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驶的车辆的车体，适合于由轻合金制的中空型材构成的铁道车辆。
技术背景在轨道车辆中，要求在冲撞发生时缓和加到乘客身上的冲击力。如日本特开平11-301476号公报和日本特开平6-211133号公报所述的那样，在串联连结多个车体而成的编组车辆中，在先头车体的先头部的底架上设置易损坏的冲击缓和机构，吸收冲击，缓和向乘客的冲击。
如日本实公昭57-56929号公报所述的那样，在车体的底架的端部有连结相邻车体的连结器，因此，在底架的端部的下面设置加强构件来加固结构。
如日本特开平2-246863号公报所述的那样，车体由轻合金性的中空型材构成，使中空型材的挤压方向向着车体的长度方向。
由于铁道车辆由多个车体连结而成，(称为编组车辆)，所以冲撞时必须考虑编组车辆内的车体和车体之间的冲撞，作为车辆的地板的底架要制作得很坚固。
因此，因先头车冲撞使编组车辆内的车体之间进行冲撞，即底架之间进行冲撞，但是，由于底架坚固不会毁坏，所以不能缓和冲击。
另外，不仅在编组车辆的先头部要装上冲击缓和机构，而且在各车体上也希望装上冲击缓和机构，安装冲击缓和机构的位置是各车体的端部，这样，产生了下面的问题(1)设置冲击缓和机构的车体的端部的长度短了，在车体内部和地板下的空间部狭窄而受限制的构造中，不能设置冲击缓和机构。
(2)使许多中空型材向着车体的长度方向，当只用该中空型材构成底架时，由于中空型材的面内刚性和面外抗弯刚性高，在强度上是有利的构造，但在缓和冲击力方面是不利的构造。
(3)车体的端部是坚固的，在该部分上装入冲击缓和机构是困难的。
可以达到上述目的的第1技术方案是，在底架中，车辆的长度方向的两端的材料用比上述长度方向的中央侧的材料柔软的材料构成。
第2技术方案是，在连结多个车体的编组车辆中，在作为各上述车体的两端的构成客室部分的一部分上设置由于与相邻车辆冲撞而使上述车体的长度方向上的长度变短的部分。
图1是本发明的一实施例的铁道车辆的车体的端部的斜视图。
图2是图1的车体的端部的底架的俯视图。
图3是图1的III-III剖面图。
图4是本发明的一实施例的中空型材的制作方法的说明图。
图5是底架的全体构造的俯视图。
图6是图1的底架的端部的立体图。
图7是图6的VII-VII的剖面图。
图8是图2的VIII-VIII剖面图。
图9是图2的IX-IX剖面图。
图10是本发明的另一个实施例的中空型材的制作方法。
图11是材料的冲撞能量的说明图。
图12是材料的应力-应变曲线图。
具体实施方式
根据图1～图9说明本发明的一实施例。在图2中没有表示出中空型材40，但是设想为有中空型材40，并用虚线表示该中空型材40下方的构件35、36、38。
车体由构成侧面的侧构体10、屋顶构体20、构成地板的底架30等构成。侧构体10、屋顶构体20、底架30分别由多个中空型材接合构成。中空型材是轻合金制的挤压型材，使其挤压方向(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四周方向平行，并焊接成一体。W是窗户。该车体由2个台车支持，一个车体和邻近的车体用连接器连结。
底架30由地板部分、其两侧的侧梁31、结合连结器的连结构件构成。地板部分由挤压方向向着车体的长度方向的多个中空型材40构成。在宽度方向的两侧有中空型材的侧梁31。侧梁31大而坚固，其板厚较厚。
另外，底架30在长度方向的两端的下面有用于结合连结车体相互间的连结器的连结构件。连结构件由向着车体的宽度方向的枕梁35、从枕梁35开始设置在车体的端部的2个中梁36、36、设置在中梁36的端部的端梁39构成。2个中梁36、36用构件38连结。中梁36设在车体的宽度方向的中央附近。2个中梁36，36之间配置连结两个车体相互间的连结器。由于连结器设置在比构件38更端部侧，所以该部分的中梁36、36的高度变大。这些构件相互之间由焊接来接合。枕梁35的两端焊接到侧梁31，31上。端梁39焊接到多个中空型材40的端部。端梁39的两端焊接到侧梁31的侧面上。
