강도특성(iii)에 상당하는 재료]에서는 도 11의 Y로 나타내는 곡선과 같이 최대의 내하중은 낮아지나, 그 후의 내하중이 급격하게 저하하지 않는 특성을 나타낸다.
Y 곡선의 예로 나타내는 사선부의 범위는, 이 재료의 파괴 에너지를 나타내고 있다. X와 Y 곡선을 비교하면 최대 내하중후의 변형거동에 의하여 같은 정도의 강도를 가지고, 신장이 좋은 재료쪽(이 경우, Y 곡선의 재료)이 파괴 에너지는 높아지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 강도특성(Y)을 가지는 재료를 완충부재(B)로서 선택하는 것이 중요하게 된다. Y 곡선의 재료는 압출형재를 예를 들면 Ｏ재처리함으로써 용이하게 얻을 수 있다.
X 곡선의 경우, 재료의 강도가 높고, 신장이 작기 때문에 부재 단면내에 있어서의 응력의 불균형에 신장이 따를 수 없어, 부분적으로 파괴가 생기게 되어 급격하게 내하중이 저하하게 된다. 한편 Y 곡선의 경우, 부재의 최대 내하중은 X 곡선의 경우보다 저하하나, 재료의 신장이 크기 때문에 단면내의 응력의 불균일에 대하여 부분적으로 소성변형할 수(신장을 따를 수 있음) 있어, 전체로서 급격한 내하중의 저하에 이어지지 않고, 어느 정도의 내하중을 유지하면서 크게 변형할 수 있게 된다.
이 때문에 중공형재(210, 210)는 주름상자형상으로 연속하여 변형하여 차체에 가해지는 충격을 완화하게 된다. 또한 중공형재(210)로 구성하고 있으므로, 일반의 박판구조와 비교하여 그 면내 구부림강성 및 면외 구부림강성이 높고, 또한 2매의 면판과 경사재로 이루어지는 복합구조이므로, 압축하중에 대하여 파괴 에너지의 흡수특성이 높다(단위평면적당의)는 효과도 가지고 있다.
또 Y는 도 10과 같이 중공형재(210)를 길이방향에 있어서 판(220)으로 칸막이한 경우에 상당한다. X는 도 9와 같이 판(220)을 제거한 경우에 상당한다.
이에 의하여 판(220)으로 칸막이하면 흡수 에너지가 높은 것을 이해할 수 있다.
또 앞쪽의 완충장치(200F)의 중공형재(210) 길이는 뒷쪽의 완충장치(200R)의 중공형재(210)의 길이보다도 길고, 앞쪽의 중공형재(210)의 단면적[면판(211, 212), 접속판(213, 215)으로 이루어짐)는 뒤쪽의 중공형재(210)의 단면적(상기와동일)보다도 작은 것이 바람직하다. 이에 의하여 앞의 완충장치(200F)로부터 좌굴을 일으킨다.
복수의 중공형재(210, 210)끼리는 충격이 걸리는 차체의 길이방향을 따라 마찰교반접합에 의하여 접합하고 있다. 이 접합이 아크용접이었을 경우는, 용접부가 파단하여 주름상자형상으로 변형하는 것이 곤란하게 되어, 에너지 흡수특성이 저하한다. 이것은 아크용접의 경우, 용접부의 충격치가 모재의 충격치에 비하여 크게 저하하기 때문에 이해할 수 있다. 그러나 마찰교반접합부의 충격치는 아크용접의 용접부에 비하여 높아 접합부가 파탄하는 것 같은 일이 없다. 이것은 마찰교반접합에 의하여 접합부의 금속조직이 미세하게 되어 에너지 흡수값이 높아져 있기 때문이라고 생각된다. 이 때문에 마찰교반접합한 경우는, 각각의 중공형재가 소정대로 변형하여충격 에너지를 흡수할 수 있다.
또 완충장치(200)는 상하에 있기 때문에, 기존의 중공형재를 이용하여 소요의 충격 에너지를 흡수할 수 있다.
기둥(120, 130)의 하단은 중공형재(210)에 용접되어 있다. 이에 의하여 장해물에 충돌한 기둥(120, 130)으로부터 중공형재(210, 210)에 충격을 유효하게 전달할 수 있다. 또한 기둥(120, 130)과 완충장치(200)의 용접위치는 충돌에 의한 충돌장치(200)의 변형을 저해하지 않는 위치로 한다.
상기 실시예에서는 중공형재의 양면으로부터 마찰교반접합하고 있으나, 상기 특허제3014654호(EP0797043A2)의 도 9와 같이 중공형재의 일보의 면에서 다른쪽의 면판끼리를 접합하고, 다음에 상기 한쪽의 면판 끼리를 접속재로 접합하도록 할 수있다.
선두차(A)의 후단 및 중간차(B)의 끝부의 완충장치(400)에 대하여 설명한다. 완충장치(400)는 완충장치(200)와 동일한 구성이다. 좌우의 완충장치[200, 200 (400, 400)] 사이 및 좌우의 완충장치[200, 200(400,400]의 상면에는 판과 지지시이트가 있고, 승무원 통로의 바닥으로 되어 있다. 완충장치(400)의 선단에는 안티클라이머(250)를 설치하고 있다. 좌우의 완충장치(400, 400)의 사이에도 완충장치 (400)를 설치한 경우는 이 완충장치(400)의 선단에 안티클라이머(250)를 설치하고 있다.
이들 완충장치(400)나 시이트의 윗쪽은 출입구(510)를 위한 공간으로 되어 있다. 또는 완충장치(400)의 윗쪽은 배전반을 위한 공간으로 되어 있다. 또는 승객의 좌석이 없는 영역으로 하고 있다. 이들에 의하여 충돌시에 가능한 한 승객에 대하여 영향이 적어지도록 하고 있다.
