專利名稱：軌道車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿軌道行駛的車輛的車體，適合于由輕合金制的中空型材構(gòu)成的鐵道車輛。
技術(shù)背景在軌道車輛中，要求在沖撞發(fā)生時緩和加到乘客身上的沖擊力。如日本特開平11-301476號公報和日本特開平6-211133號公報所述的那樣，在串聯(lián)連結(jié)多個車體而成的編組車輛中，在先頭車體的先頭部的底架上設(shè)置易損壞的沖擊緩和機(jī)構(gòu)，吸收沖擊，緩和向乘客的沖擊。
如日本實公昭57-56929號公報所述的那樣，在車體的底架的端部有連結(jié)相鄰車體的連結(jié)器，因此，在底架的端部的下面設(shè)置加強(qiáng)構(gòu)件來加固結(jié)構(gòu)。
如日本特開平2-246863號公報所述的那樣，車體由輕合金性的中空型材構(gòu)成，使中空型材的擠壓方向向著車體的長度方向。
由于鐵道車輛由多個車體連結(jié)而成，(稱為編組車輛)，所以沖撞時必須考慮編組車輛內(nèi)的車體和車體之間的沖撞，作為車輛的地板的底架要制作得很堅固。
因此，因先頭車沖撞使編組車輛內(nèi)的車體之間進(jìn)行沖撞，即底架之間進(jìn)行沖撞，但是，由于底架堅固不會毀壞，所以不能緩和沖擊。
另外，不僅在編組車輛的先頭部要裝上沖擊緩和機(jī)構(gòu)，而且在各車體上也希望裝上沖擊緩和機(jī)構(gòu)，安裝沖擊緩和機(jī)構(gòu)的位置是各車體的端部，這樣，產(chǎn)生了下面的問題(1)設(shè)置沖擊緩和機(jī)構(gòu)的車體的端部的長度短了，在車體內(nèi)部和地板下的空間部狹窄而受限制的構(gòu)造中，不能設(shè)置沖擊緩和機(jī)構(gòu)。
(2)使許多中空型材向著車體的長度方向，當(dāng)只用該中空型材構(gòu)成底架時，由于中空型材的面內(nèi)剛性和面外抗彎剛性高，在強(qiáng)度上是有利的構(gòu)造，但在緩和沖擊力方面是不利的構(gòu)造。
(3)車體的端部是堅固的，在該部分上裝入沖擊緩和機(jī)構(gòu)是困難的。
可以達(dá)到上述目的的第1技術(shù)方案是，在底架中，車輛的長度方向的兩端的材料用比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟的材料構(gòu)成。
第2技術(shù)方案是，在連結(jié)多個車體的編組車輛中，在作為各上述車體的兩端的構(gòu)成客室部分的一部分上設(shè)置由于與相鄰車輛沖撞而使上述車體的長度方向上的長度變短的部分。

圖1是本發(fā)明的一實施例的鐵道車輛的車體的端部的斜視圖。
圖2是圖1的車體的端部的底架的俯視圖。
圖3是圖1的III-III剖面圖。
圖4是本發(fā)明的一實施例的中空型材的制作方法的說明圖。
圖5是底架的全體構(gòu)造的俯視圖。
圖6是圖1的底架的端部的立體圖。
圖7是圖6的VII-VII的剖面圖。
圖8是圖2的VIII-VIII剖面圖。
圖9是圖2的IX-IX剖面圖。
圖10是本發(fā)明的另一個實施例的中空型材的制作方法。
圖11是材料的沖撞能量的說明圖。
圖12是材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。
具體實施方式
根據(jù)圖1～圖9說明本發(fā)明的一實施例。在圖2中沒有表示出中空型材40，但是設(shè)想為有中空型材40，并用虛線表示該中空型材40下方的構(gòu)件35、36、38。
車體由構(gòu)成側(cè)面的側(cè)構(gòu)體10、屋頂構(gòu)體20、構(gòu)成地板的底架30等構(gòu)成。側(cè)構(gòu)體10、屋頂構(gòu)體20、底架30分別由多個中空型材接合構(gòu)成。中空型材是輕合金制的擠壓型材，使其擠壓方向(即長度方向)向著車體的長度方向。中空型材的寬度方向與車體的四周方向平行，并焊接成一體。W是窗戶。該車體由2個臺車支持，一個車體和鄰近的車體用連接器連結(jié)。
底架30由地板部分、其兩側(cè)的側(cè)梁31、結(jié)合連結(jié)器的連結(jié)構(gòu)件構(gòu)成。地板部分由擠壓方向向著車體的長度方向的多個中空型材40構(gòu)成。在寬度方向的兩側(cè)有中空型材的側(cè)梁31。側(cè)梁31大而堅固，其板厚較厚。
