CN102673585A - 高速轨道车辆车体的车顶结构 - Google Patents
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Abstract
本发明所述高速轨道车辆车体的车顶结构，采用薄壁中空铝合金型材，型材内腔被分割成不规则的多边形，两端通过简易搭接或插接的连接结构以后形成车顶与车体侧顶的组焊安装构造特征。实现一种轻量化车顶结构，在达到刚度和强度参数要求的前提下优化焊接、力学性能。在轨道车辆高速交会、过隧道运行环境下，减小车体变形量。构成车顶结构的薄壁中空铝合金型材板通过挤压工艺而形成一体式结构，其具有弧形断面的内板和外板，外板与车体侧顶之间的外表面呈弧形过渡连接，在内板和外板之间设置有多个连续的斜筋板，斜筋板将薄壁中空铝合金型材板的内腔分割成若干个多边形。在型材板两端分别设置有，用于相互之间进行插接的内外插片。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于高速轨道车辆的车体结构改进，重点针对车顶结构及其铝合金型材板的结构优化，属于机械制造领域。
背景技术
目前国内动车组的运营时速已达到380公里速度级，轨道车辆的高速运行必然产生兼顾车体强度、刚度和轻量化结构的设计要求。
现有高速轨道车辆的轻量化车体一般由铝合金材料组焊而成，铝合金材料普遍采用骨架外壳组焊、薄壁单壳型材和中空双壳型材结构等。随着高速轨道车辆运行速度的提升，轨道车辆在过隧道、高速交会时，气动载荷导致车体变形过大问题，已不能满足高速度下车体的力学性能要求。因此在强度、刚度及车体轻量化性能上尚无法达到统一，在实现高速车辆车体的设计和使用上还存在着一定的难点。
针对轨道车辆速度的提高，也相应地带来车顶外侧传入客室内的气动噪声量加大，已明显地影响到乘客的乘坐舒适性。
另外，对于搭建连接轻量化车体框架来说，也存在着连接结构复杂、连接后易发生变形等实际问题。
发明内容
本发明所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，在于解决上述现有技术问题而采用薄壁中空铝合金型材，型材内腔被分割成不规则的多边形，两端通过简易搭接或插接的连接结构以后形成车顶与车体侧顶的组焊安装构造特征。
本发明的目的在于，实现一种轻量化车顶结构，在达到刚度和强度参数要求的前提下，实现车体轻量化设计和优化的焊接、力学性能。在轨道车辆高速交会、过隧道运行环境下，减小车体变形量。
另一发明目的在于，在针对轨道车辆速度的提升，减少从车顶外侧传入客室内部的气动噪声量，以相应地提高乘坐舒适性。
为实现上述发明目的，所述高速轨道车辆车体的车顶结构，在车体横向方向上，由若干个薄壁中空铝合金型材板依次连接并组焊而成。具体地，
所述的车顶结构具有一中部区，在中部区两侧分别设置有侧部区和端部区。
中部区型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向两侧逐渐变小，
端部区型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向车体侧顶一侧逐渐变大，
侧部区型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向车体侧顶一侧是相同的。
如上述基本方案，车顶结构具有轻量化结构特征，其刚度和强度参数较高，在中部区的中心即车顶中心具有最大型材断面宽度，使得整个车顶结构在高速运行状态下发生交会和过隧道时，能够最大程度地接受气压冲击而达到减小车体变形量的效果。
进一步优化车顶构造分区的刚度和强度参数，可将所述车顶结构的中部区型材断面垂向之间渐变线的夹角设置在2°-6°之间。
针对车顶与车体侧顶之间连接结构刚性与强度的改进措施是，所述车顶结构的端部区，其侧端部与车体侧顶之间是圆弧过渡的连接结构。
针对构成车顶结构的薄壁中空铝合金型材板的改进措施如下：
薄壁中空铝合金型材板通过挤压工艺而形成一体式结构，其具有弧形断面的内板和外板，
外板与车体侧顶之间的外表面呈弧形过渡连接，
在内板和外板之间设置有多个连续的斜筋板，斜筋板将薄壁中空铝合金型材板的内腔分割成若干个多边形；
在薄壁中空铝合金型材板的两端分别设置有，用于相互之间进行插接的内外插片。
如上改进方案，构成车顶结构的薄壁中空铝合金型材板，具有轻量化中空结构，而且内板、外板可根据车体断面整体造型选择不同角度的弧形构造。
内、外板之间的内腔被斜筋板分割成多边形，可以是三角形、菱形、矩形等，其中三角形通常是较为稳定的一种结构。
对于车顶结构与车体侧顶之间的连接方式，可以选择先搭接再焊接的方式。即所述车顶结构的端部区外侧端部设置有，用于与车体侧顶进行搭接的一对搭片。
在所述内板的内侧设置有若干个连接滑槽，连接滑槽位于2个相邻斜筋板的连接顶点处。
连接滑槽主要用于在高速轨道车辆的车顶内侧吊挂内装墙板等部件，在相邻斜筋板的连接顶点处具有较高的刚性与强度。
为进一步优化型材板自身的强度指标，所述斜筋板与内板、斜筋板与外板的连接部的型材厚度，大于内板、外板其他部位的型材厚度。
为改善型材插接后的焊接性能，2个所述的薄壁中空铝合金型材板相互插接后，在内外插片之间形成一个呈60°-80°的焊接坡口，这样可以达到较高的力学和焊接性能要求。
为提高在高速运行状态下发生交会和过隧道时，型材板具有良好的抗冲击能力车体强度与刚度，在内板和外板之间，相邻2个斜筋板的长度比例在1∶(0.8-1.3)之间。
如上所述，本发明高速轨道车辆车体的车顶结构具有以下优点：
1、采用一种轻量化车顶结构，在达到刚度和强度参数要求的前提下，实现车体轻量化设计和优化的焊接、力学性能，符合高速运行状态下的结构设计要求。
2、解决轨道车辆在高速交会、过隧道运行环境下，车体发生较大变形量的问题。
3、适应于轨道车辆较高的时速，减少从车顶外侧传入客室内部的气动噪声量，以相应地提高乘坐舒适性。
附图说明
现结合以下附图对本发明做进一步地说明。
图1是所述高速轨道车辆车体车顶和侧顶的结构示意图；
图2是高速轨道车辆车体的车顶结构剖面示意图；
图3是车顶中部结构的示意图；
图4是车顶端部结构的示意图；
