CN104066639A - 具备低车顶构体的铁道车辆 - Google Patents

Abstract

在车顶上部可设置空调设备（5）的铁道车辆具备：具有开口部（10）的车顶构体（1）；设置于开口部（10）上，并具有剖视时凹入的凹部（3），且能够在凹部（3）上载置空调设备（5）的低车顶主体（20）；和从低车顶主体（20）连续形成且与车顶构体（1）接合的低车顶主体周缘部（22）；低车顶主体（20）及低车顶主体周缘部（22）由塑料制成。

Description

具备低车顶构体的铁道车辆

技术领域

本发明涉及具备低车顶构体的铁道车辆。

背景技术

铁道车辆通常具备构成车身的上表面的车顶构体。在这里，由于建筑极限的制约、外观设计方面的原因，已知与车顶构体的外表面相比向车内侧凹入而变低从而可以搭载空调设备等的结构（参照专利文献1）。以下，将比车顶构体的其他部位低的结构部分称为低车顶构体。专利文献1记载的低车顶构体是，将载置空调设备的平坦部和为了在其宽度方向两侧上与侧构体接合而竖立的竖立部分别由铝合金制的挤压构件形成，将平坦部和竖立部通过焊接或摩擦搅拌接合进行接合而构成。借助于此，专利文献1能够在防止因结合部导致的强度下降和噪声的产生的同时容易地进行安装作业。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2007-261345号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，由于低车顶构体自身很少受到较大的载荷等，因此从谋求铁道车辆整体的轻量化的观点考虑，也同样理想的是使低车顶构体形成为薄板结构。然而，专利文献1的低车顶构体使用截面相同的型材，并且整体的厚度较大，因此存在阻碍轻量化的问题。又，车顶构体暴露在风雨中，因此在使用载置有空调机等的低车顶构体时需要实施防水处理等。然而，专利文献1的低车顶构体没有提出任何关于防水处理的内容。因此，本发明的目的是提供谋求低车顶构体及铁道车辆整体的轻量化，又具备具有防水结构的低车顶构体的铁道车辆。

解决问题的手段：

在车顶上部可设置空调设备的根据本发明的铁道车辆具备：具有开口部的车顶构体；设置于所述开口部上，并具有剖视时凹入的凹部、或俯视时开设有通过孔的载置部，且能够在所述凹部、或所述载置部上的所述通过孔的周缘部上载置所述空调设备的低车顶主体；和构成车顶的一部分，并从所述低车顶主体连续形成且与所述车顶构体接合的低车顶主体周缘部；所述低车顶主体及所述低车顶主体周缘部由塑料制成。在这里，塑料包括各种复合材料，例如CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics，碳纤维增强塑料）和GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastics，玻璃纤维增强塑料）等的纤维增强塑料。根据所述结构，通过由塑料构成低车顶主体及其周缘部，以此可以谋求低车顶构体及铁道车辆全体的轻量化。又，由塑料形成所述低车顶主体及其周缘部，因此即使该低车顶主体例如为复杂的三维形状，也容易应对该状况。

发明效果：

根据本发明，可以提供具备谋求低车顶构体及铁道车辆全体的轻量化，又具有防水结构的低车顶构体的铁道车辆。

附图说明

图1是实施形态的低车顶构体的立体图；

图2是从A方向观察图1所示的低车顶构体的侧视图；

图3是将图1所示的低车顶构体在包含B-B线的面上剖切并观察的剖视图；

图4是图3的C部的放大图；

图5是图4的F部的放大图；

图6中的（a）～（c）是图3的D部的放大图；

图7是图3的E部的放大图；

图8是示出低车顶构体的变形例的剖视图；

图9是图7所示的低车顶构体的防水结构的变形例。

具体实施方式

1.实施形态；

1-1.整体结构的概要；

1-2.低车顶主体的结构；

1-3.低车顶主体与车顶构体的安装结构；

1-4.低车顶构体的防水结构；

1-5.低车顶主体的安装方法；

2.低车顶主体的变形例；

3.低车顶构体的防水结构的变形例；

4.其他变形例；

5.各结构的效果。

[1.实施形态]

