JP2004189013A

JP2004189013A - Railroad rolling stock

Info

Publication number: JP2004189013A
Application number: JP2002356550A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Iwasa; 正明岩佐; Toshio Hattori; 敏雄服部; Shunei Sekido; 俊英関戸
Original assignee: Hitachi Ltd; Toray Industries Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Toray Industries Inc
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: JP4230759B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a railroad rolling stock capable of facilitating the manufacturing of a rolling stock steel body constituted by a laminated panel and securing sufficient fastening strength for the divided laminated panels. <P>SOLUTION: This railroad rolling stock is provided with a cylindrical rolling stock body structure 30 having a roof 1, a side 2, and a floor 3. Each of the roof 1 and the side 2 of the rolling stock body structure 30 is constituted by a laminated panel 31 having a sandwich structure of a composite material composed of reinforced fiber and resin and a core material. The laminated panel 31 is constituted by forming the roof 1 and the side 2 integrally and dividing it in the center of the roof 2 to the right and left. The divided end 31a of the laminated panel 31 is provided with metal square pipes 4 on the inner side of the composite material forming divided faces. The two laminated panels 31 are fixed by fastening the square pipes 4 on both sides by a fastening device 32. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両に係り、特に複合材料で形成された車両構体を備えた鉄道車両に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速車両の外壁構造として、特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
この高速車両の外壁構造は、高弾性繊維を含む繊維強化材料に熱硬化性合成樹脂を含浸させた複合材料によって形成される内層と、高弾性繊維を含む繊維強化材料に熱硬化性合成樹脂を含浸させた複合材料によって形成される外層と、内層と外層との間に配置され、内層および外層に固定され、多数の空間が形成されるコアを有する中間層とを含むようにしたものである。
【０００４】
これによって、軽量であり、製造コストが低減され、平滑度が高いきれいな形状を形作ることができ、必要な剛性を充分に確保でき、しかもトンネル通過時において発生する圧力変動による繰返し荷重、および鳥の複数回の衝突による繰返し荷重などによる疲労破壊を、長期にわたって阻止する耐久性に優れた高速車両の外壁構造とすることができる。
【０００５】
そして、この特許文献１には、高速車両の先頭部の運搬を容易にするために、外壁構造全体を複数に分割し、他の工場などで再び接合する際、一方のシートの外層と中間層との間に他方のシートの外層を介在させ、また一方のシートの内層と中間層との間に他方のシートの内層を介在させ、これによって接合部分を形成することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−７８８７４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、係る従来の高速車両の外壁構造は、分割された外壁構造体を接合する際には、外壁構造全体をオートクレーブ内に挿入し、金型をシート両側から押し付けた状態として接合部を加熱して接着することが必要となり、接合が面倒であった。また、シート同士の接着による接合としているため、接着面積を広く確保して接合強度を高めることが必要であり、十分な接着強度を得ることが難しかった。
