CN102958777A

CN102958777A - 铁道车辆结构体的构造

Info

Publication number: CN102958777A
Application number: CN2011800329653A
Authority: CN
Inventors: 田口真; 石冢理; 佐野淳; 山田敏之; 熊本秀喜; 矢木诚一郎; 富泽雅幸; 佐野敦司
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-03-06
Also published as: US8656841B2; US20130139718A1; EP2594448A1; JP2012020592A; WO2012008146A1; EP2594448A4

Abstract

本发明是具备具有外侧板部、内侧板部、接合所述外侧板部和所述内侧板部的接合部的侧结构体的铁道车辆结构体的构造，具备形成于所述内侧板部中且配置于所述铁道车辆的车内侧的内侧窗开口和形成于所述外侧板部中且比所述内侧窗开口的开口面积小的外侧窗开口，所述内侧窗开口和所述外侧窗开口的至少一方为在车辆长度方向上延伸的长圆形或圆形。

Description

铁道车辆结构体的构造

技术领域

本发明涉及铁道车辆结构体的构造，特别是提高乘坐感的、轻量化的结构体的构造。

背景技术

近年，随着铁道车辆的高速化，在谋求车辆的轻量化的同时，也强烈需要提高乘坐感等的对于乘客的舒适性的铁道车辆。对此，已知有通过缩小侧窗的大小、提高结构体的抗弯刚度而提高乘坐感的车辆结构体。

然而，作为铁道车辆的侧结构体的构造之一，已知有采用由两块面板和结合该两块面板的肋构成的铝合金制的中空的挤压型材的双层蒙皮结构。即使在具有这些结构的车辆中，同样要求轻量化和乘坐感的提高。对此，在专利文献1中，提出仅将构成作为设置于侧结构体的窗和窗之间的部分的窗间壁的中空型材的面板的板厚，与构成侧结构体的其他中空型材的面板的板厚相比在车辆长度方向上均匀增加厚度的铁道车辆结构体。专利文献1利用上述结构可以提供抗弯刚度高、质量轻的车辆结构体。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开平10-194117号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

但是，若缩小侧窗，则来自车内的乘客的视野受到限制，有损开放感。又，专利文献1所述的车辆结构体由于使构成窗间壁的中空型材的面板的板厚在车辆长度方向上变厚，因此虽然可以提高抗弯刚度，但是伴随有车辆质量增加的问题。

因此，本发明的目的是提供提高抗弯刚度、提高乘坐感且轻量化的铁道车辆结构体的构造。

解决问题的手段：

本发明是具备具有外侧板部、内侧板部、接合所述外侧板部和所述内侧板部的接合部的侧结构体的铁道车辆结构体的构造，具备形成于所述内侧板部中且配置于所述铁道车辆的车内侧的内侧窗开口和形成于所述外侧板部中且比所述内侧窗开口的开口面积小的外侧窗开口，所述内侧窗开口和所述外侧窗开口的至少一方是在车辆长度方向上延伸的长圆形或圆形。

根据此结构，既不会对乘客等的视野产生巨大影响，也可以增大窗间壁部的上下端附近的面积以提高抗弯刚度。由于不需像以往那样仅加厚窗间壁部的板厚即可提高结构体的刚性，因此可以提高乘坐感且轻量化。又，内侧窗开口和外侧窗开口为圆形，由于形成于内侧板部的内侧窗开口比形成于外侧板部的外侧窗开口的开口面积小，因此与以往的侧窗开口部相比，可以增大窗间壁部中的内侧板部的面积。因此，可以提高结构体的抗弯刚度，提高乘坐感。

附图说明

图1示出包含于第一实施形态的车身的结构的概略，（a）是侧视图，（b）是示出从车外侧观察的车身的一部分的立体图，（c）是示出从车内侧观察的车身的一部分的立体图，（d）是从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图；

图2示出以往的车身的结构的概略，（a）是侧视图，（b）是示出从车外侧观察的车身的一部分的立体图，（c）是示出从车内侧观察的车身的一部分的立体图，（d）是从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图；

图3是侧窗口部的局部放大图，（a）示出第一实施形态的侧窗开口部，（b）示出以往的侧窗开口部；

图4是从车内侧观察的包含于第一实施形态的侧窗开口部的局部放大图；

图5是关于第一实施形态的变形例，从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图；

图6是示出板厚分布的最佳结果的图，（a）示出根据第一实施形态的结构体构造中的最佳结果，（b）示出根据第一实施形态的变形例的结构体构造中的最佳结果，（c）示出以往的结构体构造中的最佳结果；