[1-1.整体结构的概要]

图1是示出具备根据本实施形态的低车顶构体2的铁道车辆构体的图。铁道车辆构体是具备两个侧构体100、构成下表面的底架（未图示）、设置于车辆长度方向端部的两个端部构体200和包含构成上表面的低车顶构体2的车顶构体1而构成。如图1所示，铁道车辆的车顶构体1的上表面形成为使突出部分朝向上方的圆弧状。在车顶构体1的车辆宽度方向的大致中央部上形成有可设置作为低车顶构体2的主体部分的低车顶主体20的矩形状的第一开口10。此外，如图3所示，在低车顶主体20的上部通过橡胶制的密封构件25安装有可装卸的圆弧状的盖23，从而构成车顶构体1的一部分。

[1-2.低车顶主体的结构]

如图1至图3所示，低车顶主体20俯视时形成为矩形，在上表面形成有第二开口21。低车顶主体20具备设置于第二开口21的周缘的周缘部22、设置于周缘部22的下方的凹部3、和连接周缘部22与凹部3的上端的阶梯部4而构成。周缘部22由CFRP和GFRP等的增强塑料形成，通过框架6安装于车顶构体1上。另外，周缘部22·框架6·车顶构体1的安装结构在后面叙述。

阶梯部4如图3及图4所示具有包含从凹部3的上端向外方延伸的水平面42的平坦部40和从低车顶主体20的上端向下延伸的侧壁41，并形成在低车顶主体20的周面全周上。另外，侧壁41在图4中形成为垂直壁，但是不限于此，也可以倾斜。凹部3具有周壁30和底部31，在内部设置有空调设备5。该空调设备5在周缘部具有腿部51，该腿部51通过填充物（packing）53安装于阶梯部4的平坦部40上（参照图3）。即，平坦部40构成载置空调机5的载置部44。周壁30如图1及图2所示包含：形成于其长度方向的侧表面上，使空气在与车外之间出入的第二透孔35；和分别形成于宽度方向的侧表面上，用于将来自于空调设备5的调和空气输送至车内的第三透孔36、使空调设备5的电线等通过的第四透孔37。另外，周壁30与周缘部22相同地由增强塑料形成。

在底部31，如图1及图3所示形成有用于将来自于车内的空气引入至凹部3并导入至空调设备5中的第一透孔34。另外，如图2所示，在底部31的车内侧的下表面，与顶板内装板一起安装有车内灯50和吊手架等。底部31是如图6（a）、（b）所示由利用增强塑料形成的两张面板33、和设置于面板33之间的芯材32构成的三明治结构。在这里，芯材32如图6（a）所示形成为蜂窝结构，例如由铝合金或不锈钢等的金属、或塑料和纸等构成。另外，如图6（b）所示，对于芯材32也可以使用发泡树脂。像这样，通过将底部31形成为三明治结构，以此可以得到用于安装顶板内装品的充分的强度，与由板和骨架构成的骨皮结构相比，可以谋求轻量化。此外，通过形成为三明治结构，以此可以抑制底部31的厚度，因此可以确保低车顶部上的客室顶板高度，即使是具备低车顶构体的铁道车辆也可以得到充分的车内空间。

另外，底部31如图6（c）所示可以形成为由增强塑料构成的波板结构，通过该结构可以在保持轻量且抑制厚度的同时确保希望的刚性。在该情况下，底部31形成为将峰部31a和谷部31b交替地连续设置的结构。又，低车顶主体20具备周缘部22、凹部3和阶梯部4，但是也可以将它们一体地成型。借助于此，可以改善低车顶主体20的水密性·刚性·组装性，并且可以降低制造成本。

[1-3.低车顶主体和车顶构体的安装结构]