완충장치(400)를 가지는 끝부(500)는 선두부(100)와 마찬가지로 차체(90)에 볼트로 착탈 자유롭게 연결하고 있다. 끝부(500)의 선단은 볼록형 원호가 아니라, 수직이다.
완충장치(400)의 수는 선두부의 완충장치의 수에 비하여 적은 경우가 있다. 즉, 완충장치의 설치장소에 따라 흡수해야 할 에너지가 다르기 때문에, 그것에 대응한 완충장치로 하고 있다. 예를 들면 완충장치(400)는 상층만으로 한다. 또 설치장소에 따라 완충장치의 중공형재(210)의 강도부재로 이루어지는 단면적[면판(211, 212) 및 접속판(213, 215)의 단면적으로 이루어지는 면적]을 바꾼다. 선두부(100)의 완충장치(200)에 대하여 더욱 중앙의 중간차의 완충장치는 그 수, 단면적을 적게 한다. 또한 상기는 선두차와 중간차의 완충장치의 관계를 설명하였으나, 끝부의 중간차의 충격장치(400)에 대하여 더욱 중앙의 중간차의 완충장치(400)는 그 수, 단면적을 적게 한다.
상기 선두부(100)와 마찬가지로 연결기(70)를 연결하기 위한 부재는 끝부 (500)에는 없다. 충돌한 경우 연결기(70)는 탈락하여 완충장치(400)가 완충작용을 발휘하도록 한다. 또 언더프레임(30)의 사이드빔의 중공형재에 상당하는 강도의 부재는 끝부(500)에는 없다. 또 끝부(500)의 바깥쪽면을 구성하는 판의 하단은 완충장치(400)의 측면을 덮고 있다. 그러나 끝부(500)에 출입구(510) 등의 하중이 걸리는 부분에 있어서는, 바닥에 그 하중을 지지하는 부재가 있다. 이 부재는 완충장치 (400)가 찌그러지는 경우에 찌그러진다. 출입구(510) 등의 승객의 바닥은 완충장치 (400)로 지지되어 있다.
또 끝부(500)에 유연한 사이드빔으로 하여도 좋다. 이것은 어닐링이나 적절한 구멍을 마련함으로써 행한다. 선두부(100)나 끝부(500)는 차체(90)와 분리시키고 있었으나, 일체로 설치할 수 있다. 또 중공형재(210)는 소정간격으로 구멍을 설치하거나 중공형재의 판두께를 선정하거나 하여 유연하게 할 수 있다. 또 충격장치는 종래 일반의 구성으로 좋은 경우가 있다.
본 발명의 기술범위는 특허청구의 범위의 각 청구항에 기재된 문언 또는 과제를 해결하기 위한 수단의 항에 기재된 문언에 한정되지 않고, 당업자가 그것으로부터 용이하게 변환할 수 있는 범위에도 미치는 것이다.
본 발명에 의하면 충격 에너지를 흡수하여 안전한 레일차량을 제공할 수 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 차체의 주행방향의 끝부를 구성하는 부재가 완충장치로 되어 있고,
    상기 완충장치는 복수의 중공부를 가지는 복수의 압출형재로 이루어지고,
    상기 복수의 압출형재는 그 압출방향을 차체의 길이방향을 향하여 배치하고 있고,
    하나의 상기 압출형재의 압출방향에 있어서, 인접하는 상기 압출형재와의 사이에 판을 배치하고 있고,
    2개의 상기 압출형재의 길이방향 끝부를 상기 판에 접합하고 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압출형재의 두께방향의 두께보다도 동일 방향의 상기 판의 크기는 크고, 상기 압출형재의 길이방향 끝부는 상기 판에 필릿용접하고 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압출형재는 상하방향으로 다단으로 배치되어 있고,
    상단의 상기 압출형재의 상기 길이방향으로 끝부와 하단의 상기 압출형재의 상기 길이방향에 끝부는 상기 판에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 판보다도 선두측의 상기 압출형재의 길이는 상기 판보다도 뒤쪽측의 압출형재의 길이보다도 긴 것을 특징으로 하는 레일차량.
  5. 차체의 주행방향의 끝부를 구성하는 부재가 완충장치로 되어 있고,
    상기 완충장치는 복수의 중공부를 가지는 압출형재로 이루어지고,
    상기 압출형재는 실질적으로 평행한 2매의 면판과, 이것에 접속하는 복수의 접속판으로 이루어지고,
    상기 압출형재는 그 압출방향을 차체의 길이방향을 향하고 있고,
    상기 압출형재의 폭방향의 한쪽의 끝부에는 상기 2매의 면판을 접합한 판이 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압출형재의 두께방향의 두께보다도 동일방향의 상기 판의 크기는 크고, 상기 압출형재의 길이방향 끝부는 상기 판에 필릿용접하고 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 압출형재는 상하방향으로 다단으로 배치되어 있고, 상단의 상기 압출형재의 상기 적어도 한쪽의 끝부와 하단의 상기 압출형재의 상기 적어도 한쪽의 끝부는 상기 판에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 완충장치는 상기 길이방향에 대하여 직교하는 단면에 있어서, 적어도 4개의 상기 압출형재를 사각형으로 배치하고 있고, 상기 압출형재의 폭방향의 한쪽 끝의 상기 2매의 면판은 실질적으로 직교하는 상기 압출형재의 상기 면판에 접합하고 있는 것을 특징으로 하는 레일차량.
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