CN109625014A - 一种轨道车辆的车头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆的车头结构，该轨道车辆的车头结构整体呈梭型，该轨道车辆的车头结构中部两侧对称设有气动导流棱线，所述同侧的气动导流棱线间均各自形成气动导流槽，且所述气动导流槽为前低后高的结构。本发明的有益效果为：该轨道车辆的车头结构整体以铝合金为基材，采用焊接的方式将铝合金板材及型材相连接，能够提高车头结构的碰撞强度、轻量化性能和空气动力学性能。

Description

一种轨道车辆的车头结构

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，特别涉及一种轨道车辆的车头结构。

背景技术

随着高铁技术的发展，对高铁本构安全的性能要求越来越高，因此迫切需求一种能够满足高铁本构安全的车体结构，在列车发生相互碰撞时能够有效地保证司机及乘客的安全空间，同时司机室设置逃生窗，能够达到人员快速逃生的目的。但是目前常见的既有动车组车体局部单件结构在一定程度上具有吸能功能，但是并没有涉及一种能够为吸能部件提供高强度、刚度支撑的整车车头结构。其次在列车高速运行时期主要的能耗是气动阻力造成的，现有轨道车辆的车头与不能够很好的降低列车运行时的空气阻力，降低列车阻力系数。

因此，如何提供一种能够以大骨架为主承载结构，以板梁插接结构保证整车刚度的同时也保证了车体轻量化的要求，整体满足碰撞要求同时具有优异的空气动力学性能的轨道车辆的车头结构是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道车辆的车头结构，该轨道车辆的车头结构整体呈梭型，该轨道车辆的车头结构中部两侧对称设有气动导流棱线，所述同侧的气动导流棱线间均各自形成气动导流槽，且所述气动导流槽为前低后高的结构。

优选的，该轨道车辆的车头结构包括司机室刚性墙、固接于所述司机室刚性墙前侧的前部骨架结构以及固接于所述司机室刚性墙后侧的中后部骨架结构。

优选的，所述前部骨架结构为板梁插接结构。

优选的，所述司机室刚性墙的平面度不大于2mm。

优选的，所述中后部骨架结构包括沿纵向方向上由上至下设置的上部扭曲梁、中部扭曲梁及下部扭曲梁。

优选的，所述中后部骨架结构包括沿横向方向上由前至后设置的拱形的中部弯梁及拱形的后部弯梁。

优选的，所述中部弯梁及所述后部弯梁均为一体成型结构。

优选的，所述中后部骨架结构还包括设于所述上部扭曲梁、中部扭曲梁、下部扭曲梁、中部弯梁及后部弯梁之间的板梁插接结构。

优选的，所述中后部骨架结构的底部设有若干竖梁。

优选的，该轨道车辆的车头结构还包括固接于所述前部骨架结构、司机室刚性墙及所述中后部骨架结构外部的蒙皮。

优选的，该轨道车辆的车头结构的顶部设有司机室前窗和顶灯。

优选的，该轨道车辆的车头结构中部两侧位于所述气动导流槽上方的位置设有逃生窗。

相对上述背景技术，本发明所提供的轨道车辆的车头结构，可提高车头结构的碰撞强度、轻量化性能和空气动力学性能。本发明所提供的轨道车辆的车头结构的有益效果具体为：

1)能够满足动车组车头结构高碰撞强度要求。车头结构主要由三部分组成：前部骨架结构、司机室刚性墙、中后部骨架结构，为满足吸能装置对碰撞要求，车头结构对整体进行强度、刚度匹配，总体强度及刚度分配时：中后部骨架结构>吸能装置>前部骨架结构。因此在车辆发生碰撞时能够保证前部骨架结构发生破坏吸收一部分能量，然后吸能装置发生作用吸收剩余碰撞能量，从而达到双重吸能效果，骨架结构强度及刚度较高能够有效的保证安全空间，同时设置逃生窗结构保证人员逃生，更好的保证高铁本构安全性能。

2)车头结构满足轻量化要求。在满足车头结构碰撞要求的前提下，通过对板梁、扭曲梁、司机室刚性墙等型材结构的优化达到车头结构减重的目的。

3)车头结构具有优异的空气动力学性能。列车高速运行时此车头结构能够有效地降低空气阻力系数，并抑制气动升力系数。车头结构整体呈梭型，水平断面为长椭圆型，纵向断面为单拱型，纵向截面呈二段式变化，前段线性，后段平缓，气流沿头型曲面平顺流动。头型中部两侧设置气动导流棱线，通过气动导流棱线形成反曲面的气动导流槽，气动导流槽前低后高，列车高速运行时气流沿气动导流槽向两侧后方流动，具有优异的气动阻力，且头车和尾车的升力系数均接近于零。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的外部结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的力传导示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的侧面造型示意图；