图7示出包含于第二实施形态的车身的结构的概略，（a）是侧视图，（b）是示出从车外侧观察的车身的一部分的立体图，（c）是示出从车内侧观察的车身的一部分的立体图，（d）是从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图；

图8是示出以往的车身的结构的图，（a）（b）是分别相当于图1（a）（d）的图；

图9是侧窗开口部的局部放大图，（a）示出第二实施形态的侧窗开口部，（b）示出以往的侧窗开口部；

图10是关于第二实施形态的变形例的相当于图7（d）的图；

图11是示出板厚分布的最佳结果的说明图，（a）示出根据第二实施形态的结构体构造中的最佳结果，（b）示出根据第二实施形态的变形例的结构体构造中的最佳结果，（c）示出以往的结构体构造中的最佳结果；

图12示出窗开口部与座椅的关系，（a）示出大窗开口部与座椅的关系，（b）示出小窗开口部与座椅的关系；

图13是第一实施形态的窗开口部的形状的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图说明根据本发明的实施形态的铁道车辆结构体的构造。此外，作为第一实施形态采用侧窗开口部作为大窗开口部，作为第二实施形态采用侧窗开口部作为小窗开口部。在此，大窗开口部是指在车辆长度方向上的长度比横排座椅（所谓的横向座椅）的两排的座椅间距大的窗部。例如，如图12（a）所示，大窗开口部13在车辆长度方向上的长度L1是以在车辆长度方向上相邻的横排座椅101的座椅间距SP1的2倍的长度减去窗间壁部16在车辆长度方向上的尺寸L2的长度（L1=2×SP1-L2）。又，小窗开口部是指在车辆长度方向上的长度比横向座椅的两排的座椅间距小的窗部。例如，如图12（b）所示，第二实施形态的小窗开口部33是指配置为每排横排座椅101对应于各个小窗开口部33的构件，小窗开口部33的间距等于座椅间距SP2；

（第一实施形态）

图1示出包含于第一实施形态的车身的结构的概略，图1（a）是侧视图，图1（b）是示出从车外侧观察的车身的一部分的立体图，图1（c）是示出从车内侧观察的车身的一部分的立体图，图1（d）是从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图。另外，图中的参照符号P1、P2是支持车身11的支点，对应于前后两个转向架构架的枕梁的部位。

如图1（a）～（d）所示，铁道车辆的车身11具有侧结构体14A。该侧结构体14A的上部结合车顶结构体14B，下部连接底架14C。而且，侧结构体14A具备出入口开口部12A、12B和多个侧窗开口部13。侧结构体14A是具有外侧板部14Aa、内侧板部14Ab和连结部（接合部）14Ac，外侧板部14Aa和内侧板部14Ab通过连结部14Ac相结合的铝合金制的双层蒙皮结构。

出入口开口部12A、12B形成于侧结构体14A的侧部前后，出入口开口部12A和12B之间沿着车辆长度方向以固定的间隔形成侧窗开口部13。以下，详细说明侧窗开口部13。

如图1（b）～（d）所示，侧窗开口部13包含形成于外侧板部14Aa的外侧窗开口13a和形成于内侧板部14Ab的内侧窗开口13b。外侧窗开口13a和内侧窗开口13b都是在车辆长度方向上的长的长圆形的长孔。在此，“长圆形”是如图13所示，由两条平行的直线部101a、101b和两个略半圆部101c、101d（半径为R）形成的形状。又，在焊接接头位于长圆形的一部分等情况中也包含采取避免在该部分产生应力集中的措施的情况。又，内侧窗开口13b是切除内侧板部14Ab和连结部14Ac而形成的。该内侧窗开口13b的开口面积比外侧窗开口13a的开口面积大。这是由于从车内侧安装由窗玻璃和窗框组成的窗单元。这样，从车内侧观察，侧窗开口部13成为仅剩外侧板部14Aa的单层蒙皮结构。

接着，说明以往的侧窗开口部和本实施形态的侧窗开口部的不同点。图2示出以往的车身的结构的概略，图2（a）是侧视图，图2（b）是示出从车外侧观察的车身的一部分的立体图，图2（c）是示出从车内侧观察的车身的一部分的立体图，图2（d）是从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图。

