一种轨道车辆头车结构的制作方法

本发明涉及一种轨道车辆头车结构，属于轨道交通车辆车体结构技术领域。

背景技术：

目前地铁车辆车体主要有两种：一种含铆接（或螺栓连接）的结构，如中国专利申请号为CN200620069988.8及CN201310072635.8描述的结构，其主要特点是司机室骨架甚至头车底架前端是独立模块，通过螺栓或铆钉连接到车体主结构上，底架边梁一般不会延伸到司机室门区域；另一种是全焊接结构，其主要特点是作为车体主要承力部件的底架边梁是通长的，即从客室区域延伸到司机室门区域前方。前者头车前端可设计为独立的司机室骨架和玻璃钢头罩，头型变化多，但铆接结构车体有重量较重、全寿命周期内密封性不良、且车辆运行长期振动易导致铆钉松动等问题。后者全焊接结构基本不会产生上述问题，但司机室骨架结构也是集成到车体主结构上，易导致造型受限，难以满足追求现代气息、体现城市个性风格的需求。

同时，国内部分城市开通地铁已几十年，部分线路已到达更新换代的过渡阶段，20多年前车辆碰撞性能没有现在要求高，部分车辆的防爬器是不具吸能功能的，安装位置也更接近车体地板面，高度较高。此外，很多城市的地铁线路正面临扩建和列车增购的需求，而不同车辆厂家造的列车防爬器高度不完全一致。因此在既有线路上的新造列车，首先要解决防爬器匹配的问题，而防爬器吸能要求也越来越高，提高了防爬器选型的难度，对车辆外观设计提出了进一步限制。

目前国内全焊接结构的A型车地铁车一般采用压溃式防爬器，其安装结构与中国专利申请号为CN201310505736.X的发明专利描述的结构类似，该结构的防爬器安装板直接和底架边梁相连，防爬器工作时将承受巨大的纵向力和垂向力，通过将力直接传递给底架边梁从而获得了良好的耐碰撞性能。但是这种类型防爬器是通过十字形导槽来导向，由于强度需要和结构特点要求防爬器尺寸较大，离车体地板面也需保持一定距离，同时要求与防爬器安装板连接处的底架边梁的强度足够强。这些因素产生了以下问题：

1）防爬器距轨面高度调节范围受到了限制，降低了与既有线路车辆防爬器啮合匹配程度，难以满足EN 15227标准规定爬车要求；

2）底架边梁需延伸出防爬器安装板较长的距离，导致头罩的圆弧拐点前移，头罩的圆弧段长度和形状受限，对造型设计极其不利，易造成各种车型的外观造型缺乏变化的感觉。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种轨道车辆头车结构，该防爬器安装结构的T型双层箱型结构具有很好的纵向和垂向强度及刚度，单个防爬器安装区域能满足600kN的纵向压缩力和13t的垂向重量，大幅减少了对底架边梁前端强度的依赖，解决了与既有线路车辆的匹配问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道车辆头车结构，包括车体主结构、司机室骨架和防爬器安装结构；其结构特点是，所述防爬器安装结构为T型双层箱型结构，该防爬器安装结构的两侧端分别与相应侧的底架边梁及车钩安装座固定相连，该防爬器安装结构的上方覆盖有司机室地板。

由此，T型双层箱型结构的防爬器安装结构与底架边梁和车钩安装座相连，构成了防爬器的安装结构，同时弱化底架边梁前端结构，为实现头罩的大圆弧造型提供了条件。

本发明具有很好的纵向和垂向强度及刚度，单个防爬器安装区域能承受600kN的纵向压缩力和13t的垂向重量，纵向方向调节量大，可无限接近车体地板面，解决了与既有线路车辆的匹配问题。大幅减少了对底架边梁前端强度的依赖，有利于实现流线型造型。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

