CN104309618A - 一种轻量化轨道车辆车体结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化轨道车辆车体结构。所述车体结构包括由两根顶盖长梁和两根顶盖边梁组成车体上部承力梁、作为车体下部承力梁的两根底架边梁、由客室门立柱、侧墙支撑梁和司机室门立柱连接所述车体上部承力梁和车体下部承力梁而构成框架结构；所述框架结构和底架端部结构、司机室骨架、端墙骨架固定相连而构成骨架结构；由位于两顶盖长梁之间的圆弧顶盖、顶盖隔墙、空调底板、受电弓底板、底架地板以及侧墙板而构成蒙皮结构；所述顶盖边梁与底架边梁之间通过整体的侧墙支撑梁固定相连；所述空调底板和受电弓底板为同一高度的同一平台；所述底架边梁具有悬挂车下设备的结构。本发明在保证结构强度的前提下，车辆车体减重约1/10。

Description

一种轻量化轨道车辆车体结构

技术领域

本发明涉及一种轻量化轨道车辆车体结构，属于轨道交通车辆车体结构领域。

背景技术

目前国内地铁车辆能满足承压1000kN载荷的B型铝合金车体每节车重量一般在6.7t以上，承压1200kN载荷的A型铝合金车体每节车重量一般在8.5t以上。车体底架地板、侧墙板、空调安装平台等部位强度冗余较多, 而采用开口型材的圆弧顶盖刚度较小，不能起到很好的承载作用。地铁运营商为节能降耗，对车辆的重量控制越来越严格，同时还在降噪方面提出设置铝蜂窝地板或隔音板等重量较大的部件，导致原有车体结构越来越不满足社会发展和市场需求。

发明内容

本发明旨在提供一种轻量化轨道车辆车体结构，该车体结构利用底架边梁悬挂方式提高车体刚度，适当减少底架地板等部件的强度冗余，在强度薄弱的位置加强，使车体满足高抗拉压性能的同时，将车辆车体减重约1/10，实现车体的轻量化。同时可将重量空间提供给其他功能性设施，增强车辆的舒适性能，提高了车辆产品的市场竞争力。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轻量化轨道车辆车体结构，包括由两根顶盖长梁和两根顶盖边梁组成车体上部承力梁、作为车体下部承力梁的两根底架边梁、由客室门立柱、侧墙支撑梁和司机室门立柱连接所述车体上部承力梁和车体下部承力梁而构成框架结构；所述框架结构和底架端部结构、司机室骨架、端墙骨架固定相连而构成承担车体主要纵向力和垂向力的骨架结构；由位于两顶盖长梁之间的圆弧顶盖、顶盖隔墙、空调底板、受电弓底板、位于两底架边梁之间的底架地板、以及位于客室门立柱之间和司机室门立柱之间的侧墙板而构成承担车体剪切力并将乘客载荷传递给车体骨架的蒙皮结构；所述顶盖边梁与底架边梁之间通过整体的侧墙支撑梁固定相连；所述空调底板和受电弓底板为同一高度的同一平台；所述底架边梁具有悬挂车下设备的结构。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

所述圆弧顶盖由封闭的中空型材制成。

所述底架地板底部仅设有布线用的C型槽，每个C型槽处均由地板筋板支撑。

所述底架边梁上部设由交汇于一点的边梁筋板一和边梁筋板二，该交汇点位于所述客室门立柱和司机室门立柱的内侧与所述底架边梁的连接处。

所述底架边梁下部向内侧延伸有边梁筋板四，该边梁筋板四与用来安装车下设备的悬挂梁固定相连；所述悬挂梁的两端直接与底架边梁相连。更进一步地，所述边梁筋板四处的型材腔内部设置边梁筋板三。

所述悬挂梁和边梁筋板四之间设置弹性元件。

所述顶盖边梁、司机室门横梁和司机室门立柱的连接处，司机室门横梁具有坡度；所述顶盖边梁的端头分别设置边梁端头缺口，所述司机室门立柱的端头分别设置门立柱连接缺口；所述边梁端头缺口和门立柱连接缺口均内嵌连接厚板。

所述顶盖边梁的下部边梁连接腔的内侧设有角焊缝，所述顶盖边梁通过该角焊缝与所述连接厚板焊接连接。

所述顶盖边梁的门洞两端位置开有边梁门洞缺口，所述客室门立柱上设有置于所述边梁门洞缺口内与客室门立柱配合相连的立柱上端筋板。

所述顶盖长梁设有用于与所述空调底板和受电弓底板相连的空调受电弓底板搭接凸台，且该空调受电弓底板搭接凸台的端头处设置半径大于100mm的长梁过渡圆弧；所述顶盖长梁上设有内装横梁搭接凸台。

