鐵道車輛的制作方法

本發明涉及鐵道車輛，特別是涉及一種具備具有底板（floorpan）的地板結構的鐵道車輛。

背景技術：

鐵道車輛結構體具有底架、設置于底架的車寬方向兩側的一對側構體、設置于各個側構體上的車頂構體、和設置于車輛長度方向兩端的端構體。底架具有車輛長度方向上延伸的一對側梁、和車寬方向上延伸且連接于一對側梁的多個橫梁。在由一對側梁和相鄰的一對橫梁包圍的區域內設置有底板（也稱為副底板），在底板的上方設置有地板。在底板和地板之間例如設置有如專利文獻1公開的絕熱材料。

現有技術文獻：

專利文獻：

專利文獻1：日本特開2012-101639號公報。

技術實現要素：

發明要解決的問題：

對于鐵道車輛結構體，例如要求結構性強度達到能承受從車端朝車輛長度方向受到的壓縮載荷、以及在行駛過程中或者在維修中頂起（jackup）時或者被起重機起吊等時所受到的扭轉載荷等。因此，存在通過加大側梁以及橫梁的厚度或者增加底架的加固構件來提高結構體的強度的情況，但是如此一來可能使鐵道車輛的重量增大。

因此本發明的目的是能夠抑制重量的增大的同時用簡單的結構提高鐵道車輛結構體的結構性強度。

解決問題的手段：

為了解決上述問題，本發明的一種形態的鐵道車輛具備：底架，所述底架具有一對側梁、和與所述一對側梁連接且在車輛長度方向上隔著間隔配置的多個橫梁；和底板，所述底板配置于由所述一對側梁以及所述多個橫梁中相鄰的一對橫梁包圍的區域，并且固定于所述底架；所述底板構成為承受從所述底架受到的壓縮載荷以及剪切載荷中至少任意一種的強度構件。

根據上述結構，底板配置于由一對側梁以及所述多個橫梁中相鄰的一對橫梁包圍的區域，并且固定于底架，該底板被構成為承受從底架受到的壓縮載荷以及剪切載荷中的至少任意一種的強度構件。像這樣，底板被用作強度構件，以此能夠通過簡單的結構對鐵道車輛結構體進行加固，從而能夠改善其結構性強度。另外，無需為了提高鐵道車輛結構體的強度而增大側梁以及橫梁的厚度或者增加用于加固底架的加固構件，就能夠在加固鐵道車輛的同時抑制鐵道車輛重量的增大。

發明效果：

通過如上所述的本發明的一種形態，能夠抑制重量的增大的同時用簡單的結構提高鐵道車輛結構體的結構性強度。

附圖說明

圖1是根據實施形態的鐵道車輛的概略側視圖；

圖2是從鉛垂方向俯視時的底架的俯視圖；

圖3是示出底架的一部分和底板的分解立體圖；

圖4是示出從鉛垂方向俯視時的底架的一部分和底板的俯視圖；

圖5是從車輛長度方向進行觀察的底板的局部剖視圖；

圖6是從車寬方向進行觀察的底板的局部剖視圖；

圖7是從實施修補后的底板的車輛長度方向進行觀察的局部剖視圖；

圖8是從形成有開口的底板的車輛長度方向進行觀察的局部剖視圖。

具體實施方式

以下，參照各個圖說明本發明的實施形態。圖1是根據實施形態的鐵道車輛1的概略側視圖。圖2是從鉛垂方向俯視時的底架3的俯視圖。圖3是示出底架3的一部分和底板15的分解立體圖。圖4是示出從鉛垂方向俯視時的底架3的一部分和底板15的俯視圖。在圖3以及圖4中，為了方便而僅圖示單個底板15。圖5是從車輛長度方向進行觀察的底板15的局部剖視圖。圖6是從車寬方向進行觀察的底板15的局部剖視圖。

如圖1所示，鐵道車輛1具備轉向架2、支持于轉向架2的車身（鐵道車輛結構體）7。車身7具備底架3、側構體4、車頂構體5以及端構體6。在車輛長度方向隔開的位置上配置有一對轉向架2。側構體4配置于底架3的車寬方向兩側，在外板上形成有車門開口4a以及窗戶開口4b。車頂構體5配置于各側構體4的上方，并且與各側構體4連接。端構體6配置于底架3的車輛長度方向兩側。

