轨道车辆的制作方法

专利名称：轨道车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种沿轨道行走的车辆的车体，适合于由轻合金制中空型材构成的铁道车体。
背景技术：
在铁道车辆中，在发生冲撞时，要求缓和施加到乘客身上的冲击力。像特开平7-186951号(USP5715757)所表明的那样，在前头的车体的前头部与障碍物发生冲撞时，通过其变形来吸收由冲击产生的能量。该缓和装置由在与冲击方向垂直的面内具有三角形的零件或蜂窝板等构成，有很多种。缓和装置相对冲击方向并列配置，并沿冲击方向分别设置多个缓和装置。
作为接合构件的手段，提议使用摩擦搅拌接合，该种接合也适用铁道车辆，这在第3014654号(EP0797043A2)专利中已被公布。
根据特开平11-51103号报告，对构件进行摩擦搅拌接合时，摩擦搅拌处理部分的金属组织变得细微，能量吸收值变高。
对于铝合金的中空挤压型材进行环状或螺旋状摩擦搅拌处理，这被用在机动车的转向轴上。在与冲击能量的方向成直角的方向上进行摩擦搅拌处理，用该部分吸收冲击能量。另外，沿冲击能量的方向直列配置长度短的筒，构件之间通过摩擦搅拌处理进行接合。
在上述特开平7-186951号(USP5715757)中提出了铁道车辆冲撞时的缓和装置，该缓和装置由多个缓和装置构成，用来保证乘客的安全。
由于缓和装置设置在车体上，从确保乘客空间的观点来说，缓和装置的长度越短越好。
发明目的本发明的目的在于，提供一种可以吸收冲击能量的轨道车辆。技术方案上述目的通过下述的技术方案可以实现构成本体端部的地板的构件成为缓冲装置；上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成；上述中空挤压型材沿车体的宽度方向有多个中空部；上述中空挤压型材的挤压方向向着车体的长度方向；上述中空型材面向上述车体的台框；上述缓和装置设置成上下2段；在上述缓冲装置所在的领域内不设置处于其他领域的侧梁的中空型材，连结车辆的连结器与上述缓冲装置不连结，前头车侧的缓冲装置的数量和纵断面积比中间车的上述缓冲装置的数量和纵断面积大。
另外，上述目的也可以由下述的技术方案实现轨道车辆由连结多个车体的编组车辆构成；支持上述各个车体端部的地板的构件成为缓冲装置；把上述缓冲装置的长度范围的上方做成出入口，同时设置控制盘；前头车侧的缓冲装置的纵断面积比中间车的上述缓冲装置的纵断面积大。

图1是本发明的一实施例的轨道车辆的编组状态的侧视图。
图2是分离前头部状态的侧视图。
图3是图2的前头部的俯视图。
图4是图2的左侧视图。
图5是图3的V-V剖视图。
图6是图4的VI-VI剖视图。
图7是图6的VII-VII剖视图。
图8是图6的VIII-VIII剖视图。
图9是图1的缓冲装置的接合状态图。
图10是材料的冲击能量的说明图。
图11是材料的应力—变形的曲线图。
实施例用图1～图9说明本发明的一实施例，在图1和图2中，为了便于理解，将车体和它的前头部分割开表示。
编组车辆由前后的前头车A和所需要数量的中间车B构成。前头车A的前头部100是向前方凸出的圆弧状。在前头部100上配置缓冲装置200。在前头车A的后端和中间车B的端部分别配置缓冲装置400。首先说明前头部100的缓冲装置200。
除去前头部100的车体90由构成侧面的侧构体10、屋顶构体20、构成地板的台框30等构成。侧构体10、屋顶构体20和台框30分别用多个中空型材接合而成。中空型材是由轻合金(如铝合金)制的挤压型材，其挤压方向(即长度方向)向着车体的长度方向。中空型材的宽度方向与车体的宽度方向平列并焊接成一体。在车体90的端部设置用于固定前头部100的座40。车体90的前端部的空间80是驾驶室，在台框30的上面的地板上设置驾驶员的座席85。
前头部100由于固定在车体上的框110、多个柱120，130、多个横梁140、缓冲装置200、防上升构件250等构成。框110由四边构成、其上部是U字形。框110用螺钉装卸自由地固定在车体90的座40上。柱120连接框110的上端和缓冲装置200的前端侧。柱120从车体的前方看处在中央侧。柱120处在连结器70的两侧。柱130与框110的上部和缓冲装置200的侧面连接。柱130处于缓冲装置200的长度方向的中央部，与车体的两侧面连接。由于柱120与障碍物发生冲撞的可能性大，所以做得比柱130大而结实。横梁140在框110的高度的中间位置，并与框110、柱130、框110连接。这些连接部分均焊接着。由框110、柱120，130、横梁140构成的区域用板或玻璃(均未图示)圆滑覆盖。
