CN112721969A - 一种轨道车辆及其模块化车头骨架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轨道车辆及其模块化车头骨架结构，包括前后依次间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱、两个中立柱和两个后立柱，两个前立柱通过前端下横梁连接，两个前立柱顶端均向上连接第一竖向倾斜柱，两个中立柱下部各通过一个第一横向倾斜柱与一个前立柱连接，两个中立柱上部通过中部上横梁连接，两个第一竖向倾斜柱顶端通过前端上横梁连接，两个第一竖向倾斜柱顶端各通过一个第二竖向倾斜柱与中部上横梁连接，两个中立柱各通过一个第二横向倾斜柱与一个后立柱连接，中立柱、第二横向倾斜柱和后立柱组成门框，两个后立柱的顶端通过后圈梁连接，两个后立柱外侧壁设置有多个后端连接梁。能够提高载荷传递的均匀性，减小车体截面突变。

Description

一种轨道车辆及其模块化车头骨架结构

技术领域

本发明涉及轨道车辆结构技术领域，尤其涉及一种轨道车辆及其模块化车头骨架结构。

背景技术

地铁是在城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通，属于城市轨道交通的种类的一种。

列车在全封闭的线路上运行，常规情况下是，位于中心城区的线路基本设在地下隧道内，中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上，地铁是涵盖了城市地区各种地下与地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系统。

轨道车辆需要保证车辆在进入隧道时产生的压力波动能够尽可能的小，轨道车辆应加长车头的截面变换区，但是过度的加长都变换成过渡长度，会压缩客室内的空间，使得车辆的载客数量减少。

目前，依据以往的地铁项目，车头通常收型较小，进出隧道时易产生较大的压力波动，并且与车体连接位置较少，承受纵向力时应力较为集中，一般情况下，司机室骨架与车顶仅有四个连接点18，通过四个纵向梁与车顶连接，与侧墙无连接点，如图7所示，图7为现有技术中的车头骨架的结构示意图。

因此，如何提供一种模块化车头骨架结构，以提高载荷传递的均匀性，且加长车体的断面变换过渡区，减小车体截面的突变是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模块化车头骨架结构，以提高载荷传递的均匀性，且加长车体的断面变换过渡区，减小车体截面的突变。本发明的另一目的在于提供一种采用上述模块化车头骨架结构的轨道车辆。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模块化车头骨架结构，用于轨道车辆，包括前后依次间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱、两个中立柱和两个后立柱，所述前立柱、所述中立柱和所述后立柱依次远离所述车辆中心线，

两个所述前立柱之间通过前端下横梁连接，两个所述前立柱的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱，

两个所述中立柱的下部各通过一个第一横向倾斜柱与一个所述前立柱连接，两个所述中立柱的上部通过中部上横梁连接，

两个所述第一竖向倾斜柱的顶端通过前端上横梁连接，两个所述第一竖向倾斜柱的顶端各通过一个第二竖向倾斜柱与所述中部上横梁连接，

两个所述中立柱各通过一个第二横向倾斜柱与一个所述后立柱连接，所述中立柱、所述第二横向倾斜柱和所述后立柱组成门框，所述中立柱和所述后立柱为两个门立柱，所述第二横向倾斜柱为门横梁，

两个所述后立柱的顶端通过后圈梁连接，两个所述后立柱的外侧壁上设置有多个后端连接梁。

优选的，上述中部上横梁和所述后圈梁之间连接有多个空调安装梁，所述空调安装梁位于两个所述第二横向倾斜柱之间。

优选的，上述前端下横梁和所述第一横向倾斜柱与所述前立柱的连接处位于同一高度。

优选的，上述第一横向倾斜柱与所述前立柱的连接夹角设置有加强筋。

优选的，上述后端连接梁为角度调节和长度调节梁。

优选的，上述后端连接梁等间隔设置。

优选的，上述前立柱、所述中立柱、所述后立柱、所述前端下横梁、所述第一竖向倾斜柱、所述第二竖向倾斜柱、所述第一横向倾斜柱、所述第二横向倾斜柱、所述中部上横梁、所述前端上横梁均为日字型铝型材。