该以往的车身21在侧结构体24A的侧部前后也具备出入口开口部22A、22B。出入口开口部22A和22B之间沿着车辆长度方向以固定的间隔形成侧窗开口部23。侧结构体24A在是具有外侧板部、内侧板部和连结部（接合部）的铝合金制的双层蒙皮结构这点上，与所述实施形态相同。此外，24B是结合于侧结构体24A的上部的车顶结构体，24C是连接于侧结构体24A的下部的底架24C。如图2（b）～（d）所示，侧窗开口部23包含形成于侧结构体24A的外侧板部的外侧窗开口23a和形成于内侧板部的内侧窗开口23b。外侧窗开口23a和内侧窗开口23b都是在车辆长度方向上的长的矩形的长孔。

又，图3是侧窗开口部的局部放大图，（a）示出第一实施形态的侧窗开口部，（b）示出以往的侧窗开口部。

在图3（a）中，本实施形态的外侧窗开口13a是，相邻的外侧窗开口13a的间隔L11为400mm，外侧窗开口13a在车辆长度方向上的长度L12为1560mm、在车辆上下方向上的长度L13为560mm，外侧窗开口13a的各角的弯曲部的曲率半径R11为280mm。而且，外侧窗开口13a与内侧窗开口13b的上下间隔L14、L15分别为109mm、47mm，左右间隔L16为42mm。

另一方面，在图3（b）中，以往的侧窗开口部23是，相邻的外侧窗开口23a的间隔L17为360mm，在车辆长度方向上的长度L18为1600mm、在车辆上下方向上的长度L19为650mm，外侧窗开口23a的各角的弯曲部的曲率半径R12为125mm。

这样，本实施形态的侧窗开口部13与以往的侧窗开口部23相比，侧窗开口部13之间的窗间壁部的面积增大。借助于此，可以形成为相对于以转向架构架的枕梁的部位P1、P2作为支点作用于车身11的上下负荷，提高刚性的结构体的构造。

又，在本实施形态中，在相对于车身11的轨道方向的垂直方向上配置各座椅的座椅配置（所谓的横向座椅配置）的乘客就座的座椅中，侧窗开口部13在车辆长度方向上的长度比在车辆长度方向上相邻的座椅的间距长，优选为所述间距的1.5倍左右。通过调节座椅间的间距和窗间壁部的长度，侧窗开口部13相对于两排座椅配置，即使是车辆在车辆长度方向的任一方向上行进的情况下，也能确保就座于座椅上的乘客通过侧窗开口部13的视野。例如，侧窗开口部13在车身长度方向上的长度为1560mm～1680mm以上，通过将窗设计为比以往的车身的窗大，能够确保从车内的广阔视野给乘客以开放感，提高舒适性。又，与以往的结构相比，由于可以增大窗间壁部的面积，因此可以提高结构体的抗弯刚度，提高乘坐感。

此外，如图4所示，在侧窗开口部13（外侧窗开口13a和内侧窗开口13b）的车辆上下方向的中央或其附近，形成在车辆上下方向上延伸的短直线部13A。而且，由于侧结构体14A是至少接合在车辆上下方向上分开的上部侧结构体部14AA和下部侧结构体部14AB而形成的，因此两侧结构体部14AA、14AB的在车身水平方向上延伸的焊接接头15位于直线部13A的部位。借助于此，可以避免应力集中于侧窗开口部13上的焊接接头15的部分。此外，直线部13A的长度设定为侧窗开口部13整体的上下方向高度的1%以上10%以下。

此外，在本实施形态中，虽然内侧窗开口13b的形状为对应于外侧窗开口13a的长圆形，但不限于此。例如，如图5所示，外侧窗开口13a为长圆形，侧窗开口部13’的内侧窗开口13b’也可以是矩形。即，内侧窗开口13b’也可以是上下边缘相互平行，且前后边缘相互平行的矩形开口。

在具备上述那样的结构的结构体中，如果进行车身的固有振动数的解析，则具备以往的侧窗开口部23的车身21（参看图2）的固有振动数为8.3Hz（质量为7.59吨）。对此，图1所示的车身11的固有振动数为9.3Hz（质量为7.73吨），图5所示的具有侧窗开口部13’的车身的固有振动数为9.1Hz（质量为7.72吨）。从以上结果可以看出，在根据本实施形态的铁道车辆的结构体中，由于可以增大车身的固有振动数，因此可以提高结构体的抗弯刚度，提高乘坐感。