如圖2以及圖3所示，底架3具有側梁10、端梁11、中梁12、枕梁13、橫梁14以及底板15。側梁10在車輛長度方向上延伸，并且一對所述側梁10在車寬方向上隔著間隔配置。側梁10具有：從車輛長度方向觀察時大致l字形狀的截面的第一板材16；與第一板材16組合，并且具有從車輛長度方向觀察時大致w字形狀的截面的第二板材17；和上表面18a朝底架3的車寬方向內側向水平方向突出，并且與第二板材17連接的第三板材18。第一板材16、第二板材17以及第三板材18分別在車輛長度方向上延伸。第二板材17與第一板材16以與第一板材16之間形成內部空間的形式組合，從而在側梁10中形成中空結構。在第三板材18的上表面18a設置有對側梁10加固且支持后述的地板30的支持構件19。支持構件19在車輛長度方向上延伸，并且具有從車輛長度方向觀察時呈帽子形狀的截面。支持構件19具有：從車輛長度方向觀察時輪廓形狀呈向上凸出的形狀，并且具有平坦的上表面的主體部19b；和從主體部19b的下端相互朝反方向突出且固定于第三板材18的上表面18a的一對凸緣部19a。支持構件19的上方配置有地板30。支持構件19在主體部19b的平坦的上表面從下方支持地板30（參照圖5以及圖6）。

如圖2所示，端梁11在車寬方向上延伸，并且連接于一對側梁10在車輛長度方向上的各端部。枕梁13在車寬方向上延伸，一對所述枕梁13配置于比各端梁11靠近鐵道車輛1的車輛長度方向上的內側，并且連接于一對側梁10。各個枕梁13的下部與轉向架2連接。借助于此，將來自于車身7的載荷傳遞至轉向架2。中梁12在車輛長度方向上延伸，并且配置于端梁11和枕梁13之間，與端梁11和枕梁13連接。

橫梁14是在車寬方向上延伸且連接一對側梁10的構件，并且配置于在車輛長度方向上相鄰的一對枕梁13之間。作為一例，橫梁14具有從車寬方向觀察時呈c字形狀的截面（參照圖6）。橫梁14具有：在水平方向上延伸的上板部14a；與上板部14a隔開并位于下方，且在水平方向上延伸的下板部14c；以及與上板部14a的車輛長度方向的一端和下板部14c的車輛長度方向的一端連接的側板部14b。在鐵道車輛1中，在車輛長度方向上隔著間隔配置有多個橫梁14。借助于此，由一對側梁10以及相鄰的一對橫梁14包圍的區域s1有多個且在車輛長度方向上并列設置。

底板15在車寬方向上延伸且配置于區域s1，并且固定于一對側梁10以及一對橫梁14。作為一例，底板15配置在如下位置的區域s1中，即多個區域s1中，從各枕梁13朝車輛長度方向的內側隔開一個以上的區域s1的位置。也就是說，在離枕梁13最近的區域s1中沒有配置底板15。借助于此，在車輛長度方向上，多個底板15以鐵道車輛1的中央部為中心配置于各區域s1。

底板15具有底壁部15a、側壁部15b以及凸緣部15c且呈浴缸的形狀。與橫梁14上板部14a的上表面14a1以及側梁10第三板材18的上表面18a相比，底壁部15a位于靠近下方的位置。底壁部15a具有俯視時呈矩形的輪廓，并且具有在車寬方向上延伸的長邊和在車輛長度方向上延伸的短邊。另外，底壁部15a具有相互隔著間隔進行配置的多個凸出部15a1、和以多個凸出部15a1分別被包圍的形式連在一起的平坦部15a2。凸出部15a1是朝向鉛垂方向（在這里是鉛垂方向上側）鼓出的鼓出部。

