專利名稱：軌道車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種沿軌道行走的車輛的車體，適合于由輕合金制中空型材構成的鐵道車體。
背景技術：
在鐵道車輛中，在發生沖撞時，要求緩和施加到乘客身上的沖擊力。像特開平7-186951號(USP5715757)所表明的那樣，在前頭的車體的前頭部與障礙物發生沖撞時，通過其變形來吸收由沖擊產生的能量。該緩和裝置由在與沖擊方向垂直的面內具有三角形的零件或蜂窩板等構成，有很多種。緩和裝置相對沖擊方向并列配置，并沿沖擊方向分別設置多個緩和裝置。
作為接合構件的手段，提議使用摩擦攪拌接合，該種接合也適用鐵道車輛，這在第3014654號(EP0797043A2)專利中已被公布。
根據特開平11-51103號報告，對構件進行摩擦攪拌接合時，摩擦攪拌處理部分的金屬組織變得細微，能量吸收值變高。
對于鋁合金的中空擠壓型材進行環狀或螺旋狀摩擦攪拌處理，這被用在機動車的轉向軸上。在與沖擊能量的方向成直角的方向上進行摩擦攪拌處理，用該部分吸收沖擊能量。另外，沿沖擊能量的方向直列配置長度短的筒，構件之間通過摩擦攪拌處理進行接合。
在上述特開平7-186951號(USP5715757)中提出了鐵道車輛沖撞時的緩和裝置，該緩和裝置由多個緩和裝置構成，用來保證乘客的安全。
由于緩和裝置設置在車體上，從確保乘客空間的觀點來說，緩和裝置的長度越短越好。
發明目的本發明的目的在于，提供一種可以吸收沖擊能量的軌道車輛。技術方案上述目的通過下述的技術方案可以實現構成本體端部的地板的構件成為緩沖裝置；上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成；上述中空擠壓型材沿車體的寬度方向有多個中空部；上述中空擠壓型材的擠壓方向向著車體的長度方向；上述中空型材面向上述車體的臺框；上述緩和裝置設置成上下2段；在上述緩沖裝置所在的領域內不設置處于其他領域的側梁的中空型材，連結車輛的連結器與上述緩沖裝置不連結，前頭車側的緩沖裝置的數量和縱斷面積比中間車的上述緩沖裝置的數量和縱斷面積大。
另外，上述目的也可以由下述的技術方案實現軌道車輛由連結多個車體的編組車輛構成；支持上述各個車體端部的地板的構件成為緩沖裝置；把上述緩沖裝置的長度范圍的上方做成出入口，同時設置控制盤；前頭車側的緩沖裝置的縱斷面積比中間車的上述緩沖裝置的縱斷面積大。
圖1是本發明的一實施例的軌道車輛的編組狀態的側視圖。
圖2是分離前頭部狀態的側視圖。
圖3是圖2的前頭部的俯視圖。
圖4是圖2的左側視圖。
圖5是圖3的V-V剖視圖。
圖6是圖4的VI-VI剖視圖。
圖7是圖6的VII-VII剖視圖。
圖8是圖6的VIII-VIII剖視圖。
圖9是圖1的緩沖裝置的接合狀態圖。
圖10是材料的沖擊能量的說明圖。
圖11是材料的應力—變形的曲線圖。
實施例用圖1～圖9說明本發明的一實施例，在圖1和圖2中，為了便于理解，將車體和它的前頭部分割開表示。
編組車輛由前后的前頭車A和所需要數量的中間車B構成。前頭車A的前頭部100是向前方凸出的圓弧狀。在前頭部100上配置緩沖裝置200。在前頭車A的后端和中間車B的端部分別配置緩沖裝置400。首先說明前頭部100的緩沖裝置200。
除去前頭部100的車體90由構成側面的側構體10、屋頂構體20、構成地板的臺框30等構成。側構體10、屋頂構體20和臺框30分別用多個中空型材接合而成。中空型材是由輕合金(如鋁合金)制的擠壓型材，其擠壓方向(即長度方向)向著車體的長度方向。中空型材的寬度方向與車體的寬度方向平列并焊接成一體。在車體90的端部設置用于固定前頭部100的座40。車體90的前端部的空間80是駕駛室，在臺框30的上面的地板上設置駕駛員的座席85。
前頭部100由于固定在車體上的框110、多個柱120，130、多個橫梁140、緩沖裝置200、防上升構件250等構成。框110由四邊構成、其上部是U字形。框110用螺釘裝卸自由地固定在車體90的座40上。柱120連接框110的上端和緩沖裝置200的前端側。柱120從車體的前方看處在中央側。柱120處在連結器70的兩側。柱130與框110的上部和緩沖裝置200的側面連接。柱130處于緩沖裝置200的長度方向的中央部，與車體的兩側面連接。由于柱120與障礙物發生沖撞的可能性大，所以做得比柱130大而結實。橫梁140在框110的高度的中間位置，并與框110、柱130、框110連接。這些連接部分均焊接著。由框110、柱120，130、橫梁140構成的區域用板或玻璃(均未圖示)圓滑覆蓋。