优选的，上述中立柱和所述后立柱上均设置有滑槽。

优选的，上述中立柱、所述后立柱和所述后端连接梁均向所述车辆中心线倾斜5°。

本发明还提供一种轨道车辆，包括车头骨架结构，所述车头骨架结构为如上述任意一项所述的模块化车头骨架结构，

所述轨道车辆的侧墙与所述后立柱的上的后端连接梁焊接，

所述轨道车辆的车顶与所述后圈梁焊接。

本发明提供的模块化车头骨架结构，用于轨道车辆，包括前后依次间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱、两个中立柱和两个后立柱，所述前立柱、所述中立柱和所述后立柱依次远离所述车辆中心线，

两个所述前立柱之间通过前端下横梁连接，两个所述前立柱的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱，

两个所述中立柱的下部各通过一个第一横向倾斜柱与一个所述前立柱连接，两个所述中立柱的上部通过中部上横梁连接，

两个所述第一竖向倾斜柱的顶端通过前端上横梁连接，两个所述第一竖向倾斜柱的顶端各通过一个第二竖向倾斜柱与所述中部上横梁连接，

两个所述中立柱各通过一个第二横向倾斜柱与一个所述后立柱连接，所述中立柱、所述第二横向倾斜柱和所述后立柱组成门框，所述中立柱和所述后立柱为两个门立柱，所述第二横向倾斜柱为门横梁，

两个所述后立柱的顶端通过后圈梁连接，两个所述后立柱的外侧壁上设置有多个后端连接梁。

本发明提供的模块化车头骨架结构，通过：

1)车头骨架与侧墙、车顶的连接采用焊接形式，提高连接点的强度，多点连接，提高载荷传递的均匀性，确保能够将纵向力均匀的传递至车体，使车体整体承载。

2)将车头骨架上的司机室侧门前移，包括在车头骨架内，并且向车体中心收型，加长变截面的过渡长度，从而加长车体的断面变换过渡区，减小车体截面的突变。

3)通过设置后端连接梁，通过调整后端连接梁的外形尺寸以及焊接角度，可以使司机室能够适应多种司机室外形的规格，形成模块化设计。

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为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的前视的三维结构示意图；

图2为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的后视的三维结构示意图；

图3为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的侧视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的日字型铝型材的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的日字型铝型材带滑槽的结构示意图；

图7为现有技术中的车头骨架的结构示意图。

上图1-7中：

前立柱1、中立柱2、后立柱3、第一竖向倾斜柱4、前端上横梁5、中部上横梁6、第二竖向倾斜柱7、空调安装梁8、后圈梁9、第二横向倾斜柱10、后端连接梁11、第一横向倾斜柱12、前端下横梁13、日字型铝型材14、滑槽15、加强筋16、车门中心线17、四个连接点18。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图6，图1为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的前视的三维结构示意图；图2为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的后视的三维结构示意图；图3为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的俯视结构示意图；图4为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的侧视结构示意图；图5为本发明实施例提供的日字型铝型材的结构示意图；图6为本发明实施例提供的日字型铝型材带滑槽的结构示意图。

本发明实施例提供的模块化车头骨架结构，用于轨道车辆，包括前后依次间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱1、两个中立柱2和两个后立柱3，前立柱1、中立柱2和后立柱3依次远离车辆中心线，自车头的最前端开始形成变截面，从而加长变截面的过渡长度，

两个前立柱1之间通过前端下横梁13连接，两个前立柱1的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱4，

两个中立柱2的下部各通过一个第一横向倾斜柱12与一个前立柱1连接，第一横向倾斜柱12形成了前立柱1和中立柱2之间的向车体的两侧外侧的缓慢倾斜的过渡，

两个中立柱2的上部通过中部上横梁6连接，

两个第一竖向倾斜柱4的顶端通过前端上横梁5连接，两个第一竖向倾斜柱4的顶端各通过一个第二竖向倾斜柱7与中部上横梁连接6，

第一竖向倾斜柱4和第二竖向倾斜柱7形成了前立柱1和中立柱2之间的向上的缓慢倾斜的结构，自车头的最前端开始形成变截面，从而加长变截面的过渡长度，

两个中立柱2各通过一个第二横向倾斜柱10与一个后立柱3连接，第二横向倾斜柱10形成了中立柱2和后立柱3之间的向车体的两侧外侧的缓慢倾斜的过渡，

中立柱2、第二横向倾斜柱10和后立柱3组成门框，中立柱2和后立柱3为两个门立柱，第二横向倾斜柱10为门横梁，从而相对于现有技术中的车头骨架，将车头骨架上的司机室侧门前移。