缓冲装置200的后端与框110的下边平接并与之焊接。缓冲装置200分上下两层。下部缓冲装置200焊接在平行设置在框110的下方的座115上。该座115与框110的下边焊接。
侧构体10、屋顶构体20和台框30是将多个轻合金(如铝合金)制的中空挤压型材接合而构成的。特别是台框30构成得很坚固。座40的下边与座115的形状相同。座40的背面和台框30的下面用多个撑板45坚固地连接。
上部缓冲装置200通过框110的下边与台框30的座40相对，下部缓冲装置200通过座115与台框30的座40的下部相对。
上下缓冲装置200，200的前端焊接到防上升构件250上。防上升构件250的前端有凹凸，使冲撞的障碍物不向上方移动。在防上升构件250的前端与缓冲装置200，200之间有橡胶制的缓冲部。
缓冲装置200是上下两层，并且从车辆的前方看时左右分开着。即缓冲装置分成为4部分。下层缓冲装置200，200之间(车辆的中央部)的空间是用于通过车辆连结器70的空间。在上层缓冲装置200，200之间也有空间，在该空间的上部设置成为机器的地板的板150。板150固定于上层缓冲装置200、200上。板150承载在固定于上层缓冲装置200，200上的支座151上。支座151沿车体的长度方向以一定的间隔有多个。板150可以覆盖缓冲装置200，200的全面。
再有，也可以在上层缓冲装置200，200之间设置缓冲装置，使左右缓冲装置200，200成为一体。这时就没有板150和支座151了。另外在追加的缓冲装置200，200的前端设置防上升构件250。
缓冲装置200由轻合金(如铝合金)制的中空挤压型材210构成。中空型材210的挤压方向朝向着车辆的行走方向(长度方向)。中空部沿着长度方向。沿车辆的宽度方向配置多个中空型材210，210。中空型材210的宽度方向的端部相互接合。各缓冲装置200由2个中空型材构成。
中空型材210由2块面板211，212、连接两者并相对面板211、212倾斜的连接板213及在宽度方向的端部上与面板211，212垂直的连接板215构成。面板211，212和连接板213构成桁架。在2个中空型材的接合部上只在一方中空型材上有连接板215。
该中空型材210相互由摩擦搅拌接合法进行接合。接合方向沿长度方向。从面板211(212)与连接板215的连接部向端部侧凸出片216。连接板215的端部侧比面板211，212的外面凹进一些。凸出片216位于该凹进的位置上。另一方的中空型材210的面板211，212与该凹部重合。两个中空型材的面板211，212对接在一起。具有连接板215的中空型材的面板211，212的端面(至凹部的面)实际上处于连接板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的端部的外侧有向中空型材的厚度方向凸出的凸出部217。凸出部217相互也对接。
下面说明摩擦搅拌接合法。一对中空型材210，210通过下方的凸部217，217承载在架台300上。对接部用电弧焊沿长度方向进行临时固定焊接。在该状态下用回转工具310摩擦搅拌结合上方的对接部。使回转工具310的大径部的下端位于面板211(212)的外面和凸出部217，217的顶部之间，残余的凸部根据需要切除。摩擦搅拌结合上方之后，翻转该中空型材210，210进行同样地摩擦搅拌结合。也可以没有凸部217。
中空型材210例如是台框30上使用的中空型材。使用一个或多个中空型材使之成为缓冲装置200所需要的宽度(车体的宽度方向)。根据需要的宽度切断中空型材。由于希望缓冲装置200的宽度方向是平的，所以可以使用台框30的中空型材，但不使用台框30的侧梁。由于侧构体10也有直线状的中空型材，所以可以利用。由于沿用中空型材，所以可以降低价格。
缓冲装置200的中空型材210比台框30、侧构体10、屋顶构体20的中空型材柔软，在冲撞时容易变形，可以吸收冲击能量。中空型材120通过退火变得柔软。中空型材210通过退火处理台框30用的中空型材而变得柔软。
该退火例如是0材处理。一般化说来，挤压型材在挤压加工之后都要进行各种热处理。挤压型材的材质是A6N01时进行T5的人工时效硬化处理。上述O材退火是在其后进行的，0材退火处理是380℃×2小时，屈服点是36.8MPa。T5时屈服点是245MPa。上述0材退火的目的在于使中空型材的材料柔软。中空型材210的伸缩性比一般中空材料大，中空型材210的屈服点比一般中空型材低。为了具有一定的强度和必要的柔软度，也可以选择0材以外的退火处理。另外，也要选择中空型材的壁厚。