接着，说明低车顶主体20与车顶构体1的安装结构。如图4所示，金属制的框架6的一端焊接接合于车顶构体1的第一开口10侧的端部上表面上。另一方面，框架6的另一端配置在低车顶主体20的周缘部22的下表面，例如通过铆钉紧固。框架6在俯视时以与周缘部22的整个下表面对置的形式形成为矩形。图5是图4的F部的放大图。在低车顶主体20的周缘部22上设置有第一贯通孔24，在框架6的另一端上设置有与第一贯通孔24匹配的第二贯通孔60。在第一贯通孔24和第二贯通孔60中，从低车顶主体20的周缘部22的上侧插入有铆钉8的轴体80，通过紧固轴体80的梢端部，以此紧固框架6和低车顶主体20。在这里，在铆钉8的头部81的周面上涂布密封材料，从而防止雨水从两个贯通孔24、60浸入。

根据如上述那样的结构，不存在增强塑料制的低车顶主体20的周缘部22因焊接热而受损的情况。又，铆钉8在被紧固的状态下其轴体80的周面与两个贯通孔24、60的周面紧密接触，因此即使在车辆行驶时剪切载荷施加于低车顶构体2的情况下，由于剪切载荷由铆钉8的轴体80的整个周面承受，因此可以提高框架6与低车顶主体20的抵抗剪切载荷的接合强度。又，如图4及图5所示，低车顶主体20的周缘部22、框架6、车顶构体1以阶梯状向外侧下降的形式配置，从而朝车宽方向外侧向下倾斜。因此，不存在在周缘部22与框架6的安装处和框架6与车顶构体1的安装处有雨水等积留的现象。又，即使万一发生框架6与周缘部22的接合被解除的情况，低车顶主体20也不会落下来。

[1-4.低车顶构体的防水结构]

接着说明低车顶构体的防水结构。如图7所示，盖23覆盖第二开口21且载置于周缘部22的端部上表面。如上所述，为了使盖23容易装卸，而对周缘部22和盖23之间实施如密封构件25那样的简单的防水处理。因此，在洗车时或暴露于大量雨水等的情况下，存在该水进入低车顶主体20内的情况。因此，在本实施形态中，在低车顶构体20中配备防水结构。

即，如图7所示，在阶梯部4的平坦部40上设置有向上突出且在低车顶主体20的全周上连续形成的突部45和位于突部45与侧壁部41之间的排液孔47。在这里，突部45构成载置空调设备5的载置部44，并且可以将该突部45与平坦部40一体成型，也可以作为另一构件设置。又，或者可以使突部45形成为如图6（a）、（b）所示那样的三明治结构，由此可以确保充分的强度。另外，突部45也可以由增强塑料制、金属制、橡胶制等的各种材料形成。通过这样的结构，即使在雨水等落到低车顶主体20的水平面42上的情况下，也因通过该突部45拦截而不会发生进入凹部3及车内的情况。又，设置排液孔47，因此被突部45拦截的雨水排出至车外。

[1-5.低车顶主体的安装方法]

在将低车顶主体20安装于车顶构体1上时，预先将框架6通过焊接安装于车顶构体1上。之后，从第一开口10的上侧向第一开口10插入低车顶主体20，并也可以考虑将框架6和低车顶主体20的周缘部22通过铆钉8进行接合。然而，实际上在框架6与低车顶主体20的周缘部22的接合中所使用的铆钉8全部多达数百个。在车顶构体1的框架6上放置低车顶主体20的周缘部22的状态下紧固接合多达数百个的铆钉8时，其安装工时会增多，作业性差。又，如上所述，在铆钉8的头部81的周面涂布密封材料，但是不得不从车顶构体1的上方涂布，因此作业性差。因该作业性差的问题，而容易发生该密封材料的涂布状态不均匀等问题，从而存在该密封材料的耐久性也成问题的担忧。因此，在本实施形态中，通过以下的步骤将低车顶主体20安装于车顶构体1上。