【０００８】
本発明の目的は、積層パネルで構成する車両鋼体の製作が容易でしかも分割された積層パネルの締結強度を十分に確保できる鉄道車両を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、屋根部と側部と床部とを有する筒状の車両構体を備えた鉄道車両において、前記車両構体の屋根部および側部は、強化繊維および樹脂からなる複合材料とコア材とのサンドイッチ構造の積層パネルで構成され、前記積層パネルは、前記屋根部と前記側部とが一体的に形成されると共に、前記屋根部の中央部で左右に分割して形成され、前記積層パネルの分割端部は、分割面を形成する前記複合材料の内側に金属製のパイプが設置され、両側の前記パイプが締結具で締結されることによって固定された構成にしたことにある。
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、屋根部と側部と床部とを有する筒状の車両構体を備えた鉄道車両において、前記車両構体の屋根部、側部および床部は、強化繊維および樹脂からなる複合材料とコア材とのサンドイッチ構造の積層パネルで構成され、前記積層パネルは、前記屋根部と前記側部と前記床部とが一体的に形成されると共に、前記屋根部の中央部と前記床部の中央部とで左右に対称に分割して形成され、前記積層パネルの分割端部は、垂直な分割面を形成する前記複合材料の外側部分が当接され、前記複合材料の当接される部分の内側に金属製のパイプが設置され、分割面両側の前記パイプが締結具で締結されることによって固定された構成にしたことにある。
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は、屋根部と側部と床部とを有する筒状の車両構体を備えた鉄道車両において、前記車両構体の屋根部、側部および床部は、強化繊維および樹脂からなる複合材料とコア材とのサンドイッチ構造の積層パネルで構成され、前記床部を構成する前記積層パネルと前記側部を構成する前記積層パネルとは分割して形成され、前記側部を構成する積層パネルの分割端部は横方向内側に突出する突出部が形成され、前記側部を構成する積層パネルの突出部と前記床部を構成する積層パネルの端部とは、前記複合材料の外側部分が当接され、前記複合材料の当接される部分の内側に金属製のパイプが設置され、前記パイプが締結具で締結されることによって固定され、前記側部を構成する積層パネルと前記屋根部を構成する積層パネルとは、一体的に形成されると共に、前記屋根部の中央部で左右に対称に分割して形成され、前記積層パネルの屋根部の分割端部は、垂直な分割面を形成する前記複合材料の外側部分が当接され、前記複合材料の当接される部分の内側に金属製のパイプが設置され、分割面両側の前記パイプが締結具で締結されることによって固定された構成にしたことにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の鉄道車両の複数の実施例を、図を参照しながら説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００１３】
最初に、本発明の第１実施例を、図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００１４】
本実施例の鉄道車両は、図２に示すように、屋根部１、側部２、床部３および妻部１２を有する車両構体３０を備えて構成されている。屋根部１、側部２および床部３は筒状に形成されている。妻部１２は、この筒状部の前後に設けられている。屋根部１と側部２とは円弧状になだらかに連接されている。側部２と床部３とは略直角に連接されている。
【００１５】
側部２には人が乗り降りするためのドア１０と複数の窓７がついている。ドア１０は略四角形状であるが、その４隅が湾曲した形状１１になっている。窓７は略四角形状であるが、その４隅が湾曲した形状９になっている。ドア１０と窓７の４隅を直角形状ではなく湾曲形状とするのは、応力集中を低減するためである。
【００１６】
車両構体１０の屋根部１、側部２および床部３は、図４に示すように、強化繊維および樹脂からなる複合材料１４とコア材１５とのサンドイッチ構造の積層パネル３１で構成されている。また、積層パネル３１は、車両に乗客が乗ったとき及び走行時の変形を小さくするとともに、応力を材料の破断応力あるいは疲労限以下にする必要がある。積層パネル３１の詳細構造は後述する。
【００１７】