如图1至图4所示，内板1，外板2，斜筋板3，插片4，连接部5，焊接坡口6，连接滑槽7，搭片8，车顶9，侧顶10，薄壁中空铝合金型材板20；
中部区I，端部区II，侧部区III。
具体实施方式
实施例1，结合图1所示，高速轨道车辆的车体框架，主要由车顶9、侧顶10、侧墙和底架(图中未示出)所依次连接组成，车顶9两侧端分别连接侧顶10，侧顶10向下连接侧墙，侧墙再向下连接底架等结构。
在图1中，由若干个薄壁中空铝合金型材板20相互插接、组焊后形成车顶9，车顶9与侧顶10再进行插接组焊。
如图2和图3所示，高速轨道车辆车体的车顶结构中，薄壁中空铝合金型材板20通过挤压工艺而形成一体式结构。其中，
具有整体内、外圆弧面的内板1和外板2，在内板1和外板2之间设置有多个连续的斜筋板3。
在薄壁中空铝合金型材板20相互连接的端部，设置有一对内外插接的插片4。在车顶9与车体侧顶10的连接部，设置有一对搭接的搭片8。
在内板1的内侧设置有若干个连接滑槽7，滑槽设置在2个相邻斜筋板3的连接顶点处。
斜筋板3与内板1、或与外板2的连接部5的型材厚度，大于内板1或外板2的其他部位。
两个相邻薄壁中空铝合金型材板20相互插接后，插片4之间形成一个呈70°的焊接坡口6。
在内板1和外板2之间连续的斜筋板3将型材板内腔分割成若干个三角形。
在连续的斜筋板3分割成的三角形中，相邻斜筋板3的长度比例在1∶1.1。
所述外板2的外表面为圆弧面，并与侧顶10外表面圆弧过渡。
所述的车顶9具有一中部区I，在中部区I两侧分别设置有侧部区III和端部区II。其中，
中部区I型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向两侧逐渐变小，
端部区II型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向车体侧顶10一侧逐渐变大，
侧部区III型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向车体侧顶10一侧是相同的。
车顶9的中部区I，其型材断面垂向之间渐变线的夹角是3°。
车顶9的端部区II，其侧端部与车体侧顶10之间是圆弧过渡的连接结构。
Claims (9)
1.一种高速轨道车辆车体的车顶结构，在车体横向方向上，由若干个薄壁中空铝合金型材板(20)依次连接并组焊而成，其特征在于：
所述的车顶结构具有一中部区(I)，在中部区(I)两侧分别设置有侧部区(III)、端部区(II)，其中，
中部区(I)型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向两侧逐渐变小，
端部区(II)型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向车体侧顶(10)一侧逐渐变大，
侧部区(III)型材断面的垂向宽度，沿车顶中心向车体侧顶(10)一侧是相同的。
2.根据权利要求1所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：所述车顶结构的中部区(I)，其型材断面垂向之间渐变线的夹角在2°-6°之间。
3.根据权利要求2所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：所述车顶结构的端部区(II)，其侧端部与车体侧顶(10)之间是圆弧过渡的连接结构。
4.根据权利要求1、2或3所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：所述的薄壁中空铝合金型材板(20)，通过挤压工艺而形成一体式结构，其具有弧形断面的内板(1)和外板(2)，
外板(2)与车体侧顶(10)之间的外表面呈弧形过渡连接，
在内板(1)和外板(2)之间设置有多个连续的斜筋板(3)，斜筋板(3)将薄壁中空铝合金型材板(20)的内腔分割成若干个多边形；
在薄壁中空铝合金型材板(20)的两端分别设置有，用于相互之间进行插接的内外插片(4)。
5.根据权利要求4所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：所述车顶结构的端部区(II)外侧端部设置有，用于与车体侧顶(10)进行搭接的一对搭片(8)。
6.根据权利要求4所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：在所述内板(1)的内侧设置有若干个连接滑槽(7)，连接滑槽(7)位于2个相邻斜筋板(3)的连接顶点处。
7.根据权利要求6所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：所述斜筋板(3)与内板(1)、斜筋板(3)与外板(2)的连接部(5)的型材厚度，大于内板(1)、外板(2)其他部位的型材厚度。
8.根据权利要求4所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：2个所述的薄壁中空铝合金型材板(20)相互插接后，在内外插片(4)之间形成一个60°-80°的焊接坡口(6)。
9.根据权利要求4所述的高速轨道车辆车体的车顶结构，其特征在于：在所述内板(1)和外板(2)之间，相邻2个斜筋板(3)的长度比例在1∶(0.8-1.3)之间。
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Address after: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10 Patentee after: CHINA RAILWAY CORPORATION Patentee after: CRRC QINGDAO SIFANG CO., LTD. Address before: 100844 Fuxing Road, Beijing, Haidian District, No. 10 Patentee before: CHINA RAILWAY CORPORATION Patentee before: CSR Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd. |