首先，在安装车顶构体1和低车顶主体20的工序之外的工序（例如CFRP成型工序）中，将框架6配置在低车顶主体20的周缘部22下侧。将第一贯通孔24和第二贯通孔60配合后，使铆钉8的轴体80从低车顶主体20的周缘部22的上侧通过两个贯通孔24、60。接着，紧固铆钉8的轴体80的下端部，而将低车顶主体20的周缘部22和框架6进行接合。然后，在铆钉8的头部81周面上涂布密封材料。将安装了该框架6的低车顶主体20从第一开口10的上方插入至该第一开口10中。借助于此，框架6与车顶构体1的第一开口10的周缘部22接触。之后，将框架6与车顶构体1通过焊接进行安装。这样，可以在专用工厂中安装框架6与低车顶主体20的周缘部22，因此可以通过自动机械而不是手动地紧固铆钉8。因此，作业性得到改善。又，在密封材料涂布作业中其作业性也较好，因此可以执行高精度的作业。

之后，在凹部3的内侧容纳空调设备5，在突部45的上表面放置空调设备5的腿部51。此时，也可以在突部45上设置定位突起46，在腿部51的下表面开设与该定位突起46嵌合的嵌合孔52，在该嵌合孔52中设置该定位突起46（参照图7）。通过在作为空调设备5的安装部分的定位突起46上卷绕并使用填充物53等，以此可以防止雨水等进入凹部3内。最后在低车顶主体20的第二开口21上盖上盖23。

[2.低车顶主体的变形例]

图8是示出低车顶主体20的变形例的剖视图。对于本变形例，低车顶主体20具备周缘部22和阶梯部4而构成，而并没有设置凹部3。这是因为在车顶上施加的载荷不大的情况下，例如在吊手架等的受到比较大的载荷的内装部件并没有安装于车顶构体1的底面上的情况下，可以省略凹部3。阶梯部4如上所述具有包含水平面42的平坦部40、和从低车顶主体20的上端向下延伸后与该平坦部40连接的侧壁41而构成，并在低车顶主体20的周面全周上形成。在平坦部40的中央开设有与第二开口21连接的通过孔43，在平坦部40上，在作为该通过孔43的周缘部的水平面42上通过填充物53载置有空调设备5的腿部51。即，平坦部40形成空调设备5的载置部44。空调设备5可以直接取入车内的空气。

在本变形例中，并没有设置凹部3，因此可以将低车顶主体20及车顶构体1进一步轻量化。又，通过不设置凹部3，可以确保车辆构体的低车顶部上的客室顶板高度，与设置凹部3的情况相比更加容易得到充分的车内空间。另外，尽管图8中未图示，但是也可以为了防止落到水平面42上的雨水等进入车内，而如上述实施形态中所述那样在平坦部40上设置突部45和排液孔47（参照图7）。在该情况下，突部45成为空调设备5的载置部44。又，车内灯50直接安装于在车顶构体1的内侧偏离空调设备5的位置或者内装的车顶面板（未图示）等上。

[3.低车顶构体的防水结构的变形例]

接着，说明低车顶构体的防水结构和空调设备5的设置的变形例。对于其他结构，与上述实施形态的结构相同，因此省略说明。图9是低车顶主体20的水平部42的放大图。在图9中，具备在水平部42的端部上向上突出的突部45、和设置于突部45与阶梯部4之间的排液孔47这一点上与使用上述图7示出的实施形态相同，但是在排液孔47和突部45之间配备空调设备5的安装座55这一点上不相同。在空调设备5的安装座55上载置有空调设备5的腿部51，该安装座55构成空调设备5的载置部44。又，在腿部51和突部45的间隙内设置有密封橡胶53。借助于此，与上述实施形态相同地不会发生雨水进入凹部3中的情况。

[4.其他变形例]

在上述实施形态中，将框架6和低车顶主体20的周缘部22通过铆钉8进行接合，但是也可以通过粘接剂进行接合。又，在通过高压釜（autoclave）成型和注射（infusion）成型等形成低车顶主体20时，也可以使用将框架6也一同粘合的共粘合（co-bond）法。在这些情况下，不需要执行使用铆钉8的情况下进行的对铆钉8的头部81的密封件涂布。然而，如上所述，框架6和车顶构体1是通过焊接接合，因此该焊接热传递至低车顶主体20的周缘部22，而存在粘接剂和周缘部22自身被损伤的担忧。尤其是，在框架6与低车顶主体20的周缘部22之间的接触面积较大时，传递至低车顶主体20的周缘部22的焊接热的热量较大。