そして、この積層パネル３１は、図１および図３に示すように、屋根部１と側部２と床部３とが一体的に形成されると共に、屋根部１の中央部と床部３の中央部とで左右に分割して形成されている。積層パネル３１がこのように二つのパネルで構成されることによって、製作用金型や加熱用オートクレーブの大きさが半分になり、各積層パネル３１を容易に製作することができる。積層パネル３１は左右対称に形成されている。これによって、一つの小型の成形型を用いればよく、より一層容易に且つ安価に製作することができる。また、複合材料１４とコア材１５のサンドイッチ構造の積層パネル３１を用いた分割構造とした場合において、変形の許容値は側より屋根の方が大きいので、分割位置は屋根中央部と床中央部としている。
【００１８】
積層パネル３１の屋根部１における分割端部３１ａは、垂直な分割面を形成する複合材料１４の外側部分が当接され、複合材料１４の当接される部分の内側に金属製の角パイプ４が設置され、分割面両側の角パイプ４が締結具３２で締結されることによって固定されている。角パイプは剛性が高く軽量であるため、本実施例に適用する場合に特に優れている。
【００１９】
分割端部３１ａは、屋根部１の面より上下方向に突出する突出部が形成され、角パイプがこの突出部内に少なくとも位置するように設置され、突出部が締結具３２で締結されている。これによって、当接面積を拡大することができると共に、突出部を利用して容易に締結具３２で締結することができる。
【００２０】
分割端部３１ａの突出部は下方の室内側に突出して形成されている。これにより、通常デッドスペースとなっている車両室内の天井部空間を有効に活用することができる。また、車両内部の天井部には内装品を設置するので、乗客からは締結ボルト５が見えなくなり、屋根上機器の邪魔になることもない。ただし、屋根上機器の邪魔にならないときは、図５に示すように、分割端部３１ａを屋根上側に突き出すようにしてもよい。
【００２１】
積層パネル３１の床部３における分割端部３１ｂは、上述した屋根部１における分割端部３１ａと基本的には同一構造であり、同一構造において同一の効果を奏する。この分割端部３１ｂの場合には、突出部が下方の室外側に突出して形成されている点が相違する（その他の相違点については後述する）。これによって、床部下方のデッドスペースとなっている室外空間を有効に活用することができる。
【００２２】
角パイプ４の材質は鋼やアルミが用いられ、重量を軽くする場合にはアルミが用いられる。角パイプ４は積層パネル３１の分割端部３１ａ、３１ｂに接着して設置される。この角パイプ４の表面は積層パネル３１の表面を形成する複合材料１４で図４に示すように覆われ、分割端部３１ａ、３１ｂにおいて複合材料１４が当接されるようになっている。これによって、角パイプ４が積層パネル３１よりはく離することなく、強い構造にすることができる。分割端部３１ａおよび分割端部３１ｂの突出部には複合材料１４および角パイプ４を貫通する穴１６（図４参照）が形成されている。この穴１６は垂直の分割面に直角に交差する方向に形成されている。
【００２３】
締結具３２はボルト５とナット１３とを備えて構成されている。上述した穴１６に一方からボルト５を通し、他方でナット１３を締めることにより、角パイプ４同士がボルト５とナット１３により締結される。したがって、ボルト５は積層パネル３１の分割面と交差する方向に延びるように設けられることとなる。これによって、角パイプ４同士に離れる力が作用したときに、締結ボルト５に軸方向の力が作用するので、締結強度を格段に増大することができると共に、１つの締結を１本のボルト５という少ない数で行うことができる。
【００２４】
分割端部３１ａ間または分割端部３１ｂ間の締結はボルト締結だけでもよいが、その当接部同士を接着締結してもよい。接着締結を併用すれば、雨や雪などの天候時に水が車内に入ってくることを確実に防ぐことができる。
【００２５】
側部２と床部３の交差部には角パイプ６が接着して設けられている。
【００２６】
側部２と床部３との交差部より下にはスカート８が設置されている。このスカート８は床下に収納する台車や機器を守るためのものであり、高い強度は要求されない。そこで、このスカート８はガラス繊維強化プラスチックス等の複合材料で製作し、左右２分割した車両構体３１をボルトで締結した後に、スカートを締結するようにしている。これによって、車両構体を安価に且つ容易に製作することができる。スカート８の床部３への締結方法はボルト締結あるいは接着でもよいし、ボルトと接着締結の併用でもよい。
【００２７】
次に、積層パネル３１の詳細を、図４および図６を参照しながら説明する。積層パネル３１は複合材料１４、コア材１５、複合材料１４のサンドイッチ構造になっている。複合材料１４は強化繊維と樹脂からなっている。強化繊維としてはガラス繊維やカーボン繊維などが用いられる。樹脂としてはエポキシ樹脂やポリエステル樹脂などが用いられる。コア材１５にはスポンジ等の発泡体やバルサ等が用いられる。
【００２８】
さらに表面層の複合材料１４は、図６に示すように、カーボン繊維強化プラスチックス１７とガラス繊維強化プラスチックス１８のハイブリッド構造を用いている。すなわち、最表面層に強度と剛性の高いカーボン繊維強化プラスチックス１７を用い、その内側のコア材１５側にガラス繊維強化プラスチックス１８を用いる。このようにすることによって、この積層パネル３１が曲げモーメントを受けるときに、最外層のカーボン繊維強化プラスチックス１７が荷重を負担するので、効率よくカーボン繊維とガラス繊維を用いることができる。また、カーボン繊維とガラス繊維を交互に数層積層して用いれば、効率的にガラス繊維とカーボン繊維を用いることもできる。
