一种高速列车外风挡结构的制作方法

本实用新型涉及高速列车技术领域，具体而言，涉及一种高速列车外风挡结构。

背景技术：

高速列车是指最高运行时速不低于250千米的旅客列车，外风挡结构作为高速列车重要组成部件，安装于两车厢端部连接处，使得车体表面光顺平滑，为高速列车减阻降噪发挥了重要的作用。并且，橡胶外风挡具有较好的柔性变形能力，当列车通过曲线时，外风挡通过挤压变形为列车通过曲线时提供两车车厢之间位移量，列车直线行驶时外风挡回弹继续发挥减阻降噪的作用。

随着列车运行速度的提高，外风挡受列车空气动力作用更为剧烈。在列车高速运行时，气动载荷作用下橡胶外风挡结构产生横向变形，而当气动载荷的激励频率接近结构固有频率时容易引起共振现象，加剧结构的振动。在已有研究中，动车组橡胶外风挡结构在使用的过程中存在气动响应问题，当列车运行速度到达200km/h以上时，橡胶外风挡出现沿垂直车体表面方向的外翻，严重时的外翻程度与车体表面呈现45°的夹角，由于橡胶结构外风挡不断的外翻屈挠，甚至出现断裂现象。并且，外风挡安装在靠近车体外表面的车端位置，外风挡的变形振动反过来又影响列车车端周围流场运动，从而改变气动载荷的分布和大小，将导致车厢端部连接处的气动力分布不均匀，严重影响列车行车稳定性。同时，外风挡的变形振动对于结构的疲劳寿命同样产生危害。

在现有的技术中，虽采取了一些技术手段或提出了部分改进方案来增强外风挡的横向刚度，使得外风挡在气动载荷作用下产生的变形量减小。但这些改进措施对外风挡抗横向变形能力的提高效果不明显，并且在对外风挡进行补强的过程中均增加的原有结构的重量，且结构装配复杂。原外风挡装配时，相对的车端外风挡顶部橡胶圆弧之间存在凹陷，该凹陷的存在导致空气流过此处产生旋涡，对于外风挡气动减阻和降噪的效果减弱。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种高速列车外风挡结构，该外风挡结构能够提高外风挡结构的横向刚度，使安装后的外风挡结构减阻效果更好且横向抗变形能力提高，提高了外风挡的使用可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高速列车外风挡结构，包括第一外风挡壁、第二外风挡壁和外风挡圆弧段，外风挡圆弧段的两端分别与第一外风挡壁和第二外风挡壁相连接形成u型外风挡轮廓，第一外风挡壁与外风挡圆弧段连接处内壁设有第一小加强筋，第二外风挡壁与外风挡圆弧段连接处内壁设有第二小加强筋，第一外风挡壁的根部内壁设有第一大加强筋，第二外风挡壁的根部内壁设有第二大加强筋，第一小加强筋、第二小加强筋、第一大加强筋和第二大加强筋的另一端相连接形成星型内部加强结构，第一小加强筋和第二小加强筋的厚度小于第一大加强筋和第二大加强筋的厚度。

进一步地，第一小加强筋、第二小加强筋、第一大加强筋和第二大加强筋的交点位于第一小加强筋与第一外风挡壁连接点的下方，且位于第一大加强筋与第一外风挡壁连接点的上方。

进一步地，第一小加强筋和第二小加强筋相对于外风挡结构断面的竖向轴线对称设置，第一大加强筋和第二大加强筋相对于外风挡结构断面的竖向轴线对称设置，第一小加强筋、第二小加强筋、第一大加强筋和第二大加强筋的交点位于外风挡结构断面的竖向轴线上。

进一步地，第一外风挡壁、第二外风挡壁和外风挡圆弧段的厚度一致，第一外风挡壁、第二外风挡壁、外风挡圆弧段、第一小加强筋、第二小加强筋、第一大加强筋和第二大加强筋一体成型设置。

