CN113276897A - 一种地铁车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁车辆，其特征在于，车体包括等截面通长圆弧车顶（1）和底架（13），所述车顶（1）纵向的中部设置有车顶设备；所述底架（13）包括依次连接的短地板（133、134）、枕梁（141）和长地板（131），所述枕梁（141）的上表面与所述长地板（131）、短地板（133、134）的上表面平齐；所述枕梁（141）下方固定连接有中心牵引销（21）。本发明采用截面通长圆弧车顶，有利于简化车顶的结构，降低车体的重量；车顶设备采用集中式布置，降低气动阻力，车体的底架采用分段式结构，枕梁与地板的连接得到进一步的加强，克服了采用微圆弧顶带来整车刚度下降的不利影响，能确保车体长期使用不损坏。

Description

一种地铁车辆

技术领域

本发明涉及一种地铁车辆，属于轨道车辆技术领域，尤其是时速120km/h及以上的快速地铁车辆。

背景技术

等截面通长微圆弧顶地铁车具有结构简单、焊缝少、车顶加装隧道及弓网监测装置方便，无需设置专门车内排水通道等优点，越来越多地得到推广。对于速度更快的地铁列车，气动阻力对车辆的节能降耗影响更大，为保持车顶上方设备的连续性，降低气动阻力，可把两个空调机组、一个主动废排机构集中布置在车辆纵向中心位置。但是车顶设备布置在车辆中间，车顶重量离转向架更远，给车体挠度变形（垂向位移）带来不利影响，而且通长微圆弧顶车体高度较低，车体刚度本身较高顶有所下降，因此快速地铁车辆的枕梁与地板的连接部位需进行加强。

此外，采用低位牵引杆的牵引装置对转向架的综合性能发挥更加有利，粘着重量利用率更高；采用上置式抗侧滚扭杆能降低簧上重量，提高连接的动力学性能。但是低位牵引杆对中心牵引销的载荷施加位置距车体枕梁面更远，给车体枕梁带来的冲击弯矩力更大，且上置式抗侧滚扭杆长度较长，安装座需设置在靠近底架边梁的位置，这些新需求对传统车体结构提出了新课题。

申请号为CN202021067187的专利为了适应更高速度转向架的安装，提出了将枕梁断面型材厚度增加，使枕梁嵌入在地板之间，车体底架地板被枕梁断开，再通过搭接焊接的方式固定连接在一起，在枕梁后方还设置了枕内纵梁、底架横梁，用来增加端部底架整体结构强度和刚度。但是对于枕梁部位长期受到转向架中心牵引销的纵向冲击，采用搭接焊接的方式对焊缝疲劳强度非常不利，而且其枕内纵梁会影响上置式抗侧滚扭杆的安装，因此该方案和快速转向架直接的最佳匹配还存在一定差距。而申请号为CN201910949278的专利，其抗侧滚扭杆固定在枕梁侧面，受其安装面空间位置的局限，仅适合下置式抗侧滚扭杆的安装，并不适用于上置式抗侧滚扭杆的安装。

发明内容

为了解决快速地铁车辆低位牵引杆的转向架给车体带来巨大弯矩而产生的疲劳强度不足问题，本发明提供一种地铁车辆，具体技术方案如下。

一种地铁车辆，其特征在于，车体包括等截面通长圆弧车顶和底架，所述车顶纵向的中部设置有车顶设备；所述底架包括依次连接的短地板、枕梁和长地板，所述枕梁的上表面与所述长地板、短地板的上表面平齐；所述枕梁下方固定连接有中心牵引销。

采用上述的技术方案，等截面通长圆弧车顶，有利于简化车顶的结构，降低车体的重量；车顶设备（空调机组和废排装置）采用集中式布置，可以仅在设备两端布置导流罩，降低气动阻力，相比分散布置使用的导流罩数量更少，有利于减重。车体的底架采用分段式结构，枕梁与地板的连接得到进一步的加强，克服了采用微圆弧顶带来整车刚度下降的不利影响，能确保车体长期使用不损坏。需要说明的是：纵向是指轨道车辆的延伸方向（长度方向），横向是指轨道车辆的宽度方向。

进一步地，转向架的牵引杆施加在所述中心牵引销的作用点距轨面为h2，转向架的车轮半径为h1，h2小于h1。采用低位牵引杆的牵引装置，对转向架的综合性能发挥更加有利，粘着重量利用率更高。

