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駛的車輛的車體，適合于由輕合金制的中空型材構成的鐵道車輛。
技術背景在軌道車輛中，要求在沖撞發生時緩和加到乘客身上的沖擊力。如日本特開平11-301476號公報和日本特開平6-211133號公報所述的那樣，在串聯連結多個車體而成的編組車輛中，在先頭車體的先頭部的底架上設置易損壞的沖擊緩和機構，吸收沖擊，緩和向乘客的沖擊。
如日本實公昭57-56929號公報所述的那樣，在車體的底架的端部有連結相鄰車體的連結器，因此，在底架的端部的下面設置加強構件來加固結構。
如日本特開平2-246863號公報所述的那樣，車體由輕合金性的中空型材構成，使中空型材的擠壓方向向著車體的長度方向。
由于鐵道車輛由多個車體連結而成，(稱為編組車輛)，所以沖撞時必須考慮編組車輛內的車體和車體之間的沖撞，作為車輛的地板的底架要制作得很堅固。
因此，因先頭車沖撞使編組車輛內的車體之間進行沖撞，即底架之間進行沖撞，但是，由于底架堅固不會毀壞，所以不能緩和沖擊。
另外，不僅在編組車輛的先頭部要裝上沖擊緩和機構，而且在各車體上也希望裝上沖擊緩和機構，安裝沖擊緩和機構的位置是各車體的端部，這樣，產生了下面的問題(1)設置沖擊緩和機構的車體的端部的長度短了，在車體內部和地板下的空間部狹窄而受限制的構造中，不能設置沖擊緩和機構。
(2)使許多中空型材向著車體的長度方向，當只用該中空型材構成底架時，由于中空型材的面內剛性和面外抗彎剛性高，在強度上是有利的構造，但在緩和沖擊力方面是不利的構造。
(3)車體的端部是堅固的，在該部分上裝入沖擊緩和機構是困難的。
可以達到上述目的的第1技術方案是，在底架中，車輛的長度方向的兩端的材料用比上述長度方向的中央側的材料柔軟的材料構成。
第2技術方案是，在連結多個車體的編組車輛中，在作為各上述車體的兩端的構成客室部分的一部分上設置由于與相鄰車輛沖撞而使上述車體的長度方向上的長度變短的部分。
圖1是本發明的一實施例的鐵道車輛的車體的端部的斜視圖。
圖2是圖1的車體的端部的底架的俯視圖。
圖3是圖1的III-III剖面圖。
圖4是本發明的一實施例的中空型材的制作方法的說明圖。
圖5是底架的全體構造的俯視圖。
圖6是圖1的底架的端部的立體圖。
圖7是圖6的VII-VII的剖面圖。
圖8是圖2的VIII-VIII剖面圖。
圖9是圖2的IX-IX剖面圖。
圖10是本發明的另一個實施例的中空型材的制作方法。
圖11是材料的沖撞能量的說明圖。
圖12是材料的應力-應變曲線圖。
具體實施方式
根據圖1～圖9說明本發明的一實施例。在圖2中沒有表示出中空型材40，但是設想為有中空型材40，并用虛線表示該中空型材40下方的構件35、36、38。
車體由構成側面的側構體10、屋頂構體20、構成地板的底架30等構成。側構體10、屋頂構體20、底架30分別由多個中空型材接合構成。中空型材是輕合金制的擠壓型材，使其擠壓方向(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四周方向平行，并焊接成一體。W是窗戶。該車體由2個臺車支持，一個車體和鄰近的車體用連接器連結。
底架30由地板部分、其兩側的側梁31、結合連結器的連結構件構成。地板部分由擠壓方向向著車體的長度方向的多個中空型材40構成。在寬度方向的兩側有中空型材的側梁31。側梁31大而堅固，其板厚較厚。
另外，底架30在長度方向的兩端的下面有用于結合連結車體相互間的連結器的連結構件。連結構件由向著車體的寬度方向的枕梁35、從枕梁35開始設置在車體的端部的2個中梁36、36、設置在中梁36的端部的端梁39構成。2個中梁36、36用構件38連結。中梁36設在車體的寬度方向的中央附近。2個中梁36，36之間配置連結兩個車體相互間的連結器。由于連結器設置在比構件38更端部側，所以該部分的中梁36、36的高度變大。這些構件相互之間由焊接來接合。枕梁35的兩端焊接到側梁31，31上。端梁39焊接到多個中空型材40的端部。端梁39的兩端焊接到側梁31的側面上。
構成車體的一對側構體10、屋頂構體20、底架30的長度方向的兩端部的中空型材(圖1，圖2的斜線部分)B與車體中央部的中空型材A在機械性質上不同，中空型材B的材料比中空型材A的材料柔軟，在沖撞時易被壓潰，成為沖擊緩和機構。中空型材A，B的斷面形狀是相同的。上述兩端即設置中空型材B的部分構成車體的客室(衛生間、洗臉間、包含乘務員室)。