柱120，130的下端部焊接到上下中空型材210，210上，先把上下中空型材210切成柱120，130形状的缺口，再焊接两者。上下中空形材210，210的宽度方向的端部用多个构件250焊接起来。
在朝向着中空型材210的防上升构件250的面上有多个管子256，插入中空型材210的多个中空部。管子256的外径与三角形的中空部的内接圆大致相同。管子256相对三角形的中空部每隔一个插入一个。管子256在插入设置在防上升构件250的座253上的孔内的状态下焊接在253上。在框110和座115上也有管子256插入中空型材210的中空部内。
前头部100的上半部分有窗户等，在下部的前端侧的空间内设置驾驶用的设备。构成前头部100的侧面的板的下端覆盖上下缓冲装置200，200的侧面。
在台框30的车体宽度方向的两端上有侧梁(图未示)。侧梁是大而坚固的中空型材。在前头部100上没有侧梁大小的中空型材。在前头部100上也没有与台框30的侧梁的中空型材的强度相当的构件。在台框30的下面设置用于连结连结器70的构件(图未示)。在前头部100上不设置该构件。该构件分别沿车体的长度方向和宽度方向布置。该构件和上述侧梁的中空型材对于车体的长度方向的压缩荷重来说是坚固的，另外还设置了支持连结连结器70的构件。
当车辆与障碍物冲击时，产生冲击负荷。当连结器70受到冲撞时，因冲击而脱落。使缓冲装置200发挥缓冲作用。防止爬升构件250与障碍物冲撞时，冲击作用到缓冲装置200，200的中空型材210上。
由于中空型材210柔软，冲击时比台框30的中空型材先变形，缓和了冲击。因此保证了乘客的安全。由于冲击，中空型材210的长度减少到原来的1/2～1/3，这时设置在中空型材210上方的设备凸入驾驶室80但伤害不到驾驶员，因为考虑了设备的设置位置和大小。另外在框110、上层缓冲装置200，200及板150上设置了分开设备和驾驶室的隔壁，以便保证驾驶员的安全，隔壁可以由上述设备的箱体构成，也可以把隔壁设置在座40和台框30上。另外，考虑到设备向驾驶室凸入，在非凸入区内设置驾驶员的座席85，在凸入的设备和座席85之间设置充足的空间。
在此，对中空型材120的冲击力缓和特性进行叙述。当其承受压缩荷重时，表现出图10所示的荷重—变形曲线那样的变化。根据材料的特性，如图11所示，考虑了拉伸强度和屈服点等高的伸缩性小的(脆性的)材料i、强度低的伸缩性好的(粘性的)材料iii，以及表现出在上述材料i，iii中间的特性的材料ii。用图10的X(X1，X2)曲线表示的材料(相当于图11的强度特性i的材料)耐负荷大，但当超过最大负荷之后，耐负荷性急剧下降。而强度低伸缩性大的材料(相当于图11的强度特性iii的材料)，如图10的Y曲线所示那样，最大耐负荷低，但其后的耐负荷不急剧下降。
以Y曲线为例，其斜线部的范围表示该材料的破坏能量，比较X和Y曲线，根据最大耐负荷之后的变形情况，可知，此处的强度低、伸缩性良好的材料(Y曲线的材料)破坏能量。选择具有强度特性Y的材料做缓冲构件B是很重要的，通过0材处理挤压型材可以容易得到Y曲线的材料。
在X曲线的情况下，由于材料的强度高，伸缩性小，伸缩性不能追随构件断面内的应力的失衡，产生了局部破坏，使耐负荷急剧下降。另一方面，在Y曲线的情况下，构件的最大耐负荷比X曲线低，由于材料的伸缩性大，针对断面内的应力的偏差可以进行局部的塑性变形(伸缩性可以追随应力的变化)，作为整体耐负荷不会急剧下降，可以维持某种程度的耐负荷同时进行大的变形。
由此，中空型材进行折皱状的变形，缓和了加在车体上的冲击。用中空型材构成的构件与一般的薄板构造相比，其面内抗弯曲刚性和面外抗弯曲刚性高，而且由于是2块面板和斜板构成的复合构造，所以具有对压缩负荷的破坏能量吸收特性高的(单位面积的)效果。
多个中空材210，210相互之间沿加上冲击的车体的长度方向由摩擦搅拌接合工艺进行接合。该接合是电弧焊时，焊接部断裂，难以进行折皱状变形，能量吸收特性下降。这可以理解为电弧焊接部的抗冲击值与母材的抗冲击值相比大大降低。然而，摩擦搅拌接合部的抗冲击值比电弧焊的焊接部的高，接合部不断裂。这被认为是由于摩擦搅拌结合使接合部的金属组织变得细微，能量吸收值变高所致。由此，在摩擦搅拌接合的情况下，各个中空型材按规定变形，可以吸收冲击能量。
另外，缓冲装置200有上下两层，所以利用已有中空型材就可以吸收所需要的冲击能量。