【００２９】
この複合材料１４は鉄道材料の不燃規格を満たす必要がある。例えば、樹脂としてポリエステル樹脂、繊維としてガラス繊維を用いるときには、難燃剤として水酸化アルミを添加する必要があり、板厚が５ｍｍのときには樹脂の重量１００％に対して、難燃剤の水酸化アルミを２０％以上添加する必要がある。このように、使用する繊維と樹脂および板厚を適切に選定することにより、図７に示す鉄道車両用材料の燃焼性規格の不燃性条件を満たすようにする必要があり、本実施例ではこれを満足する複合材料を用いている。
【００３０】
この鉄道車両用材料の燃焼性規格の試験方法の概要を以下に述べる。図８に示すように、Ｂ５版の供試材１９（１８２ｍｍ×２５７ｍｍ）を４５°傾斜に保持し、燃料容器２０の底の中心が供試材１９の下面中心の垂直下方２５．４ｍｍ（１インチ）のところにくるように、コルクのような熱伝導率の低い材質の台２１に載せ、純エチルアルコール０．５ｃｃを入れて着火し、燃料が燃え尽きるまで放置する。燃焼性判定は、アルコールの燃焼中と燃焼後とに分けて、燃焼中は供試材１９への着火、着炎、発煙状態、炎の状態等を観察し、燃焼後は残炎、残じん、炭化、変形状態を調査する。供試体１９の試験前処理は、吸湿性材料の場合、所定寸法に仕上げたものを通気性のある室内で直射日光を避け床面から１ｍ以上離し、５日以上経過させる。試験室内の条件は温度１５℃〜３０℃、湿度６０％〜７５％で空気の流動はない状態である。
【００３１】
次に、積層パネル３１の床部構造を、図９および図１０を参照しながら説明する。床部３も積層構成は複合材料１４とコア材１５のサンドイッチ構造を基本構造とするが、床部３は乗客重量等を受け持つ必要があるため、図９に示すように角パイプ４と角パイプ６をつなぐ横梁２２が設置されている。この横梁２２は、左右方向に延びるように形成されると共に、複数本形成されている。この横梁２２はコア材１５の代わりに複合材料１４と同一材料で積層したものである。この横梁２２はサンドイッチ構造の表面と裏面の複合材料１４をつなぐものであり、床端部に力が加わったときに、両側の角パイプに力が伝達されるようにするためのものである。この横梁２２は車両構体の妻部１２側になるべく多くの本数がくるように形成されている。床部３の妻部側の端部には角パイプ２３をコア材１５の代わりに接着して設置されている。床部３の妻部側の両端部には車両前後方向に高い圧縮荷重が作用するため、角パイプ４と角パイプ６をつなぐ金属製の角パイプ（本実施例ではアルミ製の角パイプ）２３が接着されている。
【００３２】
係る床部３の構造によれば、床部３の強度を格段に向上することができるので、床部３に複合材料１４を用いた積層パネル３１の使用が可能となる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施例の鉄道車両を、図１１を参照しながら説明する。なお、第２実施例から第４実施例の説明において、第１実施例と共通する部分の重複する説明は省略する。これらの第２実施例から第４実施例のものにおいて、第１実施例と共通する構成においては同じ効果を奏する。
【００３４】
この第２実施例は床部３に対する横梁２４の設置に関するものである。この第２実施例の床部３は、第１実施例の床部３のように積層パネル３１の内部に横梁２２が設けられたものではなく、屋根部１や側部２と同様に全面にわたり複合材料１４とコア材１５とが積層された構成である。
【００３５】
横梁２４は床部３と別に複合材料で製作される。左右に分割された積層パネル３１の上下の分割端部３１ａ、３１ｂがそれぞれ締結された後、床部３の底面に左右方向に延びるように横梁２４が接着される。この横梁２４は床部３に入る長さでできるだけ長い方がよい。この第２実施例では、横梁２４は、分割端部３１ｂの突出部の側面とスカート８の側面との間にわたって設置されており、これらに接着されている。これによって、横梁２４と床部３との接着面は高い荷重まで耐えることができる。
【００３６】
横梁２４は角柱で形成されており、左右に分割した床部３を締結するボルトピッチより小さいピッチで設置されている。また、横梁２４はボルトピッチの中央になるべく設置されることが好ましい。横梁２４は第１実施例の横梁２２と同様に複数本接着されている。横梁２４の多くがなるべく床部３の妻部１２側にくるようにすることが好ましい。横梁２４を複合材料で製作し、床部締結後に横梁２４接着するようにすることで、強度の強い床を容易に製作することができる。
【００３７】
次に、本発明の第３実施例の鉄道車両を、図１２および図１３を参照しながら説明する。
【００３８】
この第３実施例は、車両構体の分割として、屋根部１を中央部で左右に均等に２分割すると共に、床部３と側部２との間で分割したものである。すなわち、車両構体３０は、左右に分割され且つ屋根部１および側部２からなる積層パネル３１Ａと、床部３からなる積層パネル３１Ｂとを備えて構成されている。積層パネル３１ａにおいて、屋根部１の分割構造は第１実施例と同様である。
【００３９】