优选地，所述防爬器安装结构的前端用于安装防爬器，该防爬器安装结构的后端与牵引梁翼板固定相连；优选所述牵引梁翼板设置在司机室地板和客室地板的结合处；优选所述防爬器包括安装法兰，吸能元件，吸能元件安装盒和防爬元件；更优选所述防爬器为抽屉型铝蜂窝式防爬器。

优选地，所述防爬器安装结构包括防爬器安装板、防爬器撑板和防爬器连接座；所述防爬器安装板和防爬器连接座的两端分别固定在相应侧的底架边梁及车钩安装座上，所述防爬器撑板固定连接在所述牵引梁翼板与防爬器连接座之间；优选所述防爬器撑板和防爬器连接座上开有工艺孔；优选所述防爬器安装板上开设有开口向上的U型孔，所述防爬器撑板为U型结构，所述防爬器撑板和司机室地板之间形成腔体内设有所述吸能元件安装盒，该吸能元件安装盒内装有吸能元件；更优选所述吸能元件为压溃吸能元件，更优选为铝蜂窝或铝泡沫。

优选地，所述防爬器撑板与司机室地板围成的箱体结构，该箱体结构替代所述吸能元件安装盒用于安装独立的吸能元件。

优选地，所述防爬器通过位于两侧的安装法兰固定在防爬器安装板上；优选所述防爬器上下方向均没有凸起的法兰边，防爬元件和吸能元件分别位于安装法兰的前后方，所述吸能元件安装盒与安装法兰紧固相连。

优选地，所述吸能元件安装盒的两侧设置有防爬器撑板，在牵引梁翼板后方对齐设置有过渡板。

优选地，所述司机室地板下方设有立柱角撑，该立柱角撑分别与司机室中间立柱和防爬器连接座对齐连接；优选所述车体主结构、司机室骨架、立柱角撑和防爬器安装结构为一体化成型结构；更优选为所述车体主结构、司机室骨架、立柱角撑和防爬器安装结构之间焊接形成一体化结构。

优选地，所述防爬器安装板一端与立柱角撑的后边缘对齐设置，该防爬器安装板的另一端与底架边梁相连，该底架边梁最前端x点与防爬器安装板的距离d1至少为30mm；优选所述底架边梁前端外侧加工出圆弧缺口，并在圆弧缺口处设置有同样圆弧半径的边梁封板；更优选地，所述圆弧缺口的圆弧起始点y在防爬器连接座区域内调节。

优选地，所述司机室地板最前端与防爬器安装板的距离d2不超过230mm。

优选地，所述防爬器的上边缘和司机室地板之间具有间隙，优选所述间隙h为5mm以上。

优选地，所述防爬器连接座整体呈L型，该防爬器连接座在支撑前方的防爬器安装板的同时与上方的司机室地板固定相连形成横向的箱型结构，防爬器撑板连接牵引梁翼板与防爬器安装板，并与司机室地板形成纵向的箱型结构；在防爬器安装板的后方，横向的箱型结构横跨纵向的箱型结构，从而形成所述T型双层箱型结构；优选防爬器安装板的厚度在20mm以上。

所述车体主结构主要包括客室区域的顶盖、侧墙、底架和端墙，所述底架从客室区域延伸至司机室区域，并在司机室区域设置有车钩安装座、司机室地板、司机室前地板、底架边梁、过渡板、牵引梁翼板、客室地板和边梁封板；其中车钩安装座位于车体前端的中心，车钩安装座上方覆盖有司机室地板、司机室前地板及客室地板，车钩安装座的两侧通过牵引梁翼板连接到底架边梁上。

优选地，所述司机室骨架固定在车体主结构的司机室区域的底架上方；所述司机室骨架包括司机室中间立柱、司机室前门立柱、整体上门角和司机室门上横梁；所述司机室中间立柱的下方设置有立柱角撑，且司机室中间立柱的下端与立柱角撑对齐，该司机室中间立柱的上方与车体主结构连接；所述司机室前门立柱、整体上门角和司机室门上横梁构成了司机室车门的门框骨架结构；所述司机室车门的下端与底架边梁连接，该司机室车门的上端与车体主结构连接；优选在司机室车门的上端与车体主结构的两个呈直角型的连接处设置有圆弧半径与整体上门角接近中空门角。