接着，将铝合金制的双层蒙皮结构的挤压型材的板厚作为设计变量，将车身固有振动数作为制约条件，将结构体质量作为目的函数，进行为使结构体质量最小的最佳解析。在铁道车辆中，为确保良好的乘坐感，最好比转向架的弹簧***的固有振动数增大1Hz以上。因此，在本实施形态中，将转向架的弹簧***的固有振动数设定为N Hz，将作为制约条件的车身的固有振动数设定为N+1.2Hz。

图6是示出板厚分布的最佳结果的图，图6（a）示出根据第一实施形态的结构体构造中的最佳结果，图6（b）示出具有图5所示的侧窗开口部13’的结构体构造中的最佳结果，图6（c）示出图2所示的以往的结构体构造中的最佳结果。根据以上计算机模拟的结果，为使以往的结构体构造的车身的固有振动数增大至N+1.2Hz，则按图6（c）所示的厚板分布，结构体质量增加1.86吨。对此，在本实施形态的结构体构造中，按图6（a）（b）所示的厚板分布，仅分别增加0.38吨、0.68吨。此外，虽然图6所示的最佳结果是假设转向架的弹簧***的固有振动数N为8.5Hz的情况下的结果，但已经确认即使转向架的弹簧***的固有振动数N发生变化也能得到同样的结果。

这样，根据本实施形态的铁道车辆结构体的构造不仅能改善乘坐感、提高舒适性，还能谋求车辆的轻量化；

（第二实施形态）

接着，说明根据第二实施形态的铁道车辆结构体的构造。本实施形态虽然具备与第一实施形态基本相同的结构，但在将侧窗开口部设定为圆形这点上不同。以下，以不同点为中心进行说明。

图7示出包含于第二实施形态的车身的结构的概略，图7（a）是侧视图，图7（b）是示出从车外侧观察的车身的一部分的立体图，图7（c）是示出从车内侧观察的车身的一部分的立体图，图7（d）是从车内侧观察的侧窗开口部间的局部放大图。

如图7（a）～（d）所示，形成于侧结构体34A的多个侧窗开口部33为略正圆形。34B、34C分别示出车顶结构体和底架。此外，侧结构体34A为具有外侧板部、内侧板部和连结部（接合部）的铝合金制的双层蒙皮结构。

如扩大至图7（d）所示，形成于外侧板部34Aa的外侧窗开口33a为略圆形的圆孔。借助于此，外侧窗开口33a的角部的曲率半径比以往的外侧窗开口43a的角部的曲率半径大。

虽然形成于内侧板部34Ab的内侧窗开口33b为对应于外侧窗开口33a的略圆形的圆孔，但其比外侧窗开口33a的开口面积大。此外，从车内侧观察侧窗开口部33，则成为仅剩外侧板部34Aa的单层蒙皮结构。又，与第一实施形态（参看图4）相同，在侧窗开口部33（外侧窗开口33a和内侧窗开口33b）的车辆上下方向的中央或其附近，形成在车辆上下方向上延伸的短直线部，在相关直线部上配置上部侧结构体部和下部侧结构体部的焊接接头。此外，该短直线部的长度设定为侧窗开口部33整体的上下方向高度的1%以上10%以下。

接着，说明以往的侧窗开口部43与本实施形态的侧窗开口部33的不同点。图8是示出以往的铁道车辆的车身的结构的图，图8（a）是侧视图，图8（b）是从车内侧观察的侧窗开口部43的放大图。侧窗开口部43包含形成于侧结构体44A的外侧板部的外侧窗开口43a和形成于内侧板部的内侧窗开口43b。外侧窗开口43a和内侧窗开口43b都是矩形的孔。内侧窗开口43b的开口面积比外侧窗开口43a的开口面积大。

又，图9是侧窗开口部的局部放大图，图9（a）示出第二实施形态的侧窗开口部，图9（b）示出以往的侧窗开口部。

在图9（a）中，本实施形态的侧窗开口部33是，相邻的侧窗开口部33的间隔L21为270mm，外侧窗开口33a在车辆长度方向上的长度L22为710mm、在车辆上下方向上的长度L23为650mm，外侧窗开口33a的各角的弯曲部的曲率半径R21为325mm。