另外，底架30在長度方向的兩端的下面有用于結(jié)合連結(jié)車體相互間的連結(jié)器的連結(jié)構(gòu)件。連結(jié)構(gòu)件由向著車體的寬度方向的枕梁35、從枕梁35開始設(shè)置在車體的端部的2個中梁36、36、設(shè)置在中梁36的端部的端梁39構(gòu)成。2個中梁36、36用構(gòu)件38連結(jié)。中梁36設(shè)在車體的寬度方向的中央附近。2個中梁36，36之間配置連結(jié)兩個車體相互間的連結(jié)器。由于連結(jié)器設(shè)置在比構(gòu)件38更端部側(cè)，所以該部分的中梁36、36的高度變大。這些構(gòu)件相互之間由焊接來接合。枕梁35的兩端焊接到側(cè)梁31，31上。端梁39焊接到多個中空型材40的端部。端梁39的兩端焊接到側(cè)梁31的側(cè)面上。
構(gòu)成車體的一對側(cè)構(gòu)體10、屋頂構(gòu)體20、底架30的長度方向的兩端部的中空型材(圖1，圖2的斜線部分)B與車體中央部的中空型材A在機(jī)械性質(zhì)上不同，中空型材B的材料比中空型材A的材料柔軟，在沖撞時易被壓潰，成為沖擊緩和機(jī)構(gòu)。中空型材A，B的斷面形狀是相同的。上述兩端即設(shè)置中空型材B的部分構(gòu)成車體的客室(衛(wèi)生間、洗臉間、包含乘務(wù)員室)。
車體的端部即配置中空型材B的范圍的中梁36和側(cè)梁31，與中空型材B一樣在沖擊力作用下容易被壓潰。在該范圍B的中梁36的上面和側(cè)面的板上開有長孔36b。中梁36的斷面是槽狀，在其下面沒有板。在上述范圍B的側(cè)梁31上，在除了向著車外側(cè)的面板而外的面板(向著車內(nèi)側(cè)的面板)上開著長孔31b、31c、31d、31e、31f。在車體外側(cè)不設(shè)置長孔是為了防止外觀變差，在向車外露出的長孔31e、31f上焊接薄板(圖未示)來封閉長孔。這是為了防止水浸入側(cè)梁31內(nèi)。
構(gòu)成車體的側(cè)構(gòu)體10、屋頂構(gòu)體20、底架30的各自的中空型材由長度方向的兩端部的中空型材B，B和其它部分的(中央部)的中空型材構(gòu)成。中空型材B的長度例如是100mm～500mm。中空型材B比中空型材A柔軟。中空型材B是經(jīng)退火而變?nèi)彳浀摹?br> 該退火例如是0材處理(Temper of annealed metal(鋁的退火))。一般說來，擠壓型材是在擠壓加工之后進(jìn)行各種熱處理的。擠壓型材的材質(zhì)是A6N01時進(jìn)行T5的人工時效硬化處理。上述0材的退火在其后進(jìn)行。對0材的退火處理是在380℃的溫度下處理2小時，耐力是36.8Mpa。T5的耐力是245Mpa。上述0材的退火處理的目的在于使中空型材的材料變?nèi)彳?。中空型材B的延伸性比中空型材A大。中空型材B的屈服強(qiáng)度比中空型材A小，為了強(qiáng)度和必要的柔軟性也可以選擇0材以外的退火處理。
作為該熱處理，考慮了兩種情況，一是如圖4所示那樣，在切成中空型材B的長度的狀態(tài)下實施熱處理，一是在長的中空型材的狀態(tài)下實施熱處理。在長的中空型材的情況下，在上述熱處理之后切斷成所用的長度(B，B)。
這樣加工的中空型材A和中空型材B，B分別由焊接W1接合，構(gòu)成相當(dāng)于車體全長的中空型材40。把這樣制作的中空型材如圖5所示在寬度方向(車體周向)并列配置，用通常同樣的方法由焊接W2接合，制作底架30、側(cè)構(gòu)體10、屋頂體20。對于底架30來說，就是焊接側(cè)梁31、31和中梁36等連結(jié)構(gòu)件。圖1的中空型材40的數(shù)目和圖5的中空型材40的數(shù)目不同，是因為圖1簡單，所以中空型材40的數(shù)目少。
由圖6，圖7說明該中空型材A和中空型材B，B的焊接構(gòu)造。中空型材40(A，B)如眾所周知的那樣，由二塊面板41，42和連接該面板41，42的連接板43構(gòu)成。連接板43傾斜著，斜板43，43配置成桁架結(jié)構(gòu)。接合中空型材40和中空型材40的部分，有時接合2個面板41，42的板不傾斜的而是與面板41，42垂直。