所述圆弧顶盖通过搭接筋板与顶盖长梁的连接臂固定相连，且在搭接筋板与连接臂的连接处设置有交汇于该连接处的支撑筋板一和支撑筋板二。

所述圆弧顶盖与所述空调底板、受电弓底板通过顶盖隔墙相连，且所述顶盖隔墙呈F型，顶盖隔墙的上、下筋板分别与圆弧顶盖的上下表面搭接固定相连而形成封闭腔。

藉由上述结构，本发明轻量化高强度车体采用底架边梁悬挂车下设备方式提高车体刚度；对底架地板、客室门立柱、侧墙板、顶盖等结构的进行优化减重；把空调安装平台和受电弓安装平台合并为同一平台，减少连接结构。由于减重出现强度安全系数过小的门角位置，采取了调整底架边梁结构和优化司机室门横梁与客室门立柱、顶盖边梁的连接方式增强局部强度；把每个带窗户侧墙上用来固定内装侧墙板的分段撑板结构，两端延伸至连接顶盖边梁和底架边梁的整体侧墙支撑梁，增强车体横向刚度；把圆弧顶盖设置为封闭的中空型材，提高车体的整体承载性能。最终在保证车体高强度性能的条件下，实现每节车重量下降约1/10。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明车体结构简单，强度高，重量轻，整体性能好，易模块化生产。在保持A型、B型地铁车辆分别具有能承压1200和1000kN载荷的高强度性能同时，实现了车体大幅减重，每节车重量下降约1/10，具有良好的经济效益和社会效益，极大提高了地铁车辆产品的竞争力。

附图说明

图1：本发明一个实施例的车体结构爆炸图；

图2：本发明的车体底部断面图；

图3：图2中的Ⅰ放大视图；

图4：本发明的司机室门横梁与司机室门立柱连接示意图；

图5：本发明的客室门上门角示意图；

图6：本发明的车体肩部连接示意图；

图7：图6中的Ⅱ放大视图；

图8：本发明的圆弧顶盖端头连接示意图。

在图中

顶盖长梁-1；内装横梁搭接凸台-1a；空调受电弓底板搭接凸台-1b；长梁过渡圆弧-1c；连接臂-1d；顶盖边梁-2；边梁端头缺口-2a；边梁连接腔-2b；边梁门洞缺口-2c；客室门立柱-3；门立柱上端筋板-3a；底架边梁-4；边梁筋板一-4a；边梁筋板二-4b；边梁筋板三-4c；边梁筋板四-4d；侧墙板-5；搅拌摩擦焊接头-5a；底架地板-6；C型槽-6a；地板筋板-6b；侧墙支撑梁-7；司机室门立柱-8；门立柱连接缺口-8a；圆弧顶盖-9；搭接筋板-9a；支撑筋板一-9b；支撑筋板二-9c；顶盖隔墙-10；空调底板-11；受电弓底板-12；悬挂梁-13；弹性元件-14；紧固螺栓-15；连接厚板-16；司机室门横梁-17。

具体实施方式

以下以地铁车辆铝合金车体结构为例结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

一种地铁车辆铝合金车体结构，如图1示：由通长的顶盖长梁1和顶盖边梁2组成车体上部主要承力梁，底架边梁4为车体下部主要承力梁，客室门立柱3、侧墙支撑梁7和司机室门立柱8连接上部承力梁和下部承力梁构成框架结构，该框架和底架端部结构、司机室骨架、端墙骨架通过弧焊构成承担车体主要纵向力和垂向力的骨架结构。由位于两顶盖长梁1之间的圆弧顶盖9，顶盖隔墙10、空调底板11、受电弓底板12，两底架边梁4之间的底架地板6，客室门立柱3以及司机室门立柱8之间的侧墙板5构成了承担车体剪切力及把乘客载荷传递给车体骨架的蒙皮结构。为了实现车体的等强度设计，减少不必要的强度冗余，把客室门立柱3、司机室门立柱8的宽度减少20%，同时减薄型材内部筋板；把用来安装受电弓装置平台和安装空调机组的空调底板11调整为同一高度的受电弓底板12，省去了两个平台连接机构和连接焊缝，减少了车体重量；把侧墙中间的客室门立柱3之间的侧墙支撑梁7上下延伸至与顶盖长梁1和底架边梁4连接，用较少的重量较大程度提高了车体横向刚度。