如圖4所示，凸出部15a1具有在車輛長度方向上延伸的基部15a3、和分別形成于基部15a3的長度方向兩端的端部15a4。多個凸出部15a1在車寬方向上相互隔著間隔并列地設置于底壁部15a。從鉛垂方向觀察時，端部15a4的輪廓形狀為向車輛長度方向外側（車輛前后方向）凸出的曲線形狀，具體而言是圓弧形狀。如圖5所示，從車輛長度方向觀察時，凸出部15a1是輪廓形狀為向上方凸出的曲線形狀，具體而言是圓弧形狀。多個凸出部15a1夾著平坦部15a2形成為平緩的波浪形狀。如圖6所示，從車寬方向觀察時，凸出部15a1的輪廓形狀由直線部15a5和一對曲線部15a6構成。直線部15a5與平坦部15a2隔開且在車輛長度方向上延伸。一對曲線部15a6分別以曲線形狀連接于直線部15a5的車輛長度方向的兩端部和平坦部15a2。曲線部15a6在從車寬方向觀察時呈向上凸出的曲線形狀，具體而言是圓弧狀。如上所述，無論從車輛長度方向觀察還是從車寬方向觀察，凸出部15a1都不具有角部。另外，即便從鉛垂方向俯視，凸出部15a1的基部15a3與端部15a4也以平緩的角度連接。因此，能夠避免凸出部15a1上的局部應力集中。

鉛垂方向上的凸出部15a1的鼓出高度h1被設定為比側壁部15b低的高度。在圍繞底壁部15a的四個側壁部15b中，橫梁14側的側壁部15b1低于側梁10側的側壁部15b2。作為一例，凸出部15a1的鼓出高度h1可設定為橫梁14側的側壁部15b1高度h2的10%以上、50%以下的值。像這樣設定鼓出高度h1，以此確保鉛垂方向上地板30與鼓出部15a1的直線部15a5之間的間隔保持一定程度上較寬的間隔，從而抑制從凸出部15a1向地板30的傳熱。

作為一例，凸出部15a1的車寬方向寬度d1可設定為比車寬方向上凸出部15a1之間的間隔d2寬。更具體而言，寬度d1被設定為間隔d2的3倍以上、15倍以下的值。像這樣設定寬度d1，以此能夠防止在承受載荷時平坦部15a2被壓曲。另外，車輛長度方向上的凸出部15a1的長度l1短于車輛長度方向上的底壁部15a的長度l2。作為一例，長度l1可設定為長度l2的70%以上、95%以下的值。像這樣設定長度l1，以此確保凸出部15a1和側壁部15b之間的間隔，從而如后文所述能夠通過壓力加工容易制作底板15。

平坦部15a2形成為圍繞各個凸出部15a1周圍的結構。換言之，在車寬方向上相鄰的凸出部15a1隔著平坦部15a2相互隔開，并且所有的凸出部15a1均隔著平坦部15a2與任意一個側壁部15b隔開。在從鉛垂方向觀察底壁部15a時，作為一例，凸出部15a1的表觀總面積可設定為大于平坦部15a2的表觀總面積。在這里所說的“表觀面積”是指將底壁部15a從鉛垂方向俯視時的投影面積。

側壁部15b圍繞底壁部15a的周緣，并且從底壁部15a的周緣向上方延伸。凸緣部15c與側壁部15b的上端連接。凸緣部15c具有在車寬方向上延伸的長邊部15c1、和在車輛長度方向上延伸的短邊部15c2。長邊部15c1固定于橫梁14的上板部14a的上表面14a1。短邊部15c2固定于支持構件19的凸緣部19a的上表面19a1。借助于此，短邊部15c2配置于比長邊部15c1高的位置。

底板15是將金屬（作為一例，不銹鋼）板材通過壓力加工進行一體成型而成的。底板15的厚度比側梁10的第一板材16、第二板材17以及第三板材18中任意板材的厚度都薄，且比橫梁14的厚度還薄。從底板15的加工性、結構性強度的確保以及重量增加的抑制等觀點考慮時，優選的是底板15的厚度為0.6mm以上、1.2mm以下的值，進一步優選的是0.9mm以上、1.0mm以下的值。