另一方面，以往的侧窗开口部43是，在图9（b）中，相邻的外侧窗开口43a的间隔L21为270mm，在车辆长度方向上的长度L22为710mm，在车辆上下方向上的长度L23为650mm，外侧窗开口43a的各角的弯曲部的曲率半径R22为125mm。

这样，在本实施形态中，在外侧窗开口部33a的四角设置的具有比以往的外侧窗开口部43a大的曲率半径的弯曲部为略圆形；

此外，在本实施形态中，虽然内侧窗开口33b的形状与外侧窗开口33a的形状相对应，但不限于此。例如如图10所示，内侧窗开口33c也可以是矩形。即，内侧窗开口33c的上下边缘33ca、33cb相互平行，且前后边缘33cd，33ce相互平行。在这样的结构中，在内侧窗开口33c的中心配置外侧窗开口33a。

在具备上述那样的结构的结构体中，如果进行车身的固有振动数的解析，则相对于具备以往的侧窗开口部43的车身（参看图8）的固有振动数为8.7Hz（质量为7.64吨），具备本实施形态的侧窗开口部33的车身（参看图7）的固有振动数为9.5Hz（质量为7.74吨）。又，在本实施形态中将内侧窗开口33c的形状设定为矩形时（参看图10）的车身的固有振动数为9.3Hz（质量为7.67吨）。从以上结果可以看出，在根据本实施形态的铁道车辆的结构体中，由于可以增大车身的固有振动数，因此可以提高结构体的抗弯刚度，提高乘坐感。

由此可见，与第一实施形态的情况相同，通过增大侧窗开口部的角部中的弯曲部的曲率半径，可以增大车身的固有振动数。

接着，将铝合金制的双层蒙皮结构的挤压型材的板厚作为设计变量，将车身固有振动数作为制约条件，将结构体质量作为目的函数，进行为使结构体质量最小的最佳解析。在铁道车辆中，为确保良好的乘坐感，最好与转向架的弹簧***的固有振动数相比将车身的固有振动数增大1Hz以上。因此，在本实施形态中，将转向架的弹簧***的固有振动数设定为N Hz，将作为制约条件的车身的固有振动数设定为N+1.2Hz。

图11示出最佳解析的结果，图11（a）示出图7所示的结构体构造的板厚分布，图11（b）示出图10所示的结构体构造的板厚分布，图11（c）示出图8所示的以往的结构体构造的板厚分布。根据以上结果，为将以往的结构体构造的车身的固有振动数增大至N+1.2Hz，则按图11（c）所示的板厚分布，结构体质量增加1.36吨。对此，在本实施形态的结构体构造中，按图11（a）（b）所示的板厚分布，仅增加0.19吨、0.34吨。这样，根据本实施形态的铁道车辆结构体的构造，不仅能改善乘坐感、提高舒适性，还能谋求车辆的轻量化。

如上所述，根据本实施形态的铁道车辆结构体的构造，不仅能改善乘坐感、提高舒适性，还能谋求车辆的轻量化。

此外，在第二实施形态中，虽然侧窗开口部的形状为略圆形，但是也可以是椭圆形。又，本发明不限于上述的各实施形态，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内改变、增加或删除其结构。

Claims

1.一种铁道车辆结构体的构造，其具备具有外侧板部、内侧板部和接合所述外侧板部与所述内侧板部的接合部的侧结构体，其特征在于，具备：

形成于所述内侧板部中且配置于所述铁道车辆的车内侧的内侧窗开口；以及

形成于所述外侧板部中且比所述内侧窗开口的开口面积小的外侧窗开口，

所述内侧窗开口和所述外侧窗开口的至少一方为在车辆长度方向上延伸的长圆形或圆形。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆结构体的构造，其特征在于，所述内侧窗开口是切除所述内侧板部和所述接合部而形成的。

3.根据权利要求1所述的铁道车辆结构体的构造，其特征在于，所述内侧窗开口和所述外侧窗开口在车辆长度方向上的长度比在车辆长度方向上相邻的坐席的间隔长。

4.根据权利要求1所述的铁道车辆结构体的构造，其特征在于，

所述侧结构体至少接合形成在车辆上下方向上分开的上部侧结构体和下部侧结构体，

所述上部侧结构体和所述下部侧结构体的接头部设置于在所述外侧窗开口和所述内侧窗开口的车辆上下方向上形成的直线部上。