图2是车体底部断面图。采用底架边梁直接安装固定车下设备，把底架地板6中原用于安装牵引制动等重型设备的型材自带C型槽取消，只留下两排布线用的C型槽6a。由于每个C型槽6a处都有两个地板筋板6b支撑，减少C型槽6a后有利于地板筋板6b重新均匀布置，可大幅减少筋板密度，降低了底架地板6的强度冗余，有效实现减重。

图3是图2中的Ⅰ放大视图。在底架边梁4上部设置边梁筋板一4a和边梁筋板二4b交汇于一点，该点恰好处在客室门立柱3和司机室门立柱8的内侧与底架边梁4的连接焊缝处，这样极大提高了车下门角的局部强度，消除了客室门立柱3和司机室门立柱8减弱给门角带来应力提升的风险，保证车体的高强度性能。同时在底架边梁4下部内侧伸出边梁筋板四4d，与用来安装车下设备的悬挂梁13连接，通过紧固螺栓15固定，在边梁筋板四4d处的型材腔内部设置边梁筋板三4c局部加强。在悬挂梁13和边梁筋板四4d之间设置弹性元件14，弹性元件14拥有一定的阻尼系数，可降低悬挂梁13给底架边梁4带来的冲击振动，避免车下设备把自身的振动传给底架地板6，再直接传递给乘客，从而提高车辆的舒适性能。同时，悬挂梁13两端直接与底架边梁4相连，相当于增大了车体的有效截面，从而大幅提高车体刚度性能，为车体轻量化提供了刚度基础。

图4是司机室门横梁与司机室门立柱连接示意图。在司机室门横梁17与顶盖边梁2及司机室门立柱8的连接处，把司机室门横梁17设置一定坡度，避免刚度突变带来强度过度集中；同时在顶盖边梁2及司机室门立柱8端头分别设置边梁端头缺口2a和门立柱连接缺口8a，用来内嵌连接厚板16，该连接厚板由挤压型材截断加工而成，具有较好的抗拉压强度，避免厚板收拉压时容易开裂。在顶盖边梁2下部边梁连接腔2b内侧增加与连接厚板16的a3角焊缝，极大缓解了顶盖边梁2外侧和司机室门立柱8与连接厚板16处的收拉压工况时的应力集中程度和车体组焊时的焊接应力，保证了司机室上门角的局部强度满足使用要求。

图5是客室门上门角示意图。在门洞两端位置把顶盖边梁2加工出边梁门洞缺口2c，同时在客室门立柱3上加工出门圆弧与边梁门洞缺口2c相似的立柱上端筋板3a，以提供运动空间给携门架以保证车门正常关闭。门立柱上端筋板3a的设置降低了上门角处焊缝的应力集中程度，把应力最大处转移到了母材上，提高了客室门上门角的局部强度。 

图6是车体肩部连接示意图。本发明车体侧墙采用搅拌摩擦焊工艺，侧墙板型材之间通过搅拌摩擦焊接头5a连接，节省了焊丝填料的重量，同时提高了焊缝强度，有利于减薄侧墙板5型材内部筋板，降低侧墙板的强度冗余。与空调底板11及受电弓底板12的连接区域，顶盖长梁1加工出空调受电弓底板搭接凸台1b与之相连，在空调受电弓底板搭接凸台的端头处设置半径大于100mm的长梁过渡圆弧1c，避免刚度突变带来的应力过度集中，这种连接方式结构简单，强度好，省去了专门与空调、受电弓安装平台连接结构，能较大幅度减重。把顶盖长梁1直接加工出内装横梁搭接凸台1a，用来固定内装横梁及立柱扶手等承力部件，这种方式把内装横梁转变为与车体骨架连接的刚性梁，增强了车体的整体刚度。

图7是图6中的Ⅱ放大视图。圆弧顶盖9的搭接筋板9a与顶盖长梁1的连接臂1d焊接相连，该筋板每边至少留有10mm的余量，以消除圆弧顶盖9组焊时焊接收缩带来装配间隙，在其相连的焊缝处设置支撑筋板一9b和支撑筋板二9c交汇于该点，保证了足够的连接强度，使中空型材的圆弧顶盖9更好发挥在整车中的刚度和抗变形性能，同时工艺易于实现。