車體的端部即配置中空型材B的范圍的中梁36和側梁31，與中空型材B一樣在沖擊力作用下容易被壓潰。在該范圍B的中梁36的上面和側面的板上開有長孔36b。中梁36的斷面是槽狀，在其下面沒有板。在上述范圍B的側梁31上，在除了向著車外側的面板而外的面板(向著車內側的面板)上開著長孔31b、31c、31d、31e、31f。在車體外側不設置長孔是為了防止外觀變差，在向車外露出的長孔31e、31f上焊接薄板(圖未示)來封閉長孔。這是為了防止水浸入側梁31內。
構成車體的側構體10、屋頂構體20、底架30的各自的中空型材由長度方向的兩端部的中空型材B，B和其它部分的(中央部)的中空型材構成。中空型材B的長度例如是100mm～500mm。中空型材B比中空型材A柔軟。中空型材B是經退火而變柔軟的。
該退火例如是0材處理(Temper of annealed metal(鋁的退火))。一般說來，擠壓型材是在擠壓加工之后進行各種熱處理的。擠壓型材的材質是A6N01時進行T5的人工時效硬化處理。上述0材的退火在其后進行。對0材的退火處理是在380℃的溫度下處理2小時，耐力是36.8Mpa。T5的耐力是245Mpa。上述0材的退火處理的目的在于使中空型材的材料變柔軟。中空型材B的延伸性比中空型材A大。中空型材B的屈服強度比中空型材A小，為了強度和必要的柔軟性也可以選擇0材以外的退火處理。
作為該熱處理，考慮了兩種情況，一是如圖4所示那樣，在切成中空型材B的長度的狀態下實施熱處理，一是在長的中空型材的狀態下實施熱處理。在長的中空型材的情況下，在上述熱處理之后切斷成所用的長度(B，B)。
這樣加工的中空型材A和中空型材B，B分別由焊接W1接合，構成相當于車體全長的中空型材40。把這樣制作的中空型材如圖5所示在寬度方向(車體周向)并列配置，用通常同樣的方法由焊接W2接合，制作底架30、側構體10、屋頂體20。對于底架30來說，就是焊接側梁31、31和中梁36等連結構件。圖1的中空型材40的數目和圖5的中空型材40的數目不同，是因為圖1簡單，所以中空型材40的數目少。
由圖6，圖7說明該中空型材A和中空型材B，B的焊接構造。中空型材40(A，B)如眾所周知的那樣，由二塊面板41，42和連接該面板41，42的連接板43構成。連接板43傾斜著，斜板43，43配置成桁架結構。接合中空型材40和中空型材40的部分，有時接合2個面板41，42的板不傾斜的而是與面板41，42垂直。
中空型材A，B的端部為可以互相嵌入的構造。中空型材A的長度方向的端部由切削去除面板41，42，使多個斜板43突出出來。另一方的中空型材B去除端部的多個斜板43。中空型材A的端部的斜板43可以插入中空型材B的2塊面板41，42之間。在這樣的嵌合狀態下，從外方焊接面板41，41(42，42)，由于嵌合后再進行焊接，所以可以抑制在結合部產生臺階和彎曲，可以容易地進行焊接。
下面根據圖10說明另一種制作方法。在車體全長的中空型材中，不對中空型材進行分離加工。只對長的中空型材兩端部的所用的長度部分B3，B3進行長尺寸下的熱處理(退火)。作為該熱處理的方法，可以考慮在加熱爐中進行部分熱處理和如高頻淬火那樣地局部加熱使中空型材具有所需的特性。這樣，在構成車體全長的中空型材之后，把多根中空型材接合起來制作底架。
當車輛與障礙物沖撞時，連接車體和車體的連接器在沖擊下脫落。因此，一方車體的端部與鄰接車體的端部沖撞。首先，一方車體的端部的端梁39與鄰近的車體的端梁39發生沖撞。因此，沖擊作用在多根中空型材40、側梁31、中梁36上。另外在側構體10、屋頂構體20的端部上也受到沖擊力的作用。
由于在車體的端部有比中央部的中空型材A柔軟的中空型材B(B3)，所以受到沖擊時，底架30的中空型材B比中空型材A的一般部分先變形而緩和沖擊。中空型材B范圍的中梁36、側梁31因有長孔更容易變形，因此同樣進行變形，而允許底架30的中空型材B變形。另外，側構體10，10、屋頂構體20也與底架30一樣因端部由柔軟的中空型材B構成而容易變形。