中空型材A，B的端部為可以互相嵌入的構(gòu)造。中空型材A的長度方向的端部由切削去除面板41，42，使多個斜板43突出出來。另一方的中空型材B去除端部的多個斜板43。中空型材A的端部的斜板43可以插入中空型材B的2塊面板41，42之間。在這樣的嵌合狀態(tài)下，從外方焊接面板41，41(42，42)，由于嵌合后再進(jìn)行焊接，所以可以抑制在結(jié)合部產(chǎn)生臺階和彎曲，可以容易地進(jìn)行焊接。
下面根據(jù)圖10說明另一種制作方法。在車體全長的中空型材中，不對中空型材進(jìn)行分離加工。只對長的中空型材兩端部的所用的長度部分B3，B3進(jìn)行長尺寸下的熱處理(退火)。作為該熱處理的方法，可以考慮在加熱爐中進(jìn)行部分熱處理和如高頻淬火那樣地局部加熱使中空型材具有所需的特性。這樣，在構(gòu)成車體全長的中空型材之后，把多根中空型材接合起來制作底架。
當(dāng)車輛與障礙物沖撞時，連接車體和車體的連接器在沖擊下脫落。因此，一方車體的端部與鄰接車體的端部沖撞。首先，一方車體的端部的端梁39與鄰近的車體的端梁39發(fā)生沖撞。因此，沖擊作用在多根中空型材40、側(cè)梁31、中梁36上。另外在側(cè)構(gòu)體10、屋頂構(gòu)體20的端部上也受到?jīng)_擊力的作用。
由于在車體的端部有比中央部的中空型材A柔軟的中空型材B(B3)，所以受到?jīng)_擊時，底架30的中空型材B比中空型材A的一般部分先變形而緩和沖擊。中空型材B范圍的中梁36、側(cè)梁31因有長孔更容易變形，因此同樣進(jìn)行變形，而允許底架30的中空型材B變形。另外，側(cè)構(gòu)體10，10、屋頂構(gòu)體20也與底架30一樣因端部由柔軟的中空型材B構(gòu)成而容易變形。
柔軟的中空型材B處于車體的端部，該位置在中梁36的高度大的部分(連結(jié)器用的構(gòu)件38的附近部分)和端梁39之間。這是因為考慮到對車體內(nèi)部的乘務(wù)員和乘客的影響。在車體的端部有廁所和其他機(jī)器，即使沒有這些機(jī)器，由于端部的比例小，對乘客的影響也不大。另外按照上述劃分的范圍，即使通常作用著作用在車端的壓縮負(fù)荷，通常該范圍分擔(dān)的負(fù)荷很少，對車體的強(qiáng)度幾乎沒有影響。中空型材B的長度是100mm～500mm左右，處于上述范圍內(nèi)。
在此，敘述一下中空型材B的沖擊力緩和特性。通常當(dāng)壓縮負(fù)荷作用到用于鐵道車輛上的材料上時，表現(xiàn)出圖11所示的負(fù)荷一變形的動態(tài)。根據(jù)材料的特性，如圖12所示，考慮了三種材料，1是拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度等強(qiáng)度高、延伸性小的(脆的)材料I，2是強(qiáng)度低但延伸性好的(粘的)材料III，3是表現(xiàn)出上述材料I，III的中間特性的材料II。圖11的X(X1、X2)曲線所表示的材料(相當(dāng)于圖12的強(qiáng)度特性I的材料)其承載能力大，但超過最大負(fù)荷之后，承載能力急劇下降，另一方面，強(qiáng)度低、延伸性大的材料(相當(dāng)于圖12的強(qiáng)度特性III的材料)如Y曲線所表示的那樣，最大承載能力變低，但超過它之后的承載能力不急劇下降。
以Y曲線為例的斜線部范圍表示該材料的破壞能量。當(dāng)比較X和Y曲線時，根據(jù)最大承載后的變形動態(tài)，具有較低強(qiáng)度、伸縮性好的材料(這種情況下是Y曲線的材料)可以理解為破壞能量高。選擇具有Y這樣的強(qiáng)度特性的材料作為緩沖構(gòu)件B很重要，通過例如0材處理擠壓型材可以很容易地得到Y(jié)曲線的材料。
在X曲線情況下，由于材料的強(qiáng)度高，延伸性小，在構(gòu)件的斷面內(nèi)，延伸變化不能追隨應(yīng)力的失衡，產(chǎn)生部分的破壞，使承載能力急劇下降。而在Y曲線情況下，構(gòu)件的最大承載比X曲線的情況低，由于材料的延伸性大，相對于斷面內(nèi)的應(yīng)力的變動可以進(jìn)行部分的塑性變形(延伸性可以進(jìn)行追隨)，作為整體與急劇的承載的降低無關(guān)，既能維持某種程度的承載又可以進(jìn)行大的變形。