进一步地，第一外风挡壁和第二外风挡壁的根部均通过一紧固螺栓和一紧固件内侧夹板与一l型紧固件相连接，l型紧固件与第一外风挡壁、第二外风挡壁连接的一端外侧设有倒角。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过在外风挡结构内设置由第一小加强筋、第二小加强筋、第一大加强筋和第二大加强筋组成的星型的外风挡内部加强结构，当列车需要较大的纵向压缩量时，外风挡靠车体表面外侧的第一外风挡壁和靠近贯通道侧的第二外风挡壁以及星型的外风挡内部加强结构均可发生变形，增加了外风挡结构的纵向可压缩性，提高了列车通过曲线的能力；当列车恢复到直线行驶时，第一外风挡壁、第二外风挡壁和星型的外风挡内部加强结构进行回弹，恢复原装配状态，继续发挥减阻降噪的功用。该外风挡结构提高了外风挡结构的横向刚度，使安装后的外风挡结构减阻效果更好且横向抗变形能力得到提高，提高了外风挡的使用可靠性。而且，该外风挡结构可以在不增加原结构质量的情况下，提高外风挡结构的横向刚度，满足高速列车外风挡结构轻量化的设计要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术的高速列车外风挡结构的主视图。

图2为图1中a-a面的剖视图。

图3为本实用新型实施例的外风挡结构的断面图。

图4为与本实用新型实施例的外风挡结构相适配的车体端墙外风挡安装座示意图。

图5为本实用新型实施例的外风挡结构预压安装后的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一外风挡壁；2、第二外风挡壁；3、外风挡圆弧段；4、第一小加强筋；5、第二小加强筋；6、第一大加强筋；7、第二大加强筋；8、紧固螺栓；9、紧固件内侧夹板；10、l型紧固件；11、倒角；100、外风挡结构；200、车厢；201、外风挡右侧部件螺栓安装座；202、外风挡上侧部件螺栓安装座；203、外风挡左侧部件螺栓安装座；204、外风挡下侧部件螺栓安装座。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本实用新型专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图3、图4和图5，一种本实用新型实施例的高速列车外风挡结构。本实用新型的外风挡结构可由现有外风挡结构通过拓扑优化得到。由图可见，该外风挡结构100主要包括第一外风挡壁1、第二外风挡壁2和外风挡圆弧段3。其中，外风挡圆弧段3的两端分别与第一外风挡壁1和第二外风挡壁2相连接，形成u型的外风挡轮廓；在第一外风挡壁1与外风挡圆弧段3的连接处内壁设置有第一小加强筋4；在第二外风挡壁2与外风挡圆弧段3的连接处内壁设置有第二小加强筋5；在第一外风挡壁1的根部内壁设置有第一大加强筋6；在第二外风挡壁2的根部内壁设置有第二大加强筋7；该第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7的另一端相连接形成星型的外风挡内部加强结构；并且，第一小加强筋4和第二小加强筋5的厚度小于第一大加强筋6和第二大加强筋7的厚度。

上述的高速列车外风挡结构100，通过在第一外风挡壁1与外风挡圆弧段3的连接处内壁设置第一小加强筋4；在第二外风挡壁2与外风挡圆弧段3的连接处内壁设置第二小加强筋5；在第一外风挡壁1的根部内壁设置第一大加强筋6；在第二外风挡壁2的根部内壁设置第二大加强筋7；第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7的另一端相连接形成星型的外风挡内部加强结构；并且第一小加强筋4和第二小加强筋5的厚度小于第一大加强筋6和第二大加强筋7的厚度；通过在外风挡结构100内设置由第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7组成的星型的外风挡内部加强结构，当列车需要较大的纵向压缩量时，外风挡靠车体表面外侧的第一外风挡壁1和靠近贯通道侧的第二外风挡壁2以及星型的外风挡内部加强结构均可发生变形，增加了外风挡结构的纵向可压缩性，提高了列车通过曲线的能力；当列车恢复到直线行驶时，第一外风挡壁1、第二外风挡壁2和星型的外风挡内部加强结构进行回弹，恢复原装配状态，继续发挥减阻降噪的功用。该外风挡结构100提高了外风挡结构100的横向刚度，使安装后的外风挡结构100减阻效果更好且横向抗变形能力得到提高，提高了外风挡的使用可靠性。