緩沖裝置200的后端與框110的下邊平接并與之焊接。緩沖裝置200分上下兩層。下部緩沖裝置200焊接在平行設置在框110的下方的座115上。該座115與框110的下邊焊接。
側構體10、屋頂構體20和臺框30是將多個輕合金(如鋁合金)制的中空擠壓型材接合而構成的。特別是臺框30構成得很堅固。座40的下邊與座115的形狀相同。座40的背面和臺框30的下面用多個撐板45堅固地連接。
上部緩沖裝置200通過框110的下邊與臺框30的座40相對，下部緩沖裝置200通過座115與臺框30的座40的下部相對。
上下緩沖裝置200，200的前端焊接到防上升構件250上。防上升構件250的前端有凹凸，使沖撞的障礙物不向上方移動。在防上升構件250的前端與緩沖裝置200，200之間有橡膠制的緩沖部。
緩沖裝置200是上下兩層，并且從車輛的前方看時左右分開著。即緩沖裝置分成為4部分。下層緩沖裝置200，200之間(車輛的中央部)的空間是用于通過車輛連結器70的空間。在上層緩沖裝置200，200之間也有空間，在該空間的上部設置成為機器的地板的板150。板150固定于上層緩沖裝置200、200上。板150承載在固定于上層緩沖裝置200，200上的支座151上。支座151沿車體的長度方向以一定的間隔有多個。板150可以覆蓋緩沖裝置200，200的全面。
再有，也可以在上層緩沖裝置200，200之間設置緩沖裝置，使左右緩沖裝置200，200成為一體。這時就沒有板150和支座151了。另外在追加的緩沖裝置200，200的前端設置防上升構件250。
緩沖裝置200由輕合金(如鋁合金)制的中空擠壓型材210構成。中空型材210的擠壓方向朝向著車輛的行走方向(長度方向)。中空部沿著長度方向。沿車輛的寬度方向配置多個中空型材210，210。中空型材210的寬度方向的端部相互接合。各緩沖裝置200由2個中空型材構成。
中空型材210由2塊面板211，212、連接兩者并相對面板211、212傾斜的連接板213及在寬度方向的端部上與面板211，212垂直的連接板215構成。面板211，212和連接板213構成桁架。在2個中空型材的接合部上只在一方中空型材上有連接板215。
該中空型材210相互由摩擦攪拌接合法進行接合。接合方向沿長度方向。從面板211(212)與連接板215的連接部向端部側凸出片216。連接板215的端部側比面板211，212的外面凹進一些。凸出片216位于該凹進的位置上。另一方的中空型材210的面板211，212與該凹部重合。兩個中空型材的面板211，212對接在一起。具有連接板215的中空型材的面板211，212的端面(至凹部的面)實際上處于連接板215的板厚的中心的延長線上。在對接的中空型材的面板211，212的端部的外側有向中空型材的厚度方向凸出的凸出部217。凸出部217相互也對接。
下面說明摩擦攪拌接合法。一對中空型材210，210通過下方的凸部217，217承載在架臺300上。對接部用電弧焊沿長度方向進行臨時固定焊接。在該狀態下用回轉工具310摩擦攪拌結合上方的對接部。使回轉工具310的大徑部的下端位于面板211(212)的外面和凸出部217，217的頂部之間，殘余的凸部根據需要切除。摩擦攪拌結合上方之后，翻轉該中空型材210，210進行同樣地摩擦攪拌結合。也可以沒有凸部217。
中空型材210例如是臺框30上使用的中空型材。使用一個或多個中空型材使之成為緩沖裝置200所需要的寬度(車體的寬度方向)。根據需要的寬度切斷中空型材。由于希望緩沖裝置200的寬度方向是平的，所以可以使用臺框30的中空型材，但不使用臺框30的側梁。由于側構體10也有直線狀的中空型材，所以可以利用。由于沿用中空型材，所以可以降低價格。
緩沖裝置200的中空型材210比臺框30、側構體10、屋頂構體20的中空型材柔軟，在沖撞時容易變形，可以吸收沖擊能量。中空型材120通過退火變得柔軟。中空型材210通過退火處理臺框30用的中空型材而變得柔軟。
該退火例如是0材處理。一般化說來，擠壓型材在擠壓加工之后都要進行各種熱處理。擠壓型材的材質是A6N01時進行T5的人工時效硬化處理。上述O材退火是在其后進行的，0材退火處理是380℃×2小時，屈服點是36.8MPa。T5時屈服點是245MPa。上述0材退火的目的在于使中空型材的材料柔軟。中空型材210的伸縮性比一般中空材料大，中空型材210的屈服點比一般中空型材低。為了具有一定的強度和必要的柔軟度，也可以選擇0材以外的退火處理。另外，也要選擇中空型材的壁厚。