进一步地，所述枕梁的纵向中部设有中心销孔，在中心销孔沿纵向方向的两侧设有用于安装中心牵引销的牵引装置安装孔；所述中心牵引销的顶端具有凸台，当所述中心牵引销安装于所述枕梁时，所述凸台嵌入到所述中心销孔中，所述凸台与所述枕梁内部的两个纵向间隔设置的竖直壁过渡配合。当中心牵引销受到较大的纵向冲击力时，竖直壁能提供支反力，与固定在牵引装置安装孔上的螺栓副共同受力，降低牵引装置安装孔区域的应力值。

进一步地，所述枕梁朝向所述长地板的一端设置有连接型腔，所述连接型腔的上端设有对接接头，对接接头与所述长地板上部面板对接焊为一体；所述连接型腔的下端设有连接筋，连接筋与所述长地板下部面板搭接焊；所述长地板朝向所述枕梁的一端设置凹槽，凹槽深度大于连接筋的搭接长度。通过设置连接型腔和凹槽，降低了焊接连接处的应力集中现象。

进一步地，所述长地板的下表面上固定设置有枕内过渡板，所述枕内过渡板位于所述长地板横向方向的中部；所述枕内过渡板和所述枕梁通过所述枕内加强筋连接，枕内加强筋所在的平面平行于竖直平面和纵向方向。枕内是指枕梁纵向方向的内侧。枕内过渡板和枕内加强筋的设置，有利于减缓枕梁与长地板的刚度突变给连接焊缝带来较大的应力集中问题。

优选地，所述枕内过渡板远离所述枕梁的端头逐渐减薄，其在该端头的横向两侧设置鱼尾式的凹陷结构。通过设置鱼尾式的凹陷结构，能有效减缓位于长地板上的C型槽与枕内过渡板之间区域的应力集中状况。

进一步地，所述车体的底架还包括底架边梁，所述底架边梁上焊接固定有抗侧滚安装座，所述抗侧滚安装座位于枕梁纵向方向的内侧，并与所述枕梁间隔一定距离；抗侧滚装置的抗侧滚扭杆位于所述枕内加强筋的下方，抗侧滚扭杆的轴承座与抗侧滚安装座固定连接。采用上置式抗侧滚扭杆的转向架，结合低位牵引杆的牵引装置，有利于提高列车动力学性能。

进一步地，所述抗侧滚安装座呈U型结构，在顶部设有横筋，横筋与底架边梁的斜筋对齐。如此设置，可有效降低端头部位焊缝的应力值。优选地，在抗侧滚安装座内侧设置有应力释放孔。

进一步地，所述车顶设备为废排装置和位于排废装置两端的空调机组。

进一步地，所述短地板下方还固定设置有牵引缓冲梁，所述牵引缓冲梁的一端与端梁连接，另一端与所述枕梁连接，所述端梁位于所述短地板的端部。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果。

1）车辆采用通长矮顶断面，结构简单，重量轻，节能环保。

2）车顶设备采用集中式布置，可以仅在设备两端布置导流罩，降低气动阻力，相比分散布置使用的导流罩数量更少，有利于减重。

3）车体采用嵌入地板的大枕梁结构，克服采用微圆弧顶带来整车刚度下降的不利影响，能确保车体使用至少30年不损坏。

4）采用上置式抗侧滚扭杆的转向架，垂向减振器安装座也设置在车体枕梁上，可以降低转向架簧下质量，提高列车动力学性能。

5）采用“鱼尾状”的枕内过渡板，与枕内加强筋配合使用，结构小巧实用，保证上置式抗侧滚扭杆的运动空间。

6）采用主动废排机构，相比被动废排机构可更有效对车内进行换空气。

7）牵引缓冲梁整体位于底架的短地板下方，不用嵌入地板内部，有利于使长地板和短地板型材保持一致，结构简单，型材种类少，节省型材开模成本。

附图说明

图1是本发明快速地铁车辆结构示意图；

图2是本发明车辆的断面示意图；

图3是底架结构分段示意图；

图4是转向架结构示意图；

图5是底架端部的示意图；

图6是转向架安装接口的示意图；

图7是枕内过渡结构示意图；

图8是枕梁和长地板的连接示意图；

图9是抗侧滚安装座结构示意图

图10是抗侧滚安装座加工前的型材示意图；

图11是抗侧滚安装座焊接示意图。

图中：车体1、车顶11、侧墙12、底架13、长地板131、C型槽131a、凹槽131b、底架边梁132、斜筋132a、悬挂筋132b、短地板一133、短地板二134、端梁135、枕内过渡板136、薄筋136a、凹陷结构136b、抗侧滚安装座137、应力释放孔137a、抗侧滚安装座型材137'、横筋1371、抗侧滚安装座型材横筋1371'、中心销孔14a、牵引装置安装孔14b、枕梁141、连接型腔141a、竖直壁141b、连接筋141c、对接接头141d、枕梁型材1411、枕梁连接型材1412、枕内加强筋142、牵引缓冲梁143、垂向减振器安装座144、转向架2、中心牵引销 21、拐点21a、凸台21b、螺栓副211、抗侧滚装置22、抗侧滚扭杆221、轴承座222、车轮23、牵引杆24、空调机组3、废排装置4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