优选地，所述车体主结构前端的底架边梁和司机室地板上方固定有头罩，该头罩分别与司机室前门立柱、整体上门角及司机室门上横梁固定连接。

优选地，所述车体主结构前端的底架边梁和司机室地板上方固定有导流罩，该导流罩上部的轮廓线与所述头罩下部的轮廓线一致；优选边梁封板的圆弧半径设置与头罩下部轮廓线一致。

优选地，所述司机室骨架还包括从整体上门角的基材延伸出的门框挡板；优选所述整体上门角内侧设有凹形腔；更优选所述整体上门角的两端的直线段设有连接接头，该连接接头的外轮廓形状及板厚尺寸分别与司机室前门立柱、司机室门上横梁的断面一致。

藉由上述结构，本发明的主要内容包括；

1、防爬器安装结构设置为T型双层箱型结构，两侧分别与底架边梁及车钩安装座相连，上方覆盖有司机室地板，后方与牵引梁翼板相连并对应设置了过渡板，具有良好的抵抗纵向和垂向力的强度；

2、防爬器安装板开有大型的U型孔，用来安装贯穿式的防爬器装置，特别适合吸能元件设置在安装板后方的防爬器，例如抽屉型铝蜂窝式防爬器；

3、利用防爬器安装结构本身具有的强度，缩短了底架边梁前端长度，设置了圆弧封板结构，有利于头罩及导流罩大圆弧造型的设计；

4、将司机室上门角优化为整体门角结构，降低头罩上部圆弧切点位置，使造型更具流线型；整体门角结构自带圆弧造型，焊缝避开高应力区域，且带有内腔结构用于车门门驱机构及毛刷的安装。

5、本发明利用防爬器安装结构对底架边梁强度依赖程度的降低，减弱前端的底架边梁并将圆弧造型的拐点后移，同时将司机室上门角设计为自带圆弧造型的整体门角结构将上部圆弧切点位置降低，大幅提高了头罩曲面造型的设计灵活性。此外，通过地板下方的立柱角撑结构将防爬器安装结构、司机室骨架结构和车体主结构连接起来构成了整体承载结构，车体强度满足EN12663标准及EN15227标准要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的防爬器安装结构显著提高了防爬器高度方向的调节范围，解决了与既有线路的防爬器匹配兼容问题，其T型双层箱型结构具有很好的纵向和垂向强度及刚度，单个防爬器安装区域能满足600kN的纵向压缩力和13t的垂向重量；大幅减少了对底架边梁前端强度的依赖，非常利于头罩圆弧造型设计；该发明车体产品强度性能良好，结构简单，工艺性好，通用性强；使用该发明的车辆外观美观、可塑性强，特别适合变化多样且具有现代感造型的轨道车辆。

本发明的轨道车体的车体强度能满足EN12663标准及EN15227标准要求。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构原理图；