把上下中空型材切成柱120，130形状的缺口，再焊接两者。由此可以有效地把冲击从与障碍物冲撞的柱120，130传递到中空型材210，210上。
防上升构件250通过管子256与中空型材210重叠，所以当与障碍物倾斜冲撞时，防上升构件250也可以把冲击传递到中空型材210上。
在上述实施例中，从中空型材的两面进行摩擦搅拌接合，但也可以像上述专利第301465号(EP0797043A2)的图9所示那样，从中空型材的一面接合另一方的面板之间，再将上述一方的面板之间通过连接件进行接合。
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与缓冲装置200的构成一样，在左右缓冲装置200，200(400，400)之间和左右缓冲装置200，200(400，400)的上面有板150和支座215，成为乘客的通路地板。在缓冲装置400的前端设置防上升构件250。在左右缓冲装置400，400之间也设置缓冲装置400时，在该缓冲装置的前端设置防上升构件250。
这些缓冲装置400和座215的上方为出入口510用的空间，或者缓冲装置400的上方为配电盘用的空间，或者做成没有乘客做席的区域。由此可以在冲撞时尽可能地减少对乘客的影响。
有缓冲装置400的端部500与前头部100一样，用螺栓装卸自由地连接到车体90上。端部500的前端不是圆弧凸型而是垂直的。
缓冲装置400的数量往往比前头部的缓冲装置的数量少，即根据缓冲装置的设置场所和需要吸收的能量来确定缓冲装置的数量。例如使缓冲装置400只有上层。另外，也根据设置场所改变缓冲装置的由中空型材210的强度构件构成的断面积(由面板211，212和连接板213，215的断面积构成的面积)。与前头部100的缓冲装置200相比，中央的中间车的缓冲装置的数量和断面积都少了。上面说明了前头车和中间车的缓冲装置的关系，与端部的中间车缓冲装置500相比，中央的中间车的缓冲装置500的数量和断面积更少。
与上述前头部100一样，在端部500上没有用于连结连结器70的构件。冲撞时连结器脱落。使缓冲装置400发挥缓冲作用。另外，在端部500上也没有相当于台框30的侧梁的中空型材的强度构件。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上加上了出入口510等的负荷，在该部分上有把该负荷重支持在地板上的构件，该构件在缓冲装置400压瘪时变形，出入口510等乘客的地板由缓冲装置400支持。
另外，也可以在端部上加上柔软的侧梁，这可以通过退火和设置适当的孔来实现。前头部100和端部500与车体90是分离的，也可以设置成一体。另外，在中空型材210上以一定间隔设有孔或选定板厚就可以使其柔软。另外，缓冲装置有时也可以用原有的一般的构成。
本发明的技术范围不局限于权利要求书中的各项权利要求所就的文字或记载于说明书中技术方案中的文字，也涉及内行人员与它们容易置换的范围。
有益技术效果根据本发明，可以提供吸收冲撞能量的安全的轨道车辆。
权利要求
1.一种轨道车辆，其特征在于，构成车体端部的地板的构件成为缓冲装置，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体宽度方向具有多个中空部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向着车体的长度方向，上述中空型材面对上述车体的台框，上述缓冲装置有上下两层。
2.如权利要求1所述的轨道车辆，其特征在于，上述上下2层的缓冲装置的前端连结到一个构件上。
3.如权利要求1所述的轨道车辆，其特征在于，上述下层的缓冲装置分割为左右两部分，在上述左右缓冲装置之间有连结车辆的连结器。
4.如权利要求1所述的轨道车辆，其特征在于，前头车的前头部的上述缓冲装置位于驾驶室的座席的前方。
5.如权利要求4所述的轨道车辆，其特征在于，在上述缓冲装置的上方设置驾驶用设备。
6.如权利要求4所述的轨道车辆，其特征在于，上述中空型材的前端部和后端固定在支持上述前头部的屋顶的柱子上。
7.如权利要求6所述的轨道车辆，其特征在于，固定在上述中空型材的前端部上的上述柱子焊接在切割上述中空型材形成的空间内。
8.一种轨道车辆，其特征在于，构成前头车的前头部的地板的构件成为缓冲装置，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体的宽度方向有多个中空部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向车体的长度方向，上述中空型材与上述车体的台框相对，上述前头部的上述缓冲装置位于驾驶室的座席的前方。