柔軟的中空型材B處于車體的端部，該位置在中梁36的高度大的部分(連結器用的構件38的附近部分)和端梁39之間。這是因為考慮到對車體內部的乘務員和乘客的影響。在車體的端部有廁所和其他機器，即使沒有這些機器，由于端部的比例小，對乘客的影響也不大。另外按照上述劃分的范圍，即使通常作用著作用在車端的壓縮負荷，通常該范圍分擔的負荷很少，對車體的強度幾乎沒有影響。中空型材B的長度是100mm～500mm左右，處于上述范圍內。
在此，敘述一下中空型材B的沖擊力緩和特性。通常當壓縮負荷作用到用于鐵道車輛上的材料上時，表現出圖11所示的負荷一變形的動態。根據材料的特性，如圖12所示，考慮了三種材料，1是拉伸強度和屈服強度等強度高、延伸性小的(脆的)材料I，2是強度低但延伸性好的(粘的)材料III，3是表現出上述材料I，III的中間特性的材料II。圖11的X(X1、X2)曲線所表示的材料(相當于圖12的強度特性I的材料)其承載能力大，但超過最大負荷之后，承載能力急劇下降，另一方面，強度低、延伸性大的材料(相當于圖12的強度特性III的材料)如Y曲線所表示的那樣，最大承載能力變低，但超過它之后的承載能力不急劇下降。
以Y曲線為例的斜線部范圍表示該材料的破壞能量。當比較X和Y曲線時，根據最大承載后的變形動態，具有較低強度、伸縮性好的材料(這種情況下是Y曲線的材料)可以理解為破壞能量高。選擇具有Y這樣的強度特性的材料作為緩沖構件B很重要，通過例如0材處理擠壓型材可以很容易地得到Y曲線的材料。
在X曲線情況下，由于材料的強度高，延伸性小，在構件的斷面內，延伸變化不能追隨應力的失衡，產生部分的破壞，使承載能力急劇下降。而在Y曲線情況下，構件的最大承載比X曲線的情況低，由于材料的延伸性大，相對于斷面內的應力的變動可以進行部分的塑性變形(延伸性可以進行追隨)，作為整體與急劇的承載的降低無關，既能維持某種程度的承載又可以進行大的變形。
因此，當沖擊加到車體的端部時，中空型材B比中空型材的一般部分A先變形、崩壞，從而緩和了加到車體上的沖擊。再有，由于由中空型材構成的構件B與一般的薄板構造相比，其面內抗彎剛性和面外抗彎剛性高，而且由于是由2塊面板和一個斜板構成的復合構造，所以對于壓縮負荷來說，具有所謂破壞能量的吸收特性高的效果。
中空型材B的位置雖是客室，但是車體的端部，對乘客的影響小。
也可以通過上述中空型材B那樣的熱處理使中梁36、側梁31的端部變得柔軟。也可以用一個構件把端部和中央部焊接成一個整體。在中空型材的情況下，可以進行上述那樣的嵌合。
在上述實施例中用中空型材構成構體，也可以用適宜的薄板和骨架構成。
本發明的技術范圍，不限于權利要求各項所述的內容或者技術方案各項所述的內容，也涉及同行者由此容易置換的范圍。
本發明，至少在底架中，由于構成車輛長度方向的兩端的構件是用比底架的長度方向的中央側的構件的材料柔軟的材料構成，所以在車體的內部和地板下不追加特別的構件就可以緩和沖擊，因此，幾乎不改變車體的構造就可以提供即使在突然的列車沖撞時也能把對乘客和乘務員的沖擊力緩和到最小限度的安全性高的車輛。
權利要求
1.一種軌道車輛，該軌道車輛由底架、側構體和屋頂構體構成，其特征在于，在上述底架中，車輛長度方向的兩端的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
2.如權利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，在構成上述底架的構件中，上述兩端范圍的材料比上述中央側的材料柔軟。
3.如權利要求2所述的軌道車輛，其特征在于，在構成上述底架的上述地板部分的構件和其寬度方向的兩側的側梁中，上述兩端范圍的各個材料比上述中央側的各個材料柔軟。
4.如權利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，在沿上述長度方向設置的用于接合連結器而設置在上述底架下面的中梁中，上述兩端范圍的材料比上述中央側的材料柔軟。
5.如權利要求1所述的軌道車輛，其特征在于，在上述側構體和上述屋頂構體中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
6.一種軌道車輛，該軌道車輛由底架、側構體和屋頂構體構成，上述底架由多根中空型材構成，上述中空型材的擠壓方向朝向著車輛的長度方向，沿著車輛的四周方向并列排放該多根中空型材，相互接合該中空型材構成軌道車輛，其特征在于，在上述多根中空型材中，車輛的長度方向的兩端的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