地铁车辆的结构如图1所示，地铁车辆包括车体1、转向架2、空调机组3，废排zz4等结构。车体1包括位于顶部的车顶11，中部的侧墙12和底部的底架13。两个空调机组3和1组废排装置4集中布置在车辆纵向中央，转向架2的中心牵引销21、抗侧滚装置22均与底架13连接，并为车体1提供垂向力支撑。

图2是车辆断面图。空调机组3和废排装置4采用骑跨式安装在车体1的车顶11上。在把车体1放置在转向架2之前，把抗侧滚装置22固定在底架13上，与两侧的底架边梁132连为一体，并把中心牵引销21固定在枕梁141上，位于底架13横向中心位置。废排装置4采用主动废排装置。

图3是底架结构分段示意图。底架13采用三段式地板结构，包括长地板131、短地板一133，短地板二134，地板的横向两侧和底架边梁132相连，纵向方向被枕梁141打断，位于两个枕梁32之间为长地板31，短地板一133、枕梁32、长地板31、枕梁32和短地板二134依次连接。枕梁141的上表面与长地板131、短地板的上表面平齐。短地板二134末端直接和端梁135相连。

图4是转向架结构示意图。转向架的牵引杆24施加在中心牵引销21上的作用点距轨面为h2，转向架2的车轮23半径为h1，h2小于h1，此时转向架的综合性能发挥更加有利，粘着重量利用率更高；

图5是底架端部结构示意图，图6是转向架安装接口示意图。枕梁141与端梁135平行，并由位于横向中央的牵引缓冲梁143连接起来。牵引缓冲梁143整体位于底架13短地板一133或短地板二134下方；枕梁的上表面与长地板131、短地板一133或短地板二134的上表面平齐。

枕梁141主要包括两根位于侧面的枕梁型材1411，一根位于中间的枕梁连接型材1412，以及位于枕内方向的枕内加强筋142。在枕梁的上部两侧设有连接型腔141a，用于和长地板131、短地板一133或短地板二134连接，在枕梁141中部设计有两个纵向间隔设置的竖直壁141b，其间距与中心销孔14a的直径一致或略小，中心销孔14a的深度h3约为枕梁141高度的一半，达到枕梁连接型材1412的中心。

枕梁141的中心设有中心销孔14a，在中心销孔14a沿纵向方向的两侧设有牵引装置安装孔14b，用于安装中心牵引销21。中心牵引销21顶端的凸台21b嵌入中心销孔14a内部一定深度，并与竖直壁141b过渡配合，当中心牵引销21受到较大的纵向冲击力时，竖直壁141b能提供支反力，与固定在牵引装置安装孔14b上的螺栓副211共同受力，降低牵引装置安装孔14b区域的应力值。中心牵引销21的腰部设有拐点21a，可使中心牵引销21与枕梁141的受力状态更协调。

枕梁141的横向端头设有垂向减振器安装座144，垂向减振器安装座144呈圆弧状，可以起到强度过渡筋的功能，垂向减振器安装座144的端部与底架边梁132的悬挂筋132b连接，使端部应力大区域母材化。垂向减振器安装座144设置在车体上，可有效降低转向架2自身重量，有利于车辆减重。

抗侧滚安装座137位于枕梁141的枕内方向一定距离，与底架边梁132焊为一体。抗侧滚装置22的抗侧滚扭杆221穿过枕内加强筋142下方，抗侧滚扭杆221的轴承座222与底架13两侧的抗侧滚安装座137固定连接，抗侧滚装置22的最高部位高于枕梁141的下表面，枕内加强筋142设置为高度渐变结构，避免与抗侧滚扭杆221发生干涉。

图7和图8是枕内过渡结构示意图。枕梁141朝向所述长地板的一端设置有连接型腔141a，连接型腔141a可以为分体式，也可由枕梁型材1411型材一体挤压而成。连接型腔141a上端设有对接接头141d，与长地板131上部面板对接焊为一体，下端设有连接筋141c，与长地板131下部面板搭接焊。长地板131朝向所述枕梁141的一端设置凹槽131b，凹槽深度大于连接筋141c的搭接长度。