两个后立柱3的顶端通过后圈梁9连接，两个后立柱3的外侧壁上设置有多个后端连接梁11。

本发明实施例提供的模块化车头骨架结构，通过：

1)车头骨架与侧墙、车顶的连接采用焊接形式，提高连接点的强度，多点连接，提高载荷传递的均匀性，确保能够将纵向力均匀的传递至车体，使车体整体承载。

2)将车头骨架上的司机室侧门前移，包括在车头骨架内，并且向车体中心收型，加长变截面的过渡长度，从而加长车体的断面变换过渡区，减小车体截面的突变。如图3所示，图3中标号L1为本发明实施例提供的模块化车头骨架结构的长度，标号L2为门框，即侧门开口的尺寸，车门中心线17是倾斜的。

3)通过设置后端连接梁11，通过调整后端连接梁11的外形尺寸以及焊接角度，可以使司机室能够适应多种司机室外形的规格，形成模块化设计。

本发明提供的模块化车头骨架结构，是一种优化了纵向受力，降低气动压力的模块化通用型可调节的车头司机室骨架结构。

本发明实施例提供的模块化车头骨架结构，能够：

1)提高司机室骨架的纵向承载能力；

2)提高车辆在通过隧道时的空气动力学性能；

3)仅通过调整后端连接梁11的长度及角度即可适应不同的司机室外形要求，可以实现模块化设计，提高司机室骨架的通用性以及设计效率。

为了进一步优化上述方案，中部上横梁6和后圈梁9之间连接有多个空调安装梁8，空调安装梁8位于两个第二横向倾斜柱10之间。能够提高结构强度，且同时为空调安装提供位置。

并且，后端连接梁11的高度高于中部上横梁6的高度，空调安装梁8为倾斜设置，形成了中立柱2和后立柱3之间的向上的缓慢倾斜的结构，如图4中标号∠2所示，为流线收型角度。

为了进一步优化上述方案，前端下横梁13和第一横向倾斜柱12与前立柱1的连接处位于同一高度。有利于提高结构强度。

为了进一步优化上述方案，第一横向倾斜柱12与前立柱1的连接夹角设置有加强筋16。提高连接强度。

为了进一步优化上述方案，后端连接梁11为角度调节和长度调节梁。即可以通过调整后端连接梁11的外形尺寸以及焊接角度，可以使司机室能够适应多种司机室外形的规格，形成模块化设计。

为了进一步优化上述方案，后端连接梁11等间隔设置，提高载荷传递的均匀性。

为了进一步优化上述方案，前立柱1、中立柱2、后立柱3、前端下横梁13、第一竖向倾斜柱4、第二竖向倾斜柱7、第一横向倾斜柱12、第二横向倾斜柱10、中部上横梁6、前端上横梁5等主受力梁均为日字型铝型材，如图5所示。

为了进一步优化上述方案，中立柱2和后立柱3上均设置有滑槽15，如图6所示。方便车门附件的安装，降低司机室的复杂度。

为了进一步优化上述方案，中立柱2、后立柱3和后端连接梁11均向车辆中心线倾斜5°，如图3中标号∠1所示，为流线收型角度。实现加长车头的截面变换区且保证客室内的空间不变。

本发明实施例还提供一种轨道车辆，包括车头骨架结构，车头骨架结构为如上述任意一项实施例所述的模块化车头骨架结构，

轨道车辆的侧墙与后立柱3的上的后端连接梁11焊接，

轨道车辆的车顶与后圈梁9焊接。

本发明提供的模块化车头骨架结构，也可称为司机室骨架，本技术方案中的司机室骨架主要由铝合金型材焊接而成。

其中，横梁及纵梁为主受力梁，为直的日字型铝型材，如图4所示，顶部为安装司机室空调的安装梁，即空调安装梁8。后端采用一个长度较长的后圈梁9以及多个后端连接梁11与车体焊接，确保能够将司机室承受的纵向力均匀的传递至车体断面。