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形狀的缺口，再焊接兩者。上下中空形材210，210的寬度方向的端部用多個構件250焊接起來。
在朝向著中空型材210的防上升構件250的面上有多個管子256，插入中空型材210的多個中空部。管子256的外徑與三角形的中空部的內接圓大致相同。管子256相對三角形的中空部每隔一個插入一個。管子256在插入設置在防上升構件250的座253上的孔內的狀態下焊接在253上。在框110和座115上也有管子256插入中空型材210的中空部內。
前頭部100的上半部分有窗戶等，在下部的前端側的空間內設置駕駛用的設備。構成前頭部100的側面的板的下端覆蓋上下緩沖裝置200，200的側面。
在臺框30的車體寬度方向的兩端上有側梁(圖未示)。側梁是大而堅固的中空型材。在前頭部100上沒有側梁大小的中空型材。在前頭部100上也沒有與臺框30的側梁的中空型材的強度相當的構件。在臺框30的下面設置用于連結連結器70的構件(圖未示)。在前頭部100上不設置該構件。該構件分別沿車體的長度方向和寬度方向布置。該構件和上述側梁的中空型材對于車體的長度方向的壓縮荷重來說是堅固的，另外還設置了支持連結連結器70的構件。
當車輛與障礙物沖擊時，產生沖擊負荷。當連結器70受到沖撞時，因沖擊而脫落。使緩沖裝置200發揮緩沖作用。防止爬升構件250與障礙物沖撞時，沖擊作用到緩沖裝置200，200的中空型材210上。
由于中空型材210柔軟，沖擊時比臺框30的中空型材先變形，緩和了沖擊。因此保證了乘客的安全。由于沖擊，中空型材210的長度減少到原來的1/2～1/3，這時設置在中空型材210上方的設備凸入駕駛室80但傷害不到駕駛員，因為考慮了設備的設置位置和大小。另外在框110、上層緩沖裝置200，200及板150上設置了分開設備和駕駛室的隔壁，以便保證駕駛員的安全，隔壁可以由上述設備的箱體構成，也可以把隔壁設置在座40和臺框30上。另外，考慮到設備向駕駛室凸入，在非凸入區內設置駕駛員的座席85，在凸入的設備和座席85之間設置充足的空間。
在此，對中空型材120的沖擊力緩和特性進行敘述。當其承受壓縮荷重時，表現出圖10所示的荷重—變形曲線那樣的變化。根據材料的特性，如圖11所示，考慮了拉伸強度和屈服點等高的伸縮性小的(脆性的)材料i、強度低的伸縮性好的(粘性的)材料iii，以及表現出在上述材料i，iii中間的特性的材料ii。用圖10的X(X1，X2)曲線表示的材料(相當于圖11的強度特性i的材料)耐負荷大，但當超過最大負荷之后，耐負荷性急劇下降。而強度低伸縮性大的材料(相當于圖11的強度特性iii的材料)，如圖10的Y曲線所示那樣，最大耐負荷低，但其后的耐負荷不急劇下降。
以Y曲線為例，其斜線部的范圍表示該材料的破壞能量，比較X和Y曲線，根據最大耐負荷之后的變形情況，可知，此處的強度低、伸縮性良好的材料(Y曲線的材料)破壞能量。選擇具有強度特性Y的材料做緩沖構件B是很重要的，通過0材處理擠壓型材可以容易得到Y曲線的材料。
在X曲線的情況下，由于材料的強度高，伸縮性小，伸縮性不能追隨構件斷面內的應力的失衡，產生了局部破壞，使耐負荷急劇下降。另一方面，在Y曲線的情況下，構件的最大耐負荷比X曲線低，由于材料的伸縮性大，針對斷面內的應力的偏差可以進行局部的塑性變形(伸縮性可以追隨應力的變化)，作為整體耐負荷不會急劇下降，可以維持某種程度的耐負荷同時進行大的變形。
由此，中空型材進行折皺狀的變形，緩和了加在車體上的沖擊。用中空型材構成的構件與一般的薄板構造相比，其面內抗彎曲剛性和面外抗彎曲剛性高，而且由于是2塊面板和斜板構成的復合構造，所以具有對壓縮負荷的破壞能量吸收特性高的(單位面積的)效果。
多個中空材210，210相互之間沿加上沖擊的車體的長度方向由摩擦攪拌接合工藝進行接合。該接合是電弧焊時，焊接部斷裂，難以進行折皺狀變形，能量吸收特性下降。這可以理解為電弧焊接部的抗沖擊值與母材的抗沖擊值相比大大降低。然而，摩擦攪拌接合部的抗沖擊值比電弧焊的焊接部的高，接合部不斷裂。這被認為是由于摩擦攪拌結合使接合部的金屬組織變得細微，能量吸收值變高所致。由此，在摩擦攪拌接合的情況下，各個中空型材按規定變形，可以吸收沖擊能量。
另外，緩沖裝置200有上下兩層，所以利用已有中空型材就可以吸收所需要的沖擊能量。
把上下中空型材切成柱120，130形狀的缺口，再焊接兩者。由此可以有效地把沖擊從與障礙物沖撞的柱120，130傳遞到中空型材210，210上。