图4为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的气动设计示意图。

图中，

1-前部骨架结构；2-司机室刚性墙；21-主受力部位；3-中后部骨架结构；31-上部扭曲梁；32-中部扭曲梁；33-下部扭曲梁；34-中部弯梁；35-后部弯梁；36-板梁插接结构；37-竖梁；4-司机室前窗；5-顶灯；6-逃生窗；7-气动导流棱线；8-气动导流槽；81-气动导流槽的端部；9-吸能装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的核心是提供一种轨道车辆的车头结构，该轨道车辆的车头结构整体以铝合金为基材，采用焊接的方式将铝合金板材及型材相连接，能够提高车头结构的碰撞强度、轻量化性能和空气动力学性能。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图4，图1为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的外部结构示意图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的力传导示意图；图3为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的侧面造型示意图；图4为本发明一种具体实施方式所提供的轨道车辆的车头结构的气动设计示意图。

在具体实施方式中，本发明所提供的轨道车辆的车头结构，其整体呈梭型，该轨道车辆的车头结构中部两侧对称设有气动导流棱线7，所述同侧的气动导流棱线7间均各自形成气动导流槽8，且所述气动导流槽8为前低后高的结构，如图4所述，由所述气动导流槽的端部81可以看出所述气动导流槽8为反曲面的气动导流槽8。

本发明所提供的轨道车辆的车头结构，其包括司机室刚性墙2、固接于所述司机室刚性墙2前侧的前部骨架结构1以及固接于所述司机室刚性墙2后侧的中后部骨架结构3。所述前部骨架结构1为板梁插接结构36，所述板梁插接结构36可由多个板梁插接而成。所述司机室刚性墙2的平面度不大于2mm。所述中后部骨架结构3包括沿纵向方向上由上至下设置的上部扭曲梁31、中部扭曲梁32及下部扭曲梁33。所述中后部骨架结构3包括沿横向方向上由前至后设置的拱形的中部弯梁34及拱形的后部弯梁35。所述中部弯梁34及所述后部弯梁35均为一体成型结构。所述中后部骨架结构3还包括设于所述上部扭曲梁31、中部扭曲梁32、下部扭曲梁33、中部弯梁34及后部弯梁35之间的板梁插接结构36，所述板梁插接结构36可由多个板梁插接而成。所述中后部骨架结构3的底部设有若干竖梁37。该轨道车辆的车头结构还包括固接于所述前部骨架结构1、司机室刚性墙2及所述中后部骨架结构3外部的蒙皮，所述蒙皮可以为铝板。该轨道车辆的车头结构的顶部设有司机室前窗4和顶灯5。该轨道车辆的车头结构中部两侧位于所述气动导流槽8上方的位置设有逃生窗6。

本发明所提供的轨道车辆的车头结构，其结构及原理的具体说明如下：当列车发生碰撞时，为了保证吸能装置9能够产生作用，吸收车辆碰撞时产生的能量，从整车角度对车头结构强度及刚度进行合理匹配。首先，前部骨架结构1为铝板插接结构纵向无扭曲梁骨架进行支撑，其强度及刚度弱于吸能装置9，因此车辆发生碰撞时前部骨架结构1能够线发生破坏，然后吸能装置9起到吸能作用；其次吸能装置9通过螺栓与司机室刚性墙2相连接，为保证吸能装置9发生作用时能够受力均匀，司机室刚性墙2前部平面度不大于2mm，保证司机室刚性墙2强度要求的基础上，对其刚度也进行合理优化，如图1所示，根据仿真分析，所述司机室刚性墙2上的中部开有圆孔的条形板为主受力部位21，其采用实心厚板；所述司机室刚性墙2的其余部位采用中空型材，两者之间采用搅拌摩擦焊进行焊接，此种结构既保证了司机室刚性墙2的刚度强度又减轻了自身重量，搅拌摩擦焊的焊接形式也避免了传统弧焊的缺陷；最后，预防碰撞时司机室刚性墙2发生倾覆使吸能装置9不能有效地发挥作用，沿碰撞时力传导方向对司机室刚性墙2后部采用型材拉弯形成的扭曲梁进行支撑。上部扭曲梁31、中部扭曲梁32、下部扭曲梁33上下间距合理布置，上部扭曲梁31、中部扭曲梁32、下部扭曲梁33与中部弯梁34及后部弯梁35夹角约90度。如图2所示，所述箭头指示方向为作用力传导方向，另从整个轨道车辆的车头结构的侧面看，所述中部扭曲梁32及所述下部扭曲梁33均各自在一条直线上，另，由整个轨道车辆的车头结构的前面往后面看，所述上部扭曲梁31也近似在一条直线上，此种设计有利于作用力在纵向方向传导。所述上部扭曲梁31、中部扭曲梁32及下部扭曲梁33之间辅助采用板梁插接结构36进行补强，最大限度的通过司机室刚性墙2对吸能装置9起到支撑作用。在垂向刚度方面，所述中后部骨架结构3上还设有拱形的中部弯梁34及后部弯梁35，且所述中部弯梁34及后部弯梁35均为型材整体成型结构，能够减少焊接对强度、刚度的影响。同时所述中后部骨架结构3的下部还设有若干竖梁37，所述竖梁37能够对整体车头结构进行支撑，更加强了整车强度及刚度，通过仿真及实车试验验证，中后部骨架结构3的强度及刚度大于吸能装置9的强度及刚度，因此列车发生碰撞时能够对吸能装置9提供支撑，保证吸能装置9正常作用。