连接筋141c对齐设置了枕内过渡板136，枕内过渡板136固定设置在长地板131的下表面，枕内过渡板136位于横向方向的中部，枕内过渡板136和枕梁141通过枕内加强筋142连接，枕内加强筋142所在的平面平行于竖直平面和纵向方向，枕内过渡板136用于连接枕内加强筋142和长地板131，减缓枕梁141与长地板131的刚度突变给连接焊缝带来较大的应力集中问题。

枕内过渡板136远离枕梁的端头逐渐减薄，形成薄筋136a的过渡结构，枕内过渡板136在该端头的横向两侧设置鱼尾式的凹陷结构136b ，能有效减缓位于长地板上的C型槽131a与枕内过渡板136之间区域的应力集中状况 。

图9是抗侧滚安装座结构示意图，图11是抗侧滚安装座焊接示意图。抗侧滚安装座137整体为U型结构，在顶部设有横筋1371，抗侧滚安装座137在与底架边梁132焊接时，横筋1371与底架边梁132的斜筋132a对齐，并在抗侧滚安装座137的内侧设置横筋1371，可有效降低端头部位焊缝的应力值。

此外，如图10所示，抗侧滚扭杆安装座，采用口字型的抗侧滚安装座型材137'机加工而成，其下部的型材横筋1371'仅在端头部位（抗侧滚安装座的内侧端头）保留，加工成横筋1371结构。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地铁车辆，其特征在于，车体（1）包括等截面通长圆弧车顶（11）和底架（13），所述车顶（11）纵向的中部设置有车顶设备；所述底架（13）包括依次连接的短地板（133、134）、枕梁（141）和长地板（131），所述枕梁（141）的上表面与所述长地板（131）、短地板（133、134）的上表面平齐；所述枕梁（141）下方固定连接有中心牵引销（21）。

2.根据权利要求1所述的一种地铁车辆，其特征在于，转向架（2）的牵引杆（24）施加在所述中心牵引销（21）的作用点距轨面为h2，转向架（2）的车轮（23）半径为h1，h2小于h1。

3.根据权利要求1所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述枕梁（141）的纵向中部设有中心销孔（14a），在中心销孔（14a）沿纵向方向的两侧设有用于安装中心牵引销（21）的牵引装置安装孔（14b）；所述中心牵引销（21）的顶端具有凸台（21b），当所述中心牵引销（21）安装于所述枕梁（141）时，所述凸台（21b）嵌入到所述中心销孔（14a）中，所述凸台（21b）与所述枕梁（141）内部的两个纵向间隔设置的竖直壁（141b）过渡配合。

4.根据权利要求1所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述枕梁（141）朝向所述长地板（131）的一端设置有连接型腔（141a），所述连接型腔（141a）的上端设有对接接头（141d），对接接头（141d）与所述长地板（131）上部面板对接焊为一体；所述连接型腔（141a）的下端设有连接筋（141c），连接筋（141c）与所述长地板（131）下部面板搭接焊；所述长地板（131）朝向所述枕梁（141）的一端设置凹槽（131b），凹槽（131b）深度大于连接筋（141c）的搭接长度。

5.根据权利要求4所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述长地板（131）的下表面上固定设置有枕内过渡板（136），所述枕内过渡板（136）位于所述长地板（131）横向方向的中部；所述枕内过渡板（136）和所述枕梁（141）通过枕内加强筋（142）连接，所述枕内加强筋（142）所在的平面平行于竖直平面和纵向方向。

6.根据权利要求5所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述枕内过渡板（136）远离所述枕梁（141）的端头逐渐减薄，其在该端头的横向两侧设置鱼尾式的凹陷结构（136b）。

7.根据权利要求5所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述车体的底架（13）还包括底架边梁（132），所述底架边梁（132）上焊接固定有抗侧滚安装座（137），所述抗侧滚安装座（137）位于枕梁（141）纵向方向的内侧，并与所述枕梁（141）间隔一定距离；抗侧滚装置（22）的抗侧滚扭杆（221）位于所述枕内加强筋（142）的下方，抗侧滚扭杆（221）的轴承座（222）与抗侧滚安装座（137）固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述抗侧滚安装座（137）呈U型结构，在顶部设有横筋（1371），横筋（1371）与底架边梁（132）的斜筋（132a）对齐；优选地，在抗侧滚安装座（137）内侧设置有应力释放孔（137a）。

9.根据权利要求1所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述车顶设备为废排装置（4）和位于排废装置（4）两端的空调机组（3）。

10.根据权利要求1所述的一种地铁车辆，其特征在于，所述短地板（133、134）下方还固定设置有牵引缓冲梁（143），所述牵引缓冲梁（143）的一端与端梁（135）连接，另一端与所述枕梁（141）连接，所述端梁（135）位于所述短地板（133、134）的端部。

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