一种客舱双层耐压的真空管道列车车体结构的制作方法

文档序号:26004035发布日期:2021-07-23 21:21阅读:88来源:国知局
一种客舱双层耐压的真空管道列车车体结构的制作方法

本发明属于真空管道交通系统,尤其是涉及一种客舱双层耐压的真空管道列车车体结构。



背景技术:

在地球表面稠密大气中高速运行的高铁列车,其运行的主要阻力是空气阻力,空气阻力限制了速度的提升,也形成了巨大的能耗。从理论上,为了提升运行速度,降低运行能耗,可将列车运行的轨道置于管道之内,并把管道抽成真空,把列车至于真空管道之内运行,称为“真空管道列车”。

从工程实践角度而言,所谓真空管道内并不是完全的真空状态,管道内仍然存在极低压强的空气,在此极低压强的空气中,人会在十秒左右时间内失去意识,并在几分钟内因为缺氧而致死,所以,真空管道列车车体的客舱内仍然需要保持0.8至1个标准大气压。也就是说,真空管道内运行的列车的各节车体是需要承受0.8-1个大气压的内外压差的。这个压差大于民航客机在巡航高度时机舱的内外压差,因为客机在巡航高度时,客机外仍然存在0.2-0.3个大气压。这对真空管道列车车体结构的耐压(承担车体内外压差)设计提出了更高的要求。

与飞机还有所不同的是,管道内高速运行的列车距离轨道和管道的间隙非常有限,在列车和管道发生异常时难以避免列车会与管道及轨道发生滑擦与磕碰。轨道及管道是由钢筋混凝土或钢结构制成,而列车的车体结构考虑列车轻量化设计的要求往往是薄壁结构,发生滑擦或磕碰会极易造成车体的破损,从而导致车体客舱内的空气瞬间与管道内的真空环境联通,危及乘客的生命安全。

如图1和图2所示,目前已经公开的高铁车体结构100,从断面上看基本呈矩形,分为上下两部分,上部为乘客舱101(业内称为客室),下部为设备舱102。乘客舱的车顶、侧墙和地板均由铝合金挤压中空型材焊接而成。从侧视图上看,客舱的侧面设计有面积很大的矩形车窗103。

现有高铁列车的车体结构若直接应用与真空管道列车存在如下问题:

1.车体结构的断面基本呈矩形,侧墙与车顶之间、侧墙与地板之间的过渡圆弧半径很小或者采用直角过渡,这种车体结构在承受大气压差载荷时会在这些过渡部位产生很大的弯曲应力,造成车体结构的破坏;

2.车体的乘客舱由铝合金挤压中空型材焊接而成,车体结构沿着纵向存在若干焊缝,在车体承受大气压差载荷时,在垂直这些焊缝的方向上会产生较大的拉伸应力,从而对车体的疲劳强度不利;

3.车辆在管道内高速运行,不能排除车辆碰触管道的可能性,发生这种意外时,若车体发生破损则瞬间失去保压功能,乘客瞬间暴露在真空环境中,发生极大的生命危险;

4.车体侧墙上设有面积过大的车窗对车体强度是一种削弱,并且矩形车窗的四个角的过渡圆弧半径太小,在车体承受大气压差时会产生很大的应力,同样对车体强度不利;

5.车体的端墙与车顶、端墙与侧墙之间的过渡为直角或半径很小的圆角,这种车体结构容易与真空管道结构发生磕碰滑擦。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是提供一种客舱双层耐压的真空管道列车车体结构。本发明的车体结构将乘客舱以双层密封耐压结构包裹,即使外层遭到破坏丧失密封保压性能,内层结构仍然能够保证车体空气压力在安全范围内,保障客舱内乘客生命安全,提高了真空环境下失压安全性;该车体结构的左右两侧设计面积较小的类似“圆形”或“椭圆形”的车窗,减少了车窗对车体结构强度的影响;车体结构采用不可燃烧的铝合金材料,提高了车体的防火性能,降低了火灾隐患。

为解决上述技术问题,发明采用如下的技术方案:

一种客舱双层耐压的真空管道列车车体结构,包括:

外蒙皮、外蒙皮纵梁、横梁框、内蒙皮纵梁和内蒙皮;

所述车体结构为上下层结构,上层乘客舱,下层为设备舱;

所述外蒙皮包覆横梁框,并与横梁框密封固定;

所述外蒙皮内表面密封固定外蒙皮纵梁;

所述内蒙皮包裹乘客舱,使得乘客舱具有内外两层蒙皮的耐压结构;