在满足碰撞要求的基础上，车头结构整体承载骨架采用中空型材作为主承载结构，扭曲梁、板梁、蒙皮相结合在保证整体刚度强度的前提下减小整体重量，达到车体轻量化要求。

车头结构具有优异的空气动力学性能。列车高速运行时此车头结构能够有效地降低空气阻力系数，并抑制气动升力系数。车头结构整体呈梭型，水平断面为长椭圆型，纵向断面为单拱型，具体参见图3，截面积呈二段式变化，前段线性，后段平缓，气流沿头型曲面平顺流动。车头结构中部两侧设置气动导流棱线7，通过气动导流棱线7形成反曲面的气动导流槽8，具体参见图4，所述气动导流槽8前低后高，列车高速运行时气流沿气动导流槽8向两侧后方流动，具有优异的气动阻力，且头车和尾车的升力系数均接近于零。

需要说明的是，本发明所述吸能装置9为设于所述前部骨架结构1内部的具有吸能作用的装置，其通过螺栓与所述司机室刚性墙2相固接，所述吸能装置9的具体结构本发明不予以保护，所以本发明对所述吸能装置9的具体结构不予赘述。但本发明所提供的轨道车辆的车头结构能够使所述吸能装置9更好的发挥吸能作用。

以上对本发明所提供的轨道车辆的车头结构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种轨道车辆的车头结构，其特征在于：该轨道车辆的车头结构整体呈梭型，

该轨道车辆的车头结构中部两侧对称设有气动导流棱线，所述同侧的气动导流棱线间均各自形成气动导流槽，且所述气动导流槽为前低后高的结构。

2.如权利要求1所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：该轨道车辆的车头结构包括司机室刚性墙、固接于所述司机室刚性墙前侧的前部骨架结构以及固接于所述司机室刚性墙后侧的中后部骨架结构。

3.如权利要求2所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述前部骨架结构为板梁插接结构。

4.如权利要求2所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述司机室刚性墙的平面度不大于2mm。

5.如权利要求2所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述中后部骨架结构包括沿纵向方向上由上至下设置的上部扭曲梁、中部扭曲梁及下部扭曲梁。

6.如权利要求5所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述中后部骨架结构包括沿横向方向上由前至后设置的拱形的中部弯梁及拱形的后部弯梁。

7.如权利要求6所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述中部弯梁及所述后部弯梁均为一体成型结构。

8.如权利要求6所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述中后部骨架结构还包括设于所述上部扭曲梁、中部扭曲梁、下部扭曲梁、中部弯梁及后部弯梁之间的板梁插接结构。

9.如权利要求2至8任一项所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：所述中后部骨架结构的底部设有若干竖梁。

10.如权利要求2所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：该轨道车辆的车头结构还包括固接于所述前部骨架结构、司机室刚性墙及所述中后部骨架结构外部的蒙皮。

11.如权利要求1所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：该轨道车辆的车头结构的顶部设有司机室前窗和顶灯。

12.如权利要求1所述的轨道车辆的车头结构，其特征在于：该轨道车辆的车头结构中部两侧位于所述气动导流槽上方的位置设有逃生窗。