图8是圆弧顶盖端头连接示意图。圆弧顶盖9与空调底板11、受电弓底板12通过顶盖隔墙10相连，顶盖隔墙10为F型，其上下筋板分别与圆弧顶盖9的上下表面搭接焊接固定，形成具有较大刚度和连接强度的封闭腔，避免车体纵向方向出现刚度突变，使车体具有很好的整体承载性能。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 

Claims (12)

1. 一种轻量化轨道车辆车体结构，包括由两根顶盖长梁（1）和两根顶盖边梁（2）组成车体上部承力梁、作为车体下部承力梁的两根底架边梁（4）、由客室门立柱（3）、侧墙支撑梁（7）和司机室门立柱（8）连接所述车体上部承力梁和车体下部承力梁而构成框架结构；其特征在于：所述框架结构和底架端部结构、司机室骨架、端墙骨架固定相连而构成承担车体主要纵向力和垂向力的骨架结构；由位于两顶盖长梁（1）之间的圆弧顶盖（9）、顶盖隔墙（10）、空调底板（11）、受电弓底板（12）、位于两底架边梁（4）之间的底架地板（6）、以及位于客室门立柱（3）之间和司机室门立柱（8）之间的侧墙板（5）而构成承担车体剪切力并将乘客载荷传递给车体骨架的蒙皮结构；所述顶盖边梁（2）与底架边梁（4）之间通过整体的侧墙支撑梁（7）固定相连；所述空调底板（11）和受电弓底板（12）为同一高度的同一平台；所述底架边梁（4）具有悬挂车下设备的结构。

2. 根据权利要求1所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述圆弧顶盖（9）由封闭的中空型材制成。

3. 根据权利要求1所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述底架地板（6）底部仅设有布线用的C型槽（6a），每个C型槽（6a）处均由地板筋板（6b）支撑。

4. 根据权利要求1所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述底架边梁（4）上部设由交汇于一点的边梁筋板一（4a）和边梁筋板二（4b），该交汇点位于所述客室门立柱（3）和司机室门立柱（8）的内侧与所述底架边梁（4）的连接处。

5. 根据权利要求1所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述底架边梁（4）下部向内侧延伸有边梁筋板四（4d），该边梁筋板四（4d）与用来安装车下设备的悬挂梁（13）固定相连；所述悬挂梁（13）的两端直接与底架边梁（4）相连。

6. 根据权利要求5所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述悬挂梁（13）和边梁筋板四（4d）之间设置弹性元件（14）。

7. 根据权利要求1~6之一所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述顶盖边梁（2）、司机室门横梁（17）和司机室门立柱（8）的连接处，司机室门横梁（17）具有坡度；所述顶盖边梁（2）的端头分别设置边梁端头缺口（2a），所述司机室门立柱（8）的端头分别设置门立柱连接缺口（8a）；所述边梁端头缺口（2a）和门立柱连接缺口（8a）均内嵌连接厚板（16）。

8. 根据权利要求1~6之一所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述顶盖边梁（2）的下部边梁连接腔（2b）的内侧设有角焊缝，所述顶盖边梁（2）通过该角焊缝与所述连接厚板（16）焊接连接。

9. 根据权利要求1~6之一所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述顶盖边梁（2）的门洞两端位置开有边梁门洞缺口（2c），所述客室门立柱（3）上设有置于所述边梁门洞缺口（2c）内与客室门立柱（3）配合相连的立柱上端筋板（3a）。

10. 根据权利要求1~6之一所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述顶盖长梁（1）设有用于与所述空调底板（11）和受电弓底板（12）相连的空调受电弓底板搭接凸台（1b），且该空调受电弓底板搭接凸台（1b）的端头处设置半径大于100mm的长梁过渡圆弧（1c）；所述顶盖长梁（1）上设有内装横梁搭接凸台（1a）。

11. 根据权利要求1~6之一所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述圆弧顶盖（9）通过搭接筋板（9a）与顶盖长梁（1）的连接臂（1d）固定相连，且在搭接筋板（9a）与连接臂（1d）的连接处设置有交汇于该连接处的支撑筋板一（9b）和支撑筋板二（9c）。

12. 根据权利要求1~6之一所述的轻量化轨道车辆车体结构，其特征在于，所述圆弧顶盖（9）与所述空调底板（11）、受电弓底板（12）通过顶盖隔墙（10）相连，且所述顶盖隔墙（10）呈F型，顶盖隔墙（10）的上、下筋板分别与圆弧顶盖（9）的上下表面搭接固定相连而形成封闭腔。