防上升構件250通過管子256與中空型材210重疊，所以當與障礙物傾斜沖撞時，防上升構件250也可以把沖擊傳遞到中空型材210上。
在上述實施例中，從中空型材的兩面進行摩擦攪拌接合，但也可以像上述專利第301465號(EP0797043A2)的圖9所示那樣，從中空型材的一面接合另一方的面板之間，再將上述一方的面板之間通過連接件進行接合。
下面對前頭車A的后端和中間車B的端部的緩沖裝置400進行說明。緩沖裝置400與緩沖裝置200的構成一樣，在左右緩沖裝置200，200(400，400)之間和左右緩沖裝置200，200(400，400)的上面有板150和支座215，成為乘客的通路地板。在緩沖裝置400的前端設置防上升構件250。在左右緩沖裝置400，400之間也設置緩沖裝置400時，在該緩沖裝置的前端設置防上升構件250。
這些緩沖裝置400和座215的上方為出入口510用的空間，或者緩沖裝置400的上方為配電盤用的空間，或者做成沒有乘客做席的區域。由此可以在沖撞時盡可能地減少對乘客的影響。
有緩沖裝置400的端部500與前頭部100一樣，用螺栓裝卸自由地連接到車體90上。端部500的前端不是圓弧凸型而是垂直的。
緩沖裝置400的數量往往比前頭部的緩沖裝置的數量少，即根據緩沖裝置的設置場所和需要吸收的能量來確定緩沖裝置的數量。例如使緩沖裝置400只有上層。另外，也根據設置場所改變緩沖裝置的由中空型材210的強度構件構成的斷面積(由面板211，212和連接板213，215的斷面積構成的面積)。與前頭部100的緩沖裝置200相比，中央的中間車的緩沖裝置的數量和斷面積都少了。上面說明了前頭車和中間車的緩沖裝置的關系，與端部的中間車緩沖裝置500相比，中央的中間車的緩沖裝置500的數量和斷面積更少。
與上述前頭部100一樣，在端部500上沒有用于連結連結器70的構件。沖撞時連結器脫落。使緩沖裝置400發揮緩沖作用。另外，在端部500上也沒有相當于臺框30的側梁的中空型材的強度構件。另外，構成端部500的外側面的板的下端覆蓋緩沖裝置400的側面。但是，在端部500上加上了出入口510等的負荷，在該部分上有把該負荷重支持在地板上的構件，該構件在緩沖裝置400壓癟時變形，出入口510等乘客的地板由緩沖裝置400支持。
另外，也可以在端部上加上柔軟的側梁，這可以通過退火和設置適當的孔來實現。前頭部100和端部500與車體90是分離的，也可以設置成一體。另外，在中空型材210上以一定間隔設有孔或選定板厚就可以使其柔軟。另外，緩沖裝置有時也可以用原有的一般的構成。
本發明的技術范圍不局限于權利要求書中的各項權利要求所就的文字或記載于說明書中技術方案中的文字，也涉及內行人員與它們容易置換的范圍。
有益技術效果根據本發明，可以提供吸收沖撞能量的安全的軌道車輛。
權利要求
1.一種軌道車輛，其特征在于，構成車體端部的地板的構件成為緩沖裝置，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體寬度方向具有多個中空部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向著車體的長度方向，上述中空型材面對上述車體的臺框，上述緩沖裝置有上下兩層。
2.如權利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，上述上下2層的緩沖裝置的前端連結到一個構件上。
3.如權利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，上述下層的緩沖裝置分割為左右兩部分，在上述左右緩沖裝置之間有連結車輛的連結器。
4.如權利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，前頭車的前頭部的上述緩沖裝置位于駕駛室的座席的前方。
5.如權利要求4所述的軌道車輛，其特征在于，在上述緩沖裝置的上方設置駕駛用設備。
6.如權利要求4所述的軌道車輛，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頭部的屋頂的柱子上。
7.如權利要求6所述的軌道車輛，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間內。