底板15的長邊部15c1的端部15c3位于橫梁14的上板部14a的上表面14a1，并且與相鄰的另一底板15的長邊部15c1的端部15c3隔著間隔相向（參照圖6）。凸緣部15c的長邊部15c1通過點焊接法被固定于橫梁14的上板部14a。另外，凸緣部15c的短邊部15c2通過點焊接法被固定于支持構件19的凸緣部19a。

在底板15和地板30之間以及支持構件19的周圍分別配置有未圖示的絕熱材料。在底板15的下方配置有固定于車身7的未圖示的多個地板下設備（例如，主變壓器以及主變換裝置等高電壓裝置）。

如上所說明，在底板15的底壁部15a形成有在車輛長度方向上延伸且在車寬方向上并列設置的多個凸出部15a1、和圍繞各凸出部15a1的平坦部15a2。因此，底板15即便受到從鉛垂方向、車輛長度方向以及車寬方向中的任意一個方向施加的外力，也不容易變形。借助于此，底板15發揮作為承受從一對側梁10或各橫梁14受到的壓縮載荷以及剪切載荷的強度構件的功能。即，車身7中的具有一對側梁10和多個橫梁14的底架3的框架結構被多個底板15加固。借助于此，通過簡單的結構加固車身7，提高車身7的結構性強度。另外，底板15使一對側梁10彼此牢固地連接，當車端壓縮載荷施加時，能夠提高對底架3的側向壓曲強度或對單個側梁10的壓曲強度等。因此，無需為了提高底架3的強度而增大側梁10以及橫梁14的厚度、或者增加對底架3加固的加固構件，從而能夠抑制車身7重量增大的問題。

具體而言，在車輛長度方向的壓縮載荷從車端施加于車身7時，通過在車輛長度方向上延伸的多個凸出部15a1，防止各底板15變形以抵抗壓縮載荷。因此，車身7以承受該壓縮載荷的形式被加固。另外，在行駛時、或者維修中被頂起時或者起重機起吊等時，車身7被施加扭轉載荷，其結果導致剪切載荷施加于底架3的情況下，通過多個凸出部15a1和平坦部15a2，防止各底板15變形以抵抗剪切載荷。因此，以承受該扭轉載荷的形式加固車身7。

另外，從車輛長度方向觀察時，凸出部15a1的輪廓形狀為曲線形狀，因此當載荷從車寬方向施加于車身7的情況下，能防止凸出部15a1上的局部應力集中。另外，從車寬方向觀察時，凸出部15a1的直線部15a5與一對曲線部15a6以曲線形狀連接，因此當載荷從車輛長度方向施加于車身7時，能防止凸出部15a1的直線部15a5與一對曲線部15a6的各連接部分的局部應力集中。另外，從鉛垂方向觀察時，凸出部15a1的基部15a3與一對端部15a4以平緩的角度連接，因此當載荷從車輛長度方向以及車寬方向中任意一個方向施加于車身7時，能防止凸出部15a1的基部15a3與一對端部15a4的連接部分的局部應力集中。借助于此，能夠妥當地防止底板15因局部應力集中而導致的損傷或變形。

另外，在底板的底壁部15a上形成有凸出部15a1以及平坦部15a2，并且底壁部15a位于比橫梁14上板部14a的上表面14a1以及側梁10的第三板材18上表面18a靠近下方的位置。因此，在凸緣部15c從外部被施加載荷的情況下，載荷也難以傳遞至底壁部15a。因此，能夠妥當地防止底板15的損傷。

另外，從鉛垂方向觀察底壁部15a時，凸出部15a1的表觀總面積被設定為大于平坦部15a2的表觀總面積，從而能夠提高平坦部15a2的壓曲強度，即便不加厚底板15，也能改善底板15的作為強度構件的功能。

另外，在鐵道車輛1中，底板15配置在如下位置的區域s1中，即多個區域s1中，從枕梁13朝車輛長度方向內側隔著一個以上區域s1的位置。其主要目的是為了防止過大的壓縮載荷從枕梁13直接向底板15施加，并且確保轉向架2的上部空間（防止轉向架2與底板15的相互干擾），但其結果能夠減少底板15的數量并抑制重量的增加，與此同時重點加固車身7的車輛長度方向中央部附近，從而能夠有效地改善鐵道車輛結構體的結構性強度。