因此，當(dāng)沖擊加到車體的端部時，中空型材B比中空型材的一般部分A先變形、崩壞，從而緩和了加到車體上的沖擊。再有，由于由中空型材構(gòu)成的構(gòu)件B與一般的薄板構(gòu)造相比，其面內(nèi)抗彎剛性和面外抗彎剛性高，而且由于是由2塊面板和一個斜板構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)造，所以對于壓縮負(fù)荷來說，具有所謂破壞能量的吸收特性高的效果。
中空型材B的位置雖是客室，但是車體的端部，對乘客的影響小。
也可以通過上述中空型材B那樣的熱處理使中梁36、側(cè)梁31的端部變得柔軟。也可以用一個構(gòu)件把端部和中央部焊接成一個整體。在中空型材的情況下，可以進(jìn)行上述那樣的嵌合。
在上述實施例中用中空型材構(gòu)成構(gòu)體，也可以用適宜的薄板和骨架構(gòu)成。
本發(fā)明的技術(shù)范圍，不限于權(quán)利要求各項所述的內(nèi)容或者技術(shù)方案各項所述的內(nèi)容，也涉及同行者由此容易置換的范圍。
本發(fā)明，至少在底架中，由于構(gòu)成車輛長度方向的兩端的構(gòu)件是用比底架的長度方向的中央側(cè)的構(gòu)件的材料柔軟的材料構(gòu)成，所以在車體的內(nèi)部和地板下不追加特別的構(gòu)件就可以緩和沖擊，因此，幾乎不改變車體的構(gòu)造就可以提供即使在突然的列車沖撞時也能把對乘客和乘務(wù)員的沖擊力緩和到最小限度的安全性高的車輛。
權(quán)利要求
1.一種軌道車輛，該軌道車輛由底架、側(cè)構(gòu)體和屋頂構(gòu)體構(gòu)成，其特征在于，在上述底架中，車輛長度方向的兩端的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
2.如權(quán)利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，在構(gòu)成上述底架的構(gòu)件中，上述兩端范圍的材料比上述中央側(cè)的材料柔軟。
3.如權(quán)利要求2所述的軌道車輛，其特征在于，在構(gòu)成上述底架的上述地板部分的構(gòu)件和其寬度方向的兩側(cè)的側(cè)梁中，上述兩端范圍的各個材料比上述中央側(cè)的各個材料柔軟。
4.如權(quán)利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，在沿上述長度方向設(shè)置的用于接合連結(jié)器而設(shè)置在上述底架下面的中梁中，上述兩端范圍的材料比上述中央側(cè)的材料柔軟。
5.如權(quán)利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，在上述側(cè)構(gòu)體和上述屋頂構(gòu)體中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
6.一種軌道車輛，該軌道車輛由底架、側(cè)構(gòu)體和屋頂構(gòu)體構(gòu)成，上述底架由多根中空型材構(gòu)成，上述中空型材的擠壓方向朝向著車輛的長度方向，沿著車輛的四周方向并列排放該多根中空型材，相互接合該中空型材構(gòu)成軌道車輛，其特征在于，在上述多根中空型材中，車輛的長度方向的兩端的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
7.如權(quán)利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的中空型材和作為上述中央側(cè)的上述材料的上述中空型材是兩種不同的構(gòu)件，兩者被結(jié)合。
8.如權(quán)利要求7所述的軌道車輛，其特征在于，上述兩端的多根中空型材和上述中央側(cè)的多根中空型的一方的中空型材的2塊面板與另一方的中空型材的2塊面板對接，焊接該對接部；在上述一方的中空型材中，接合上述2塊面板的連接件的上述長度方向的端部比上述2塊面板的端部凸出，在上述另一方的中空型材中，上述2塊面板的連接件的上述長度方向的端部比接合該2塊面板的連接件的端部凸出，上述一方的上述連接件位于上述另一方的中空型材的2塊面板之間。