8.一種軌道車輛，其特征在于，構成前頭車的前頭部的地板的構件成為緩沖裝置，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體的寬度方向有多個中空部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向車體的長度方向，上述中空型材與上述車體的臺框相對，上述前頭部的上述緩沖裝置位于駕駛室的座席的前方。
9.如權利要求8所述的軌道車輛，其特征在于，在上述緩沖裝置的上方設置駕駛用設備。
10.一種軌道車輛，其特征在于，構成車體端部的地板的構件成為緩沖裝置，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體的寬度方向有多個中空部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向車體的長度方向，上述中空型材與上述車體的臺框相對，在上述臺框的側梁的延長線上的上述端部上沒有上述側梁大小的中空型材。
11.如權利要求10所述的軌道車輛，其特征在于，在上述端部用構成車體寬度方向的側面的板覆蓋上述緩沖裝置的側面。
12.一種軌道車輛，其特征在于，構成車體端部的地板的構件成為緩沖裝置，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體方向有多個中空部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向車體的長度方向，上述中空型材與上述車體的臺框相對，連結車輛彼此之間的連結器所用的構件只設置在臺框的下面。
13.一種軌道車輛，該軌道車輛由連結多個車體的編組車輛構成，其特征在于，構成上述各個車體的端部的地板的構件成為緩沖裝置，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體的寬度方向有多個中空部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向車體的長度方向，上述中空型材與上述車體的臺框相對，上述編組車輛的端部側的車輛的上述緩沖裝置的數量比中央部側的車輛的上述緩沖裝置的數量多。
14.一種編組車輛，該編組車輛由連結多個車體的編組車輛構成，其特征在于，支持上述各個車體端部的地板的構件成為緩沖裝置，構成上述編組車輛的端部側的車輛的上述緩沖裝置的構件的縱斷面積比構成中央部側的車輛的上述緩沖裝置的構件的縱斷面積大。
15.如權利要求14所述的編組車輛，其特征在于，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體的寬度方向有多個中部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向車體的長度方向，上述中空型材與上述車體的臺框面對。
16.一種軌道車輛，該軌道車輛由連結多個車體的編組車輛構成，其特征在于，支持上述各個車體的端部的地板的構件成為緩沖裝置，在上述緩沖裝置的上方有出入口。
17.如權利要求16所述的編組車輛，其特征在于，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體寬度方向有多個中空部，上述中空擠壓型材的擠壓方向朝向車體的長度方向，上述中空型材與車體的臺框相對。
18.一種軌道車輛，該軌道車輛由連結多個車體的編組車輛構成，其特征在于，支持上述各個車體端部的地板的構件成為緩沖裝置，在上述緩沖裝置的上方有控制盤。
19.如權利要求18所述的軌道車輛，其特征在于，構成車輛端部的地板的構件成為緩沖裝置，上述緩沖裝置由具有多個中空部的擠壓型材構成，上述中空擠壓型材沿車體的寬度方向有多個中空部，上述中空型材與上述車體的臺框相對。
全文摘要
本發明提供一種可以吸收沖擊能量的安全的軌道車輛。在車體的前端設置前頭部100。其地板由構成緩沖裝置200的中空型材210構成。緩沖裝置200由上下緩沖裝置200，200構成。中空型材210使用退火處理過的中空型材。中空型材210把其長度方向作為車體的長度方向，使多個中空型材210在寬度方向并列，由摩擦攪拌接合。當加上沖擊負荷時，中空型材210進行折皺狀變形，吸收沖擊力。這時摩擦攪拌接合部也加上了沖擊力，由于是摩擦攪拌接合，所以不發生龜裂，不阻礙中空型材210進行折皺狀變形。
文檔編號B61F19/04GK1410306SQ0210323
公開日2003年4月16日 申請日期2002年1月30日 優先權日2001年9月25日
發明者山口剛, 大場英資, 奧野澄生, 山本隆久 申請人:株式會社日立制作所