床部３と側部２との締結構造について説明する。積層パネル３１Ａの側部下端から内方に突出する分割端部３１ｂが形成されている。側部２の下端角部には角パイプ６が接着されている。この角パイプ６の横側にもう１つの角パイプ４が接着されている。この角パイプ４は、分割端部３１ｂ内に位置されている。角パイプ６と角パイプ４はお互いに離れていてもよいし、溶接等で接合しておいてもよい。
【００４０】
一方、床部３の両端部には角パイプ４が接着されている。床部３の両端部は側部２の分割端部３１ｂの上面に載置されている。この状態で、床部２の両端部の角パイプ４と側部２の分割端部３１ｂの角パイプ４とが上下に対応するように配置されている。この床部３の角パイプ４と側部２の角パイプ４にはボルトを通すための穴が開けられている。これに対応して、積層パネル３１Ａ、３１Ｂの複合材料にも穴が開けられている。これらの穴にボルト５が通され、ボルト５とナット１３により床部３の両端部と側部２の分割端部３１ｂとが締結される。このような構成にしておけば、乗客との垂直荷重に対して、ボルト５には軸方向の荷重が作用するため、ボルト５は高い荷重まで耐えることができる。
【００４１】
床部３の構造をさらに説明する。床部３の基本構造は第１実施例と同様に複合材料１４とコア材１５のサンドイッチ構造の積層パネル３１Ｂである。これに第１実施例と同様に表面の複合材料１４同士をつなぐために一部のコア材の代わりに角柱の複合材料製の横梁２２を複数本設置し、両端の角パイプ４同士をつなぐ構成となっている。
【００４２】
次に、本発明の第４実施例の鉄道車両を、図１４を参照しながら説明する。
【００４３】
この第４実施例は、第３実施例と比較して、床部３の下面に複合材料製の角柱の横梁２４を設置し、床部３の構造を屋根部１や側部２と同じ複合材料１４とコア材１５のサンドイッチ構造の積層パネル３１Ｂである点にて相違している。床部３と側部２の締結は、第３実施例と同様に端部に接着した角パイプ４をボルト５締結することにより行う。横梁２４は複合材料製の角柱で製作される。この横梁２４は床部３の下面の締結部間に入る長さに製作されている。横梁２４は床部下面に接着することとするが、床部だけでなく、側部２の分割端部３１ｂにも接着してもよい。この横梁２４は床下面に数本設置されている。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明した各実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、積層パネルで構成する車両鋼体の製作が容易でしかも分割された積層パネルの締結強度を十分に確保できる鉄道車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である鉄道車両構体の断面斜視図である。
【図２】図１の鉄道車両構体の外観斜視図である。
【図３】図１の鉄道車両構体の断面正面図である。
【図４】図１の鉄道車両構体の積層パネルの要部断面斜視図である。
【図５】図４の変形例を示す図４相当図である。
【図６】図４の積層パネルの要部拡大図である。
【図７】鉄道車両用材料の不燃性条件を示す図である。
【図８】鉄道車両用材料の燃焼性規格の試験方法の概略を示す図である。
【図９】図１の床部の断面平面図である。
【図１０】図９の床部の積層パネル構造を示した断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施例である鉄道車両構体の断面正面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例である鉄道車両構体の断面正面図である。
【図１３】図１２の鉄道車両構体の床部の断面平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例である鉄道車両構体の断面正面図である。
【符号の説明】
１…屋根部、２…側部、３…床部、４…角パイプ、５…ボルト、６…角パイプ、７…窓、８…スカート、９…窓四隅の湾曲部、１０…ドア、１１…ドア四隅の湾曲部、１２…妻部、１３…ナット、１４…複合材料、１５…コア材、１６…ボルト穴、１７…カーボン繊維強化プラスチックス、１８…ガラス繊維強化プラスチックス、１９…供試体、２０…燃焼容器、２１…燃焼容器受け台、２２…横梁、２３…アルミ角パイプ、２４…床部下面の横梁、３０…車両構体、３１…積層パネル、３１ａ、３１ｂ…分割端部、３２…締結具。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a railway vehicle, and is particularly suitable for a railway vehicle provided with a vehicle structure formed of a composite material.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART As an outer wall structure of a conventional high-speed vehicle, there is one disclosed in Patent Document 1.