构成车体的一对侧构体10、屋顶构体20、底架30的长度方向的两端部的中空型材(图1，图2的斜线部分)B与车体中央部的中空型材A在机械性质上不同，中空型材B的材料比中空型材A的材料柔软，在冲撞时易被压溃，成为冲击缓和机构。中空型材A，B的断面形状是相同的。上述两端即设置中空型材B的部分构成车体的客室(卫生间、洗脸间、包含乘务员室)。
车体的端部即配置中空型材B的范围的中梁36和侧梁31，与中空型材B一样在冲击力作用下容易被压溃。在该范围B的中梁36的上面和侧面的板上开有长孔36b。中梁36的断面是槽状，在其下面没有板。在上述范围B的侧梁31上，在除了向着车外侧的面板而外的面板(向着车内侧的面板)上开着长孔31b、31c、31d、31e、31f。在车体外侧不设置长孔是为了防止外观变差，在向车外露出的长孔31e、31f上焊接薄板(图未示)来封闭长孔。这是为了防止水浸入侧梁31内。
构成车体的侧构体10、屋顶构体20、底架30的各自的中空型材由长度方向的两端部的中空型材B，B和其它部分的(中央部)的中空型材构成。中空型材B的长度例如是100mm～500mm。中空型材B比中空型材A柔软。中空型材B是经退火而变柔软的。
该退火例如是0材处理(Temper of annealed metal(铝的退火))。一般说来，挤压型材是在挤压加工之后进行各种热处理的。挤压型材的材质是A6N01时进行T5的人工时效硬化处理。上述0材的退火在其后进行。对0材的退火处理是在380℃的温度下处理2小时，耐力是36.8Mpa。T5的耐力是245Mpa。上述0材的退火处理的目的在于使中空型材的材料变柔软。中空型材B的延伸性比中空型材A大。中空型材B的屈服强度比中空型材A小，为了强度和必要的柔软性也可以选择0材以外的退火处理。
作为该热处理，考虑了两种情况，一是如图4所示那样，在切成中空型材B的长度的状态下实施热处理，一是在长的中空型材的状态下实施热处理。在长的中空型材的情况下，在上述热处理之后切断成所用的长度(B，B)。
这样加工的中空型材A和中空型材B，B分别由焊接W1接合，构成相当于车体全长的中空型材40。把这样制作的中空型材如图5所示在宽度方向(车体周向)并列配置，用通常同样的方法由焊接W2接合，制作底架30、侧构体10、屋顶体20。对于底架30来说，就是焊接侧梁31、31和中梁36等连结构件。图1的中空型材40的数目和图5的中空型材40的数目不同，是因为图1简单，所以中空型材40的数目少。
由图6，图7说明该中空型材A和中空型材B，B的焊接构造。中空型材40(A，B)如众所周知的那样，由二块面板41，42和连接该面板41，42的连接板43构成。连接板43倾斜着，斜板43，43配置成桁架结构。接合中空型材40和中空型材40的部分，有时接合2个面板41，42的板不倾斜的而是与面板41，42垂直。
中空型材A，B的端部为可以互相嵌入的构造。中空型材A的长度方向的端部由切削去除面板41，42，使多个斜板43突出出来。另一方的中空型材B去除端部的多个斜板43。中空型材A的端部的斜板43可以插入中空型材B的2块面板41，42之间。在这样的嵌合状态下，从外方焊接面板41，41(42，42)，由于嵌合后再进行焊接，所以可以抑制在结合部产生台阶和弯曲，可以容易地进行焊接。
下面根据图10说明另一种制作方法。在车体全长的中空型材中，不对中空型材进行分离加工。只对长的中空型材两端部的所用的长度部分B3，B3进行长尺寸下的热处理(退火)。作为该热处理的方法，可以考虑在加热炉中进行部分热处理和如高频淬火那样地局部加热使中空型材具有所需的特性。这样，在构成车体全长的中空型材之后，把多根中空型材接合起来制作底架。
当车辆与障碍物冲撞时，连接车体和车体的连接器在冲击下脱落。因此，一方车体的端部与邻接车体的端部冲撞。首先，一方车体的端部的端梁39与邻近的车体的端梁39发生冲撞。因此，冲击作用在多根中空型材40、侧梁31、中梁36上。另外在侧构体10、屋顶构体20的端部上也受到冲击力的作用。
由于在车体的端部有比中央部的中空型材A柔软的中空型材B(B3)，所以受到冲击时，底架30的中空型材B比中空型材A的一般部分先变形而缓和冲击。中空型材B范围的中梁36、侧梁31因有长孔更容易变形，因此同样进行变形，而允许底架30的中空型材B变形。另外，侧构体10，10、屋顶构体20也与底架30一样因端部由柔软的中空型材B构成而容易变形。