9.如权利要求8所述的轨道车辆，其特征在于，在上述缓冲装置的上方设置驾驶用设备。
10.一种轨道车辆，其特征在于，构成车体端部的地板的构件成为缓冲装置，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体的宽度方向有多个中空部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向车体的长度方向，上述中空型材与上述车体的台框相对，在上述台框的侧梁的延长线上的上述端部上没有上述侧梁大小的中空型材。
11.如权利要求10所述的轨道车辆，其特征在于，在上述端部用构成车体宽度方向的侧面的板覆盖上述缓冲装置的侧面。
12.一种轨道车辆，其特征在于，构成车体端部的地板的构件成为缓冲装置，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体方向有多个中空部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向车体的长度方向，上述中空型材与上述车体的台框相对，连结车辆彼此之间的连结器所用的构件只设置在台框的下面。
13.一种轨道车辆，该轨道车辆由连结多个车体的编组车辆构成，其特征在于，构成上述各个车体的端部的地板的构件成为缓冲装置，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体的宽度方向有多个中空部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向车体的长度方向，上述中空型材与上述车体的台框相对，上述编组车辆的端部侧的车辆的上述缓冲装置的数量比中央部侧的车辆的上述缓冲装置的数量多。
14.一种编组车辆，该编组车辆由连结多个车体的编组车辆构成，其特征在于，支持上述各个车体端部的地板的构件成为缓冲装置，构成上述编组车辆的端部侧的车辆的上述缓冲装置的构件的纵断面积比构成中央部侧的车辆的上述缓冲装置的构件的纵断面积大。
15.如权利要求14所述的编组车辆，其特征在于，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体的宽度方向有多个中部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向车体的长度方向，上述中空型材与上述车体的台框面对。
16.一种轨道车辆，该轨道车辆由连结多个车体的编组车辆构成，其特征在于，支持上述各个车体的端部的地板的构件成为缓冲装置，在上述缓冲装置的上方有出入口。
17.如权利要求16所述的编组车辆，其特征在于，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体宽度方向有多个中空部，上述中空挤压型材的挤压方向朝向车体的长度方向，上述中空型材与车体的台框相对。
18.一种轨道车辆，该轨道车辆由连结多个车体的编组车辆构成，其特征在于，支持上述各个车体端部的地板的构件成为缓冲装置，在上述缓冲装置的上方有控制盘。
19.如权利要求18所述的轨道车辆，其特征在于，构成车辆端部的地板的构件成为缓冲装置，上述缓冲装置由具有多个中空部的挤压型材构成，上述中空挤压型材沿车体的宽度方向有多个中空部，上述中空型材与上述车体的台框相对。
全文摘要
本发明提供一种可以吸收冲击能量的安全的轨道车辆。在车体的前端设置前头部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由上下缓冲装置200，200构成。中空型材210使用退火处理过的中空型材。中空型材210把其长度方向作为车体的长度方向，使多个中空型材210在宽度方向并列，由摩擦搅拌接合。当加上冲击负荷时，中空型材210进行折皱状变形，吸收冲击力。这时摩擦搅拌接合部也加上了冲击力，由于是摩擦搅拌接合，所以不发生龟裂，不阻碍中空型材210进行折皱状变形。
文档编号B61F19/04GK1410306SQ0210323
公开日2003年4月16日 申请日期2002年1月30日 优先权日2001年9月25日
发明者山口刚, 大场英资, 奥野澄生, 山本隆久 申请人:株式会社日立制作所