所述内蒙皮外侧密封固定内蒙皮纵梁。

进一步地,所述外蒙皮的侧面、顶面、底面圆滑过渡没有明显分界,浑然一体。

进一步地,所述内蒙皮纵梁和横梁框与内蒙皮通过铆钉密封固定,且在铆钉孔周围的横梁框、纵梁和内蒙皮相互接触的表面上涂抹密封胶;所述外蒙皮纵梁和横梁框与外蒙皮通过铆钉密封固定,且在铆钉孔周围的横梁框、纵梁和外蒙皮相互接触的表面上涂抹密封胶。

进一步地,为了进一步提高外蒙皮的密封性能,在外蒙皮与外蒙皮纵梁、横梁框铆接之后,外蒙皮的内侧喷涂气密涂层,气密涂层同时具有隔振降噪、保温防寒功能。

进一步地,所述外蒙皮、外蒙皮纵梁、横梁框、内蒙皮纵梁和内蒙皮均采用铝合金材料。

进一步地,所述内蒙皮的侧墙与地板采用大半径圆弧过渡,所述大半径圆弧是指半径为100mm-900mm的圆弧。

进一步地,所述乘客舱左右两侧安装有用于乘客上下车的乘降车门,该车门为向内侧开启式。

进一步地,所述车体两端的端墙与车顶及侧墙为斜面加圆角的过渡方式。而不是传统高铁车辆的直角过渡的方式。

进一步地,所述乘客舱左右两侧安装有透视舷窗,所述透视舷窗包括设置在外蒙皮上的外透视玻璃和设置在内蒙皮上的内透视玻璃,且外透视玻璃和内透视玻璃对应设置。

进一步地,所述透视舷窗为近似圆形或椭圆形。

进一步地,所述乘客舱的端部还设有端门。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明,本发明中的各原料均可通过市售购买获得,本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较,本发明具有如下有益效果:

1.本发明的车体结构将乘客舱以双层密封耐压结构包裹,即使外层遭到破坏丧失密封保压性能,内层结构仍然能够保证车体空气压力在安全范围内,保障客舱内乘客生命安全;提高了真空环境下失压安全性。

2.本发明车体断面采用类似“圆形”或“椭圆形”的设计,将各过渡圆角尽可能放大,从而尽可能将车体内外压差作用下的弯曲应力转化为膜应力,提高车体结构的耐压强度,降低车体结构自重;

3.本发明的车体采用高强度铝合金或超高强度铝合金制成的蒙皮、横梁框和纵梁通过铆接而成,结构轻,耐压能力强,且铝合金材料为不可燃,提高了防火性能;

4.本发明的车体结构的左右两侧设计面积较小的类似“圆形”或“椭圆形”的车窗,减少了车窗对车体结构强度的影响;

5.本发明的车体结构采用不可燃烧的铝合金材料,提高了车体放火性能,降低了火灾隐患。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为现有的高铁车体主视示意图;

图2为现有的高铁车体结构断面示意图;

图3为本发明车体结构断面结构示意图;

图4为本发明车体结构的外蒙皮结构示意图;

图5为本发明的内蒙皮断面示意图;

图6为本发明的横梁框结构示意图;

图7为本发明的外蒙皮纵梁断面示意图;

图8为本发明内外蒙皮上安装舷窗玻璃的结构示意图;

图9为本发明的真空管道列车车体结构示意图;

图10为为图9的a-a面断面剖视图;

图11为本发明的真空管道列车关闭状态的乘降门和端门结构示意图;

图12为本发明的真空管道列车开启状态的乘降门和端门结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

参见图3所示,作为本发明的一个方面,一种客舱双层耐压的真空管道列车车体结构200,包括:外蒙皮210、外蒙皮纵梁220、横梁框230、内蒙皮纵梁240和内蒙皮250;

参见图3和图6所示,所述车体结构200为上下层结构,上层乘客舱231,下层为设备舱232;

参见图3和图4所示,所述外蒙皮210包覆横梁框230,并与横梁框230密封固定;因此,外蒙皮210既包裹着乘客舱231又包裹着设备舱232,也就是说设备舱232与乘客舱231形成的是一个整体的密封耐压空间;

参见图3所示,所述外蒙皮210内表面密封固定外蒙皮纵梁220;所述设备舱232只有一层外蒙皮210进行包裹,由于外蒙皮210采用气密性耐压设计,所以设备舱232存在与乘客舱231相同的空气压力,设备舱232与乘客舱231一样是密封设计,这样设备舱232内的安装的发热设备可以使用空气对流的方式进行散热。