柔软的中空型材B处于车体的端部，该位置在中梁36的高度大的部分(连结器用的构件38的附近部分)和端梁39之间。这是因为考虑到对车体内部的乘务员和乘客的影响。在车体的端部有厕所和其他机器，即使没有这些机器，由于端部的比例小，对乘客的影响也不大。另外按照上述划分的范围，即使通常作用着作用在车端的压缩负荷，通常该范围分担的负荷很少，对车体的强度几乎没有影响。中空型材B的长度是100mm～500mm左右，处于上述范围内。
在此，叙述一下中空型材B的冲击力缓和特性。通常当压缩负荷作用到用于铁道车辆上的材料上时，表现出图11所示的负荷一变形的动态。根据材料的特性，如图12所示，考虑了三种材料，1是拉伸强度和屈服强度等强度高、延伸性小的(脆的)材料I，2是强度低但延伸性好的(粘的)材料III，3是表现出上述材料I，III的中间特性的材料II。图11的X(X1、X2)曲线所表示的材料(相当于图12的强度特性I的材料)其承载能力大，但超过最大负荷之后，承载能力急剧下降，另一方面，强度低、延伸性大的材料(相当于图12的强度特性III的材料)如Y曲线所表示的那样，最大承载能力变低，但超过它之后的承载能力不急剧下降。
以Y曲线为例的斜线部范围表示该材料的破坏能量。当比较X和Y曲线时，根据最大承载后的变形动态，具有较低强度、伸缩性好的材料(这种情况下是Y曲线的材料)可以理解为破坏能量高。选择具有Y这样的强度特性的材料作为缓冲构件B很重要，通过例如0材处理挤压型材可以很容易地得到Y曲线的材料。
在X曲线情况下，由于材料的强度高，延伸性小，在构件的断面内，延伸变化不能追随应力的失衡，产生部分的破坏，使承载能力急剧下降。而在Y曲线情况下，构件的最大承载比X曲线的情况低，由于材料的延伸性大，相对于断面内的应力的变动可以进行部分的塑性变形(延伸性可以进行追随)，作为整体与急剧的承载的降低无关，既能维持某种程度的承载又可以进行大的变形。
因此，当冲击加到车体的端部时，中空型材B比中空型材的一般部分A先变形、崩坏，从而缓和了加到车体上的冲击。再有，由于由中空型材构成的构件B与一般的薄板构造相比，其面内抗弯刚性和面外抗弯刚性高，而且由于是由2块面板和一个斜板构成的复合构造，所以对于压缩负荷来说，具有所谓破坏能量的吸收特性高的效果。
中空型材B的位置虽是客室，但是车体的端部，对乘客的影响小。
也可以通过上述中空型材B那样的热处理使中梁36、侧梁31的端部变得柔软。也可以用一个构件把端部和中央部焊接成一个整体。在中空型材的情况下，可以进行上述那样的嵌合。
在上述实施例中用中空型材构成构体，也可以用适宜的薄板和骨架构成。
本发明的技术范围，不限于权利要求各项所述的内容或者技术方案各项所述的内容，也涉及同行者由此容易置换的范围。
本发明，至少在底架中，由于构成车辆长度方向的两端的构件是用比底架的长度方向的中央侧的构件的材料柔软的材料构成，所以在车体的内部和地板下不追加特别的构件就可以缓和冲击，因此，几乎不改变车体的构造就可以提供即使在突然的列车冲撞时也能把对乘客和乘务员的冲击力缓和到最小限度的安全性高的车辆。
权利要求
1.一种轨道车辆，该轨道车辆由底架、侧构体和屋顶构体构成，其特征在于，在上述底架中，车辆长度方向的两端的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
2.如权利要求1所述的轨道车辆，其特征在于，在构成上述底架的构件中，上述两端范围的材料比上述中央侧的材料柔软。
3.如权利要求2所述的轨道车辆，其特征在于，在构成上述底架的上述地板部分的构件和其宽度方向的两侧的侧梁中，上述两端范围的各个材料比上述中央侧的各个材料柔软。
4.如权利要求1所述的轨道车辆，其特征在于，在沿上述长度方向设置的用于接合连结器而设置在上述底架下面的中梁中，上述两端范围的材料比上述中央侧的材料柔软。
5.如权利要求1所述的轨道车辆，其特征在于，在上述侧构体和上述屋顶构体中，上述两端范围的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