另外，通過改善底架3的強度，能夠降低橫梁14的高度尺寸，因此，例如在鉛垂方向上地板30的位置維持不變的情況下，通過降低橫梁14上表面14a1的位置，能夠確保橫梁14與地板30之間的空間更大，從而還能改善絕熱性能。

圖7是從實施修補后的底板15的車輛長度方向觀察的局部剖視圖。如圖7所示，在底板15的底壁部15a上形成有平坦部15a2，假設，由于飛揚的石子等在底板15的底壁部15a上形成孔h或者使底壁部15a發生變形等情況下，為了覆蓋有問題的底壁部15a區域，例如將平坦的加固板20重疊配置在位于一個凸出部15a1的車寬方向兩側的平坦部15a2的下部15a7、15a8，并且將加固板20通過點焊接、塞焊接等或者鉚釘等進行貼合并固定于下部15a7、15a8，從而能夠迅速地修補底板15。另外，還可以使凸出部15a1和加固板20貼合并形成中空結構，以此對底板15進行加固。

圖8是從形成有開口15d的底板15的車輛長度方向進行觀察的局部剖視圖。將平坦的加固板20貼合并固定于下部15a7、15a8，以此在凸出部15a1的下方形成寬廣的平坦部21。因此，利用該平坦部21，例如，在底板15的凸出部15a1的下方且在加固板20上形成開口20a，并且使開口20a被管軸線朝向鉛垂方向的貫通管22插通，將貫通管22在開口20a的周緣通過焊接等方式固定于加固板20的上表面。將電纜23穿過貫通管22，并且通過以必要最小限度的尺寸形成于凸出部15a1的開口15d貫穿到底板15的上方。借助于此，能夠在加固板20上形成所需的開口20a，與此同時能夠通過貫通管22加固開口20a的周緣，能夠提高鐵道車輛1的設計自由度。另外，通過使凸出部15a1和加固板20貼合以此形成中空結構，從而能夠保護電纜23免受來自飛揚的石子等的損傷。

另外，本發明不限于上述實施形態，在不脫離本發明主旨的范圍內，可以變更、增加或刪除其結構。在上述實施形態中，底板15形成為承受從底架3受到的壓縮載荷以及剪切載荷的強度構件，但只要是承受從底架3受到的壓縮載荷以及剪切載荷中至少任意一種的強度構件即可。

在上述實施形態中，使形成于底板15的底壁部15a的鼓出部（凸出部15a1）在鉛垂方向上朝上側鼓出，但是也可以使鼓出部在鉛垂方向上朝下側鼓出。另外，鉛垂方向上朝上側鼓出的鼓出部（凸出部15a1）、和鉛垂方向上朝下側鼓出的鼓出部（凹入部）均形成于底板15的底壁15a。

從車輛長度方向觀察的凸出部15a1的輪廓形狀、從車寬方向觀察的凸出部15a1的一對曲線部15a6的輪廓形狀、和從鉛垂方向觀察的一對端部15a4的輪廓形狀均不限于由單一曲率構成的形狀，而可以分別是由多個曲率構成的形狀。

在底板15和地板30之間、以及在支持構件19的周圍無需一定設置絕熱材料。在底板15和地板30之間以及在支持構件19的周圍可以分別設置空氣層。

將底板15分別焊接于側梁10以及橫梁14的方法不限于點焊接法，也可以是激光焊接法等其他焊接方法。在車輛長度方向上相鄰的各底板15的長邊部15c1可以局部地相互重疊。

符號說明：

1鐵道車輛；

2轉向架；

3底架；

10側梁；

13枕梁；

14橫梁；

14a1橫梁的上表面（上板部的上表面）；

15底板；

15a底壁部；

15a1凸出部（鼓出部）；

15a2平坦部；

15a4端部；

15a5直線部；

15a6曲線部；

15b側壁部；

15c凸緣部；

18a第三板材的上表面（側梁的上表面）。