图2为本发明所述车体结构正视图；

图3为本发明图2中的A-A剖视图；

图4为本发明图3中的B-B剖视图；

图5为本发明图3中的C-C剖视图；

图6为本发明司机室上门角示意图；

图7为本发明头罩导流罩安装示意图；

图8是本发明另一种实施例的局部示意图。

在图中

1-车体主结构；11-车钩安装座；12-司机室地板；13-司机室前地板；14-底架边梁；14a-圆弧缺口；15-过渡板；16-牵引梁翼板；17-客室地板；18-边梁封板；2-司机室骨架；21-司机室中间立柱；22-司机室前门立柱；23-整体上门角；23a-门角外圆弧；23b-门框挡板；23c-门角内圆弧；23d-凹形腔（；23e-连接接头；24-司机室门上横梁；3-立柱角撑；4-防爬器安装结构；41-防爬器安装板；41a-U型孔；42-防爬器撑板；43-防爬器连接座；5-中空门角；6-防爬器；61-安装法兰；62-吸能元件；63-吸能元件安装盒；64-防爬元件；7-头罩；8-导流罩。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种轨道车辆头车，如图1所示，主要由车体主结构1、司机室骨架2、立柱角撑3和防爬器安装结构4通过焊接方式连为一体。车体主结构1主要包括客室区域的顶盖、侧墙、底架、端墙等基本构件，本发明的底架延伸至司机室区域，并在该区域设置了车钩安装座11，司机室地板12，司机室前地板13，底架边梁14，过渡板15，牵引梁翼板16，客室地板17、边梁封板18等结构，其中车钩安装座11位于车体前端的中心，上方覆盖了司机室地板12、司机室前地板13及客室地板17，两侧有牵引梁翼板16连接到底架边梁14，并在连接处设置了过渡板15加强牵引梁翼板16的纵向抗压强度，底架边梁14的前端外侧加工出圆弧造型，其缺口四周与边梁封板18焊接密封。

司机室骨架2焊接在车体主结构1司机室区域的底架上方，在司机室中间立柱21的下方设置了立柱角撑3，与车钩安装座11连接为一体，在垂向方向具有很好的强度。防爬器安装结构4位于车体前端两侧，由防爬器安装板41、防爬器撑板42和防爬器连接座43构成，其中防爬器安装板41和防爬器连接座43分别与车钩安装座11和底架边梁14相连，防爬器撑板42直抵后方的牵引梁翼板16。在爬器安装板41与司机室地板12连接处设有大型的U型孔，用来安装贯穿式的防爬器，防爬器的高度可无限接近地板面。防爬器撑板42和防爬器连接座43上开有工艺孔，提供防爬器安装所需空间。

图2是车体结构正视图。司机室骨架2主要由司机室中间立柱21，司机室前门立柱22，整体上门角23，司机室门上横梁24等构成。司机室中间立柱21下方与立柱角撑3对齐，上方与车体主结构1连接；机室前门立柱22、整体上门角23，司机室门上横梁24构成了司机室车门的门框骨架结构，下方与底架边梁14连接，上方与车体主结构1连接，并在两个呈直角型的连接处设置了圆弧半径与整体上门角23接近中空门角5，有效减缓门角处的应力集中程度，同时外观看起来更协调。防爬器6

图3为图2中的A-A剖视图。防爬器安装结构4可用来安装防爬器6，防爬器6包括安装法兰61，吸能元件62，吸能元件安装盒63和防爬元件64。其中安装法兰61位于防爬器6的两侧，依靠螺栓固定在防爬器安装结构4的防爬器安装板41上，防爬器6上下方向没有凸起的法兰边，高度上可以无限接近司机室地板12。防爬元件64和吸能元件62分别位于安装法兰61的前后方，可避免防爬器6前端与安装法兰61距离过长，在防爬器安装板41平面微小的不平整或者在不同载荷下车体挠度变化情况下，引起防爬器6前端明显的上翘或者下垂。吸能元件62放置在吸能元件安装盒63内，吸能元件安装盒63与安装法兰61紧固相连，在受到吸能元件62动作产生的压缩力时保持相对固定，当防爬元件64受到撞击力时，将直接压缩吸能元件62而稳定吸收能量，缓解突然的撞击力。

在吸能元件安装盒63两侧，设置了防爬器撑板42抵抗纵向的撞击力，在牵引梁翼板16后方，对齐设置了过渡板15，以提供更好的纵向强度。防爬器安装板41的一侧与车钩安装座11焊接，并对齐立柱角撑3的后边缘，在横向方向具有良好的强度。防爬器安装板41的另一侧与底架边梁14相连，底架边梁14最前端x点与防爬器安装板41的距离d1最小为30mm，可为圆弧造型提供了足够的空间，底架边梁14前端外侧加工出圆弧缺口14a，并在缺口处焊接了具有同样圆弧半径边梁封板18进行密封并保持一定的强度，圆弧缺口14a的圆弧起始点y可在防爬器连接座43区域内调节。