另外，后端连接梁11由于是单独设置，用于连接司机室骨架主体与侧墙结构，可以通过调整后端连接梁11的外形尺寸以及焊接角度来改变整个司机室骨架在车辆布置中的位置，司机室骨架主体不做或做很小的变更即可适应各种不同的司机室外形，为模块化设计。

为了保证车辆在进入隧道时产生的压力波动能够尽可能的小，车辆应加长车头的截面变换区，但是过度的加长变换过渡长度，会压缩客室内的空间，使得车辆的载客数量减少，而为了使车辆为能够保证客室内的空间不变，本发明提供的模块化车头骨架结构，将两侧侧门前移与侧墙分离，包括两个司机室侧门门立柱以及后端连接梁11在内的结构件均向车体中心倾斜约5°，如图3中标号∠1所示，为使车头截面过渡圆滑，两侧门立柱与车体外轮廓相近的折弯型材，同时为方便车门附件的安装，降低司机室的复杂度，门立柱型材断面为带有滑槽15的日字型断面，如图5所示。

经仿真测试，得到的本发明提供的模块化车头骨架结构在承受纵向压缩时的司机室骨架强度仿真结果，可以发现司机室骨架由于传力节点较多，传递的较为均匀，与车顶和侧墙的连接点均没有出现较大的应力集中。

本发明提供的模块化车头骨架结构：

1)与车体多点连接，确保载荷传递的均匀性；

2)将车门整体前移，包括门立柱至司机室区域，并且向车体中心收型，加长了车体的断面变换过渡区，减小了车体截面的突变，有效提高车辆在隧道内运行的舒适性；

3)专门设置独立焊接的后端连接梁11，可以通过调整后端连接梁11的外形尺寸以及焊接角度，即可实现整个司机室骨架的位置调整，以适应不同的司机室外形要求，形成模块化设计，提高司机室骨架的通用性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种模块化车头骨架结构，用于轨道车辆，其特征在于，包括前后依次间隔设置且相对车辆中心线对称设置的两个前立柱、两个中立柱和两个后立柱，所述前立柱、所述中立柱和所述后立柱依次远离所述车辆中心线，

两个所述前立柱之间通过前端下横梁连接，两个所述前立柱的顶端均向上连接一个第一竖向倾斜柱，

两个所述中立柱的下部各通过一个第一横向倾斜柱与一个所述前立柱连接，两个所述中立柱的上部通过中部上横梁连接，

两个所述第一竖向倾斜柱的顶端通过前端上横梁连接，两个所述第一竖向倾斜柱的顶端各通过一个第二竖向倾斜柱与所述中部上横梁连接，

两个所述中立柱各通过一个第二横向倾斜柱与一个所述后立柱连接，所述中立柱、所述第二横向倾斜柱和所述后立柱组成门框，所述中立柱和所述后立柱为两个门立柱，所述第二横向倾斜柱为门横梁，

两个所述后立柱的顶端通过后圈梁连接，两个所述后立柱的外侧壁上设置有多个后端连接梁。

2.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述中部上横梁和所述后圈梁之间连接有多个空调安装梁，所述空调安装梁位于两个所述第二横向倾斜柱之间。

3.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述前端下横梁和所述第一横向倾斜柱与所述前立柱的连接处位于同一高度。

4.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述第一横向倾斜柱与所述前立柱的连接夹角设置有加强筋。

5.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述后端连接梁为角度调节和长度调节梁。

6.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述后端连接梁等间隔设置。

7.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述前立柱、所述中立柱、所述后立柱、所述前端下横梁、所述第一竖向倾斜柱、所述第二竖向倾斜柱、所述第一横向倾斜柱、所述第二横向倾斜柱、所述中部上横梁、所述前端上横梁均为日字型铝型材。

8.根据权利要求7所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述中立柱和所述后立柱上均设置有滑槽。

9.根据权利要求1所述的模块化车头骨架结构，其特征在于，所述中立柱、所述后立柱和所述后端连接梁均向所述车辆中心线倾斜5°。

10.一种轨道车辆，包括车头骨架结构，其特征在于，所述车头骨架结构为如上述权利要求1-9任意一项所述的模块化车头骨架结构，

所述轨道车辆的侧墙与所述后立柱的上的后端连接梁焊接，

所述轨道车辆的车顶与所述后圈梁焊接。

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