为了进一步提高外蒙皮的密封性能,在外蒙皮与外蒙皮纵梁、横梁框铆接之后,外蒙皮的内侧喷涂气密涂层(图中未标出),气密涂层同时具有隔振降噪、保温防寒功能。

参见图3和图5所示,所述内蒙皮250包裹乘客舱232,使得乘客舱232具有内外两层蒙皮的耐压结构;乘客舱232为双层蒙皮,每层蒙皮均具有气密耐压性能,通过上述气密性的设计,使得在正常运用情况下外蒙皮210两侧的存在压差(既乘客舱232内的气压与真空管道内气压之差),而内蒙皮250两侧的气压基本平衡,所以外蒙皮210承受客舱内外的压差载荷,内蒙皮250基本不承受压差载荷。当外蒙皮210由于磕碰、滑擦产生破损失去密封作用时,内蒙皮250能维持车内乘客生命所需要的气压,对车内乘客起到安全保护作用;因此,外蒙皮210需要按照疲劳强度进行设计,内蒙皮250可只按照静强度进行设计,所以外蒙皮210的强度设计要求高于内蒙皮250,当使用同种材料时内蒙皮250的厚度小于外蒙皮210的厚度,例如外蒙皮210的厚度是内蒙皮250厚度的1.5-5倍。

参见图3和图5所示,所述内蒙皮250外侧密封固定内蒙皮纵梁240。

本发明中,所述术语“密封固定”是指在零部件之间相互固定时,在各零部件的相互接触面上涂抹密封材料(例如密封胶),确保这些连接部位的密封性能。

参见图3和图4所示,根据本发明的某些实施例,所述外蒙皮210的侧面、顶面、底面圆滑过渡没有明显分界,浑然一体。在内外压差的作用下蒙皮内只存在膜应力,没有弯曲应力。

参见图3所示,根据本发明的某些实施例,所述内蒙皮纵梁240和横梁框230与内蒙皮250通过铆钉密封固定,且在铆钉孔周围的内蒙皮纵梁240和横梁框230与内蒙皮250的相互接触面上涂抹密封胶;所述外蒙皮纵梁220和横梁框230与外蒙皮210通过铆钉密封固定,且在铆钉孔周围的外蒙皮纵梁220和横梁框230与外蒙皮210相互接触面上涂抹密封胶,以保证客舱的气密性能。

根据本发明的某些实施例,所述外蒙皮210、外蒙皮纵梁220、横梁框230、内蒙皮纵梁240和内蒙皮250均采用铝合金材料。这提高了车体放火性能,降低了火灾隐患。

参见图3和图5所示,根据本发明的某些实施例,所述内蒙皮250的侧墙与地板采用大半径圆弧过渡,所述大半径圆弧是指半径为100mm-900mm的圆弧。

参见图9-图12所示,根据本发明的某些实施例,所述乘客舱232左右两侧安装有用于乘客上下车的乘降车门233,该车门233为向内侧开启式。因为车厢内的气压高于车厢之外真空管道内的气压,这样车门关闭之后在内外侧压差作用下车门会压紧在车体结构的门框上易于保证气密性,并且车门结构的强度安全性易于保证,图11示出了乘降车门的关闭的状态,图12示出了乘降车门的开启状态。

参见图9-图10所示,根据本发明的某些实施例,为了提升车体结构的耐大气压差载荷的能力以及为了降低车体与管道结构发生磕碰的可能性,所述车体两端的端墙201与车顶202及侧墙203为斜面204加圆角205的过渡方式。而不是传统高铁车辆的直角过渡的方式。

参见图8所示,根据本发明的某些实施例,所述乘客舱232左右两侧安装有透视舷窗260,所述透视舷窗260包括设置在外蒙皮210上的外透视玻璃261和设置在内蒙皮250上的内透视玻璃262,且外透视玻璃261和内透视玻璃262对应设置。乘客可以通过透视舷窗260和真空管道上的透视窗,浏览真空管道两侧的景物,透视舷窗有助于提升乘客视觉体验。且当一层透视玻璃发生破损时,另外一层透视玻璃能够为乘客提供气密安全保护作用。

根据本发明的某些实施例,所述透视舷窗260为近似圆形或椭圆形,而非矩形。

参见图11-图12所示,根据本发明的某些实施例,所述乘客舱232的端部还设有端门234。当一节车厢发生火灾等紧急情况时,乘客可以通过端门234向邻近的车厢疏散,当乘客疏散完毕后关闭该节车厢两端的端门,避免火势蔓延到邻近车厢,所以端门应具有防火、气密和耐压性能,图11示出了端门的关闭的状态,图12示出了端门的开启状态。

显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

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