因此，在这样的情况下，只要通过如激光焊接、激光电弧混合焊接、CMT（Cold Metal Transfer，冷金属过渡）那样的低热输入焊接将框架6和车顶构体1进行焊接即可。借助于此，抑制在焊接时传递至低车顶主体20的周缘部22的焊接热的热量，可以减少粘接剂和周缘部22自身的损伤。当然，在将框架6和低车顶主体20的周缘部22通过铆钉8进行接合的情况下，也可以对于框架6和车顶构体1的焊接使用低热输入焊接。

又，也可以使用螺栓进行框架6与低车顶主体20的周缘部22的接合。又，或者也可以通过各种组合如通过铆钉与粘接剂的并用、螺栓与粘接剂的并用进行的接合等进行接合。另外，也可以代替上述实施形态，而使周壁30形成为使用面板和芯材的三明治结构。又，在上述实施形态中，作为一个示例使用了CFRP和GFRP等，但是不限于此，也可以是其他的增强塑料。此外，在上述实施形态中，在平坦部40上载置有空调设备5的腿部51。然而，代替该结构，也可以在凹部3的底部31上设置垫片（未图示），在该垫片上载置空调设备5的底面。

[5.各结构的效果]

在各实施形态中，车顶构体具有向开口部延伸的金属制的框架，框架与车顶构体及低车顶主体周缘部接合。通过该结构，可以使车顶构体和框架通过焊接接合，因此作业性好。在各实施形态中，车顶构体具有向开口部延伸的金属制的框架，框架和低车顶主体周缘部通过铆钉或粘接剂接合。根据该结构，可以使由增强塑料形成的低车顶主体周缘部和框架通过铆钉或粘接剂预先接合，因此可以提高两者的接合的作业性、品质及强度。

在各实施形态中，车顶构体具有向开口部延伸的金属制的框架，低车顶主体的周缘部的下表面与框架的一端的上表面接合，车顶构体的上表面与框架的另一端的下表面接合。根据该结构，低车顶主体的周缘部、框架、车顶构体以向外侧阶梯状下降的形式配置，由于朝车宽方向外侧向下倾斜，因此不会发生雨水等积留在周缘部与框架的安装处、和框架与车顶构体的安装处等的情况。又，即使万一框架与周缘部的接合被解除的情况下，也不会发生低车顶主体掉落的情况。在各实施形态中，车顶构体具有向开口部延伸的金属制的框架，框架的一端与低车顶主体周缘部接合，框架的另一端通过低热输入焊接与车顶构体接合。根据该结构，使框架和车顶构体通过低热输入焊接接合，因此不会发生由增强塑料形成的低车顶主体周缘部因焊接热而劣化的情况。

在各实施形态中，低车顶主体在低车顶主体周缘部的内侧还具有包含载置部的阶梯部，该阶梯部的载置部包含向垂直方向上方延伸的突部，在突部和低车顶主体周缘部之间还设置有排液孔。根据该结构，即使雨水从低车顶主体周缘部进入，也通过突部拦截雨水，从而防止雨水进入凹部或空调设备中。又，可以将雨水通过排液孔排出至车顶构体的外部。突部可以作为空调设备的安装座使用，但是如果使具有防水功能的突部和空调设备的安装座相分开，则可以使安装座的结构变得简单。根据该结构，可以一体成型阶梯部和突部。又，也可以使突部形成为三明治结构，因此可以确保充分的强度。

在各实施形态中，凹部的底部是具有增强塑料制的两个面板、和设置于各面板间的芯材的三明治结构。又，芯材也可以是蜂窝结构或发泡树脂。根据该结构，与由金属形成凹部的底面全体的情况相比可以谋求轻量化，并且可以确保充分的强度。在各实施形态中，凹部的底部是峰部和谷部沿着车辆宽度方向连续设置的增强塑料制的波板结构。根据该结构，与由金属形成凹部的底面全体的情况相比可以谋求轻量化，并且可以确保充分的强度。又，可以形成为薄板结构，因此可以得到充分的客室的顶板高度。