9.如權(quán)利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的上述中空型材和作為上述中央側(cè)的上述材料的上述中空型材是一個中空型材。
10.如權(quán)利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，在上述底架的兩側(cè)的側(cè)梁中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
11.如權(quán)利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，在沿上述長度方向設(shè)置在上述底架的下面用于接合連結(jié)器的中梁中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
12.如權(quán)利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，上述側(cè)構(gòu)體和上述屋頂構(gòu)體由多個第2中空型材構(gòu)成，上述多個第2中空型材的擠壓方向朝向著車輛的長度方向，沿著車輛的四周方向并列該多個第2中空型材并使該第2中空型材相互接合，在上述多個第2中空型材中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
13.如權(quán)利要求12所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的上述第2中空型材和作為上述中央側(cè)的上述材料的上述第2中空型材是不同的構(gòu)件，兩者焊接著。
14.如權(quán)利要求13所述的軌道車輛，其特征在于，上述兩端的多個上述第2中空型材和上述中央側(cè)的多個上述第2中空型材的一方的中空型材的2塊面板與另一方的中空型材的2塊面板對接，并焊接該對接部，在上述一方的中空型材中，接合上述2塊面板的連接件的上述長度方向的端部比上述2塊面板的端部凸出，在上述另一方的中空型材中，上述2塊面板的上述長度方向的端部比接合該2塊面板的連接件的端部凸出，上述一方的上述連接件位于上述另一方的中空型材的2塊面板之間。
15.如權(quán)利要求12所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的上述第2中空型材和作為上述中央側(cè)的上述材料的上述第2中空型材是一個中空型材。
16.一種編組車輛，該編組車輛由多個車體連接而成，其特征在于，在作為各個上述車體的兩端的構(gòu)成客室的部分的一部分上，在上述車體的長度方向上設(shè)置由于與相鄰的車輛進(jìn)行沖撞而使長度縮短的部分。
17.如權(quán)利要求16所述的編組車輛，其特征在于，上述的一部分是上述各個車體的底架，該底架的上述兩端的材料比上述長度方向的中央側(cè)的材料柔軟。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于,得到在用中空擠壓型材構(gòu)成的車體中,在車體的內(nèi)部和地板下等不追加特別構(gòu)件的,在不大幅度地超過該構(gòu)造的大小的范圍內(nèi),在內(nèi)部保有緩沖構(gòu)造部的鐵道車輛的車體。在由中空型材40構(gòu)成的鐵道車輛的車體中,在受沖撞負(fù)荷的可能性高的底架30的端部的中空型材40上設(shè)置具有緩沖能力的中空型材51。中空型材40把其長度方向作為車體的長度方向。當(dāng)作用沖擊負(fù)荷時,在中空型材51的部分上變形、崩壞而緩和沖擊力。由于只加工中空型材的一部分,幾乎不改變現(xiàn)有的車體構(gòu)造,所以列車沖撞時,把對乘客的沖擊緩和到最小程度,可以提高安全性。
文檔編號B61F1/10GK1382605SQ02106448
公開日2002年12月4日 申請日期2002年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月25日
發(fā)明者奧野澄生, 山地和文, 正井健太郎 申請人:株式會社日立制作所