6.一种轨道车辆，该轨道车辆由底架、侧构体和屋顶构体构成，上述底架由多根中空型材构成，上述中空型材的挤压方向朝向着车辆的长度方向，沿着车辆的四周方向并列排放该多根中空型材，相互接合该中空型材构成轨道车辆，其特征在于，在上述多根中空型材中，车辆的长度方向的两端的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
7.如权利要求6所述的轨道车辆，其特征在于，作为上述两端的上述材料的中空型材和作为上述中央侧的上述材料的上述中空型材是两种不同的构件，两者被结合。
8.如权利要求7所述的轨道车辆，其特征在于，上述两端的多根中空型材和上述中央侧的多根中空型的一方的中空型材的2块面板与另一方的中空型材的2块面板对接，焊接该对接部；在上述一方的中空型材中，接合上述2块面板的连接件的上述长度方向的端部比上述2块面板的端部凸出，在上述另一方的中空型材中，上述2块面板的连接件的上述长度方向的端部比接合该2块面板的连接件的端部凸出，上述一方的上述连接件位于上述另一方的中空型材的2块面板之间。
9.如权利要求6所述的轨道车辆，其特征在于，作为上述两端的上述材料的上述中空型材和作为上述中央侧的上述材料的上述中空型材是一个中空型材。
10.如权利要求6所述的轨道车辆，其特征在于，在上述底架的两侧的侧梁中，上述两端范围的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
11.如权利要求6所述的轨道车辆，其特征在于，在沿上述长度方向设置在上述底架的下面用于接合连结器的中梁中，上述两端范围的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
12.如权利要求6所述的轨道车辆，其特征在于，上述侧构体和上述屋顶构体由多个第2中空型材构成，上述多个第2中空型材的挤压方向朝向着车辆的长度方向，沿着车辆的四周方向并列该多个第2中空型材并使该第2中空型材相互接合，在上述多个第2中空型材中，上述两端范围的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
13.如权利要求12所述的轨道车辆，其特征在于，作为上述两端的上述材料的上述第2中空型材和作为上述中央侧的上述材料的上述第2中空型材是不同的构件，两者焊接着。
14.如权利要求13所述的轨道车辆，其特征在于，上述两端的多个上述第2中空型材和上述中央侧的多个上述第2中空型材的一方的中空型材的2块面板与另一方的中空型材的2块面板对接，并焊接该对接部，在上述一方的中空型材中，接合上述2块面板的连接件的上述长度方向的端部比上述2块面板的端部凸出，在上述另一方的中空型材中，上述2块面板的上述长度方向的端部比接合该2块面板的连接件的端部凸出，上述一方的上述连接件位于上述另一方的中空型材的2块面板之间。
15.如权利要求12所述的轨道车辆，其特征在于，作为上述两端的上述材料的上述第2中空型材和作为上述中央侧的上述材料的上述第2中空型材是一个中空型材。
16.一种编组车辆，该编组车辆由多个车体连接而成，其特征在于，在作为各个上述车体的两端的构成客室的部分的一部分上，在上述车体的长度方向上设置由于与相邻的车辆进行冲撞而使长度缩短的部分。
17.如权利要求16所述的编组车辆，其特征在于，上述的一部分是上述各个车体的底架，该底架的上述两端的材料比上述长度方向的中央侧的材料柔软。
全文摘要
本发明的目的在于,得到在用中空挤压型材构成的车体中,在车体的内部和地板下等不追加特别构件的,在不大幅度地超过该构造的大小的范围内,在内部保有缓冲构造部的铁道车辆的车体。在由中空型材40构成的铁道车辆的车体中,在受冲撞负荷的可能性高的底架30的端部的中空型材40上设置具有缓冲能力的中空型材51。中空型材40把其长度方向作为车体的长度方向。当作用冲击负荷时,在中空型材51的部分上变形、崩坏而缓和冲击力。由于只加工中空型材的一部分,几乎不改变现有的车体构造,所以列车冲撞时,把对乘客的冲击缓和到最小程度,可以提高安全性。
文档编号B61F1/10GK1382605SQ02106448
公开日2002年12月4日 申请日期2002年2月28日 优先权日2001年4月25日
发明者奥野澄生, 山地和文, 正井健太郎 申请人:株式会社日立制作所