在各实施形态中，还具备覆盖低车顶主体的上部的盖构件，盖构件的端部下表面通过密封构件载置在低车顶主体周缘部的凹部侧端部的上表面。根据该结构，可以确保防水性能，并且可以在低车顶主体上容易装卸盖构件。由上述说明，本领域技术人员明了本发明的较多的改良和其他实施形态等。因此，上述说明仅作为例示解释，是以向本领域技术人员教导实施本发明的一个形态为目的而提供的。在不脱离本发明的精神的范围内，可以实质上变更其结构和/或功能的具体内容。

工业应用性：

本发明在应用于具备低车顶构体的铁道车辆时有益处。

符号说明：

1 车顶构体；

2 低车顶构体；

3 凹部；

4 阶梯部；

5 空调设备；

6 框架；

8 铆钉；

10 第一开口；

20 低车顶主体；

21 第二开口；

22 周缘部；

23 盖；

24 第一贯通孔；

30 周壁；

31 底部；

34 第一透孔；

35 第二透孔；

36 第三透孔；

37 第四透孔；

40 平坦部；

41 侧壁部；

42 水平面；

43 通过孔；

44 载置部；

45 突部；

47 排液孔；

50 内装板；

60 第二贯通孔；

80 轴体；

81 头部；

100 侧构体；

200 端构体。

Claims (12)

1.一种铁道车辆，是能够在车顶上部设置空调设备的铁道车辆，具备：

具有开口部的车顶构体；

设置于所述开口部上，并具有剖视时凹入的凹部、或俯视时开设有通过孔的载置部，且能够在所述凹部、或所述载置部上的所述通过孔的周缘部上载置所述空调设备的低车顶主体；和

从所述低车顶主体连续形成且与所述车顶构体接合的低车顶主体周缘部；

所述低车顶主体及所述低车顶主体周缘部由塑料制成。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆，其特征在于，

所述车顶构体具有向所述开口部延伸的金属制的框架；

所述框架与所述车顶构体及低车顶主体周缘部接合。

3.根据权利要求1或2所述的铁道车辆，其特征在于，

所述车顶构体具有向所述开口部延伸的金属制的框架；

所述框架和所述低车顶主体周缘部通过铆钉或粘接剂接合。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

所述车顶构体具有向所述开口部延伸的金属制的框架；

所述低车顶主体周缘部的下表面与所述框架的一端的上表面接合；

所述车顶构体的上表面与所述框架的另一端的下表面接合。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

所述车顶构体具有向所述开口部延伸的金属制的框架；

所述框架的一端与所述低车顶主体周缘部接合；

所述框架的另一端通过低热输入焊接与所述车顶构体接合。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

所述低车顶主体在所述低车顶主体周缘部的内侧还具有包含所述载置部的阶梯部；

所述阶梯部的所述载置部包含向垂直方向上方延伸的突部，在所述突部和所述低车顶主体周缘部之间还设置有排液孔。

7.根据权利要求6所述的铁道车辆，其特征在于，

所述突部是所述空调设备的安装座。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

所述凹部的底部是具有增强塑料制的两个面板、和设置于各所述面板间的芯材的三明治结构。

9.根据权利要求8所述的铁道车辆，其特征在于，所述芯材是蜂窝结构或由发泡树脂制成。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

所述凹部的底部是峰部和谷部沿着车辆宽度方向连续设置的增强塑料制的波板结构。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

还具备覆盖所述低车顶主体的上部的盖构件；

所述盖构件的端部下表面通过密封构件载置于所述低车顶主体周缘部的所述凹部侧端部的上表面上。

12.根据权利要求1至10中任意一项所述的铁道车辆，其特征在于，

至少所述低车顶主体及所述低车顶周缘部是通过一体成型而构成。