具体地，参见图3，在本实施例中，第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7的交点位于第一小加强筋4与第一外风挡壁1连接点的下方，且位于第一大加强筋6与第一外风挡壁1连接点的上方。第一小加强筋4、第一外风挡壁1和第一大加强筋6共同围成一个近似为三角形的区域，第二小加强筋5、第二外风挡壁2和第二大加强筋7共同围成一个近似为三角形的区域。这样设置，更加有利于提高外风挡结构100的横向刚度，提高外风挡结构100安装后的横向抗变形能力。

进一步地，参见图3，在本实施例中，第一小加强筋4和第二小加强筋5相对于外风挡结构100断面的竖向轴线对称设置(参见图3中虚线a)，第一大加强筋6和第二大加强筋7相对于外风挡结构100断面的竖向轴线对称设置，并且第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7的交点位于外风挡结构100断面的竖向轴线上。

参见图3，在本实施例中，第一外风挡壁1、第二外风挡壁2和外风挡圆弧段3的厚度一致，第一外风挡壁1、第二外风挡壁2、外风挡圆弧段3、第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7采用一体成型设置。参见图1和图2，现有的外风挡结构的外风挡壁的厚度大于外风挡圆弧段的厚度，本实用新型通过对现有的外风挡结构进行改进，可以在不增加现有外风挡结构所用材料量的情况下，将第一外风挡壁1、第二外风挡壁2和外风挡圆弧段3的厚度设置为相一致，在外风挡结构外轮廓内设置星型的内部加强结构，并将第一外风挡壁1、第二外风挡壁2、外风挡圆弧段3、第一小加强筋4、第二小加强筋5、第一大加强筋6和第二大加强筋7采用一体成型，得到本实施例的外风挡结构100。该外风挡结构100可以在不增加原结构质量的情况下，提高了外风挡结构100的横向刚度，使安装后的外风挡结构100减阻效果更好且横向抗变形能力得到提高，并且满足高速列车外风挡结构100轻量化的设计要求。

具体来说，参见图3，在本实施例中，第一外风挡壁1和第二外风挡壁2的根部均通过一根紧固螺栓8和一块紧固件内侧夹板9与一个l型紧固件10相连接，该l型紧固件10上设置有螺栓孔，通过螺栓将该外风挡结构整体安装在列车的车厢200端部。在l型紧固件10与第一外风挡壁1、第二外风挡壁2连接的一端外侧还设置有倒角11，能够减小l型紧固件10对于流场的影响作用，起到导流作用。

图4为与外风挡结构相适配的车厢200端墙外风挡安装座，螺栓分布在外风挡安装座上，外风挡安装座通过焊接固定在车厢200端墙上，车厢200端墙上的外风挡安装座为四个部分，分别为外风挡右侧部件螺栓安装座201、外风挡上侧部件螺栓安装座202、外风挡左侧部件螺栓安装座203和外风挡下侧部件螺栓安装座204。

该外风挡结构安装时，先对外风挡圆弧段3的顶部进行预压，消除两个对立圆弧处的凹陷，如图5所示；在对外风挡结构进行安装紧固时，先安装右侧外风挡结构、上侧外风挡结构和左侧外风挡结构，对靠近车厢200外表面的外风挡安装座先进行紧固，后紧固内侧外风挡安装座；最后安装下侧外风挡结构。

对现有外风挡结构(其结构如图1和图2所示)和本实用新型的外风挡结构，在相同的给定约束和载荷条件下，分别测试其横向变形及一阶固有频率，其测试结果如下表所示：

由以上测试结果可知，本实用新型的外风挡结构在相同的给定约束和载荷条件下，其横向变形量比现有外风挡结构明显减小，说明本实用新型的外风挡结构的横向刚度大于原有外风挡结构；由测试结果可知，本实用新型的外风挡结构的一阶固有频率也明显大于现有外风挡结构。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。