7.如權利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的中空型材和作為上述中央側的上述材料的上述中空型材是兩種不同的構件，兩者被結合。
8.如權利要求7所述的軌道車輛，其特征在于，上述兩端的多根中空型材和上述中央側的多根中空型的一方的中空型材的2塊面板與另一方的中空型材的2塊面板對接，焊接該對接部；在上述一方的中空型材中，接合上述2塊面板的連接件的上述長度方向的端部比上述2塊面板的端部凸出，在上述另一方的中空型材中，上述2塊面板的連接件的上述長度方向的端部比接合該2塊面板的連接件的端部凸出，上述一方的上述連接件位于上述另一方的中空型材的2塊面板之間。
9.如權利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的上述中空型材和作為上述中央側的上述材料的上述中空型材是一個中空型材。
10.如權利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，在上述底架的兩側的側梁中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
11.如權利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，在沿上述長度方向設置在上述底架的下面用于接合連結器的中梁中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
12.如權利要求6所述的軌道車輛，其特征在于，上述側構體和上述屋頂構體由多個第2中空型材構成，上述多個第2中空型材的擠壓方向朝向著車輛的長度方向，沿著車輛的四周方向并列該多個第2中空型材并使該第2中空型材相互接合，在上述多個第2中空型材中，上述兩端范圍的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
13.如權利要求12所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的上述第2中空型材和作為上述中央側的上述材料的上述第2中空型材是不同的構件，兩者焊接著。
14.如權利要求13所述的軌道車輛，其特征在于，上述兩端的多個上述第2中空型材和上述中央側的多個上述第2中空型材的一方的中空型材的2塊面板與另一方的中空型材的2塊面板對接，并焊接該對接部，在上述一方的中空型材中，接合上述2塊面板的連接件的上述長度方向的端部比上述2塊面板的端部凸出，在上述另一方的中空型材中，上述2塊面板的上述長度方向的端部比接合該2塊面板的連接件的端部凸出，上述一方的上述連接件位于上述另一方的中空型材的2塊面板之間。
15.如權利要求12所述的軌道車輛，其特征在于，作為上述兩端的上述材料的上述第2中空型材和作為上述中央側的上述材料的上述第2中空型材是一個中空型材。
16.一種編組車輛，該編組車輛由多個車體連接而成，其特征在于，在作為各個上述車體的兩端的構成客室的部分的一部分上，在上述車體的長度方向上設置由于與相鄰的車輛進行沖撞而使長度縮短的部分。
17.如權利要求16所述的編組車輛，其特征在于，上述的一部分是上述各個車體的底架，該底架的上述兩端的材料比上述長度方向的中央側的材料柔軟。
全文摘要
本發明的目的在于,得到在用中空擠壓型材構成的車體中,在車體的內部和地板下等不追加特別構件的,在不大幅度地超過該構造的大小的范圍內,在內部保有緩沖構造部的鐵道車輛的車體。在由中空型材40構成的鐵道車輛的車體中,在受沖撞負荷的可能性高的底架30的端部的中空型材40上設置具有緩沖能力的中空型材51。中空型材40把其長度方向作為車體的長度方向。當作用沖擊負荷時,在中空型材51的部分上變形、崩壞而緩和沖擊力。由于只加工中空型材的一部分,幾乎不改變現有的車體構造,所以列車沖撞時,把對乘客的沖擊緩和到最小程度,可以提高安全性。
文檔編號B61F1/10GK1382605SQ02106448
公開日2002年12月4日 申請日期2002年2月28日 優先權日2001年4月25日
發明者奧野澄生, 山地和文, 正井健太郎 申請人:株式會社日立制作所