为提高防爬器安装板41与安装法兰61接触面的平面度，覆盖在防爬器安装结构4上方的司机室地板12最前端与防爬器安装板的距离d2宜在230mm以内，以便进行焊接后的整体铣切加工，加工完后再焊接司机室前地板13，可保持整体的圆弧造型。

图4为图3中的B-B剖视图。防爬器6上边缘和司机室地板12的间隙h可接近于0，考虑到安装维护性，可保留5mm以上的间隙为宜。防爬器连接座43呈L型，支撑前方的防爬器安装板41同时与上方的防爬器撑板42焊接形成T字形双层的箱型结构，在纵向和横向方向上都具有很好的刚度和强度，可传递巨大的纵向力和垂向力。牵引梁翼板16的前后方分别为司机室地板12和中空型材的客室地板17，过渡板15焊接在牵引梁翼板16和客室地板17之间，可将前方司机室地板12以及防爬器撑板42的纵向力部分过渡到中空型材的客室地板17上，避免刚度突变引起的结构失稳，同时给前方结构提供有力支撑。

此外，选用的扁平形防爬器可取消了连接座上下方向的法兰边，进一步拉近和防爬器和车体地板面的距离，提高防爬器与既有线路车辆的匹配程度。

图5为图3中的C-C剖视图。防爬器安装板41及防爬器连接座43两侧分别与车钩安装座11和底架边梁14相连，防爬器连接座43腔内有U型的防爬器撑板42，防爬器撑板42和司机室地板12的方向腔内，塞进了装有吸能元件62的吸能元件安装盒63，吸能元件62可为铝蜂窝、铝泡沫等可压溃吸能的结构。立柱角撑3位于司机室地板12下方，分别与司机室中间立柱21及防爬器连接座43对齐连接，在车头前端构成了整体的承载结构。

图6是司机室上门角示意图。整体上门角23是通过锻压成型，或者是对挤压型材进行机加工掏空而成，保证内部各处都有足够的强度。位于整体上门角23外侧的门角外圆弧23a的半径尺寸可根据头罩造型调整；门框挡板23b用于司机室门的止挡，直接从整体上门角23的基材延伸出；门角内圆弧23c与中空门角5的半径相似，同样直接由整体上门角23的基材加工而成；整体上门角23内侧设有凹形腔23d，用于提供司机室门驱机构的安装空间，同时提供毛刷的安装面，并利用凹形腔的下壁遮挡毛刷的根部结构，外观性良好；在整体上门角23的两端的直线段设有连接接头23e，接头处的外轮廓形状及板厚尺寸分别与司机室前门立柱22、司机室门上横梁24的断面一致，焊接工艺性好。整体上门角23刚度突变处均由基材加工而成，与焊缝接头保持适当距离，避免门角高应力区域出现焊缝，降低其的许用强度。

图7是头罩导流罩安装示意图。头罩7固定在车体主结构1前端的底架边梁14及司机室地板12上方，并与司机室前门立柱22、整体上门角23及司机室门上横梁24连接。导流罩8位于底架边梁14及司机室地板12的下方，在底架边梁14x点的平面处对接固定。导流罩8上方的轮廓线与头罩7下方的轮廓线一致，通过x点，y点后移，并将边梁封板18的圆弧半径设置与头罩下方轮廓线一致，实现车头两侧的大圆弧曲线R1造型，同时通过整体上门角23的门角外圆弧23a设置，可降低头罩上部的圆弧切点z点高度，实现造型曲线R2的平滑过渡，更具流线型。

对于本发明防爬器6的构造，还可以和防爬器安装结构4部分融合，可得到防爬器动作更大行程以吸收更多的能量，结构更加简单。具体方案如图8所示，将防爬器安装结构4中防爬器撑板42与司机室地板12围成的箱体结构，直接替代吸能元件安装盒63，用来安装独立的吸能元件62，在防爬器撑板42后方的牵引梁翼板16和客室地板17之间仍然设置过渡板15连接。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。