[0003]
The outer wall structure of this high-speed vehicle has an inner layer formed of a composite material in which a thermosetting synthetic resin is impregnated in a fiber reinforced material containing high elastic fibers, and a thermosetting synthetic resin in the fiber reinforced material containing high elastic fibers. An outer layer formed by the impregnated composite material, and an intermediate layer having a core disposed between the inner layer and the outer layer, fixed to the inner layer and the outer layer, and having a large number of spaces formed therein. .
[0004]
As a result, it is possible to form a clean shape that is lightweight, reduces manufacturing costs, and has a high degree of smoothness. It is possible to provide an outer wall structure of a high-speed vehicle having excellent durability for preventing fatigue failure due to repeated load or the like due to a plurality of collisions for a long period of time.
[0005]
Patent Document 1 discloses that the entire outer wall structure is divided into a plurality of parts and the outer layer and the intermediate layer of one of the sheets are re-joined at another factory or the like in order to facilitate transportation of a leading portion of a high-speed vehicle. It is disclosed that an outer layer of the other sheet is interposed between the inner layer and the inner layer of the other sheet, and an inner layer of the other sheet is interposed between the inner layer and the intermediate layer of the other sheet, thereby forming a joined portion.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-78874
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional outer wall structure of a high-speed vehicle, when joining the divided outer wall structures, the entire outer wall structure is inserted into the autoclave, and the joint is heated while the mold is pressed from both sides of the seat. Bonding was required, and the joining was troublesome. In addition, since the sheets are bonded by bonding, it is necessary to secure a wide bonding area and increase the bonding strength, and it has been difficult to obtain sufficient bonding strength.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a railway vehicle that can easily manufacture a vehicle steel body composed of laminated panels and that can sufficiently secure the fastening strength of the divided laminated panels.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention relates to a railway vehicle provided with a cylindrical vehicle structure having a roof, a side, and a floor, wherein the roof and the side of the vehicle structure have reinforcing fibers and resin. The laminated panel is composed of a laminated panel having a sandwich structure of a composite material and a core material, and the laminated panel has the roof part and the side part integrally formed, and is divided into right and left parts at a center part of the roof part. The divided end of the laminated panel is configured such that a metal pipe is installed inside the composite material forming the divided surface, and the pipes on both sides are fixed by fasteners. It is to have done.
[0010]
In order to achieve the above object, the present invention provides a railway vehicle having a cylindrical vehicle structure having a roof, a side, and a floor, wherein the roof, the side, and the floor of the vehicle structure are reinforced. It is constituted by a laminated panel of a sandwich structure of a composite material composed of fiber and resin and a core material, wherein the laminated panel has the roof portion, the side portions, and the floor portion integrally formed, and the roof portion. A central portion of the floor portion and a central portion of the floor portion are formed to be symmetrically divided left and right, and a divided end portion of the laminated panel is abutted against an outer portion of the composite material forming a vertical divided surface, A metal pipe is installed inside a contacting portion of the composite material, and the pipes on both sides of the dividing surface are fixed by being fastened with fasteners.
[0011]
In order to achieve the above object, the present invention provides a railway vehicle having a cylindrical vehicle structure having a roof, a side, and a floor, wherein the roof, the side, and the floor of the vehicle structure are reinforced. It is composed of a laminated panel of a sandwich structure of a composite material comprising fibers and resin and a core material, wherein the laminated panel constituting the floor and the laminated panel constituting the side are formed separately, and the side The divided end portion of the laminated panel constituting the portion is formed with a protruding portion projecting inward in the horizontal direction, and the protruding portion of the laminated panel constituting the side portion and the end portion of the laminated panel constituting the floor portion, The outer portion of the composite material is abutted, a metal pipe is installed inside the abutted portion of the composite material, and the pipe is fixed by being fastened with a fastener to constitute the side portion. Structure the laminated panel and the roof The laminated panel is integrally formed, and is formed by being symmetrically divided right and left at the center of the roof, and the divided end of the roof of the laminated panel forms a vertical divided surface. An outer portion of the composite material is abutted, a metal pipe is installed inside the abutted portion of the composite material, and the pipes on both sides of the dividing surface are fixed by being fastened with fasteners. It is to have done.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A plurality of embodiments of the railway vehicle of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings of the respective embodiments indicate the same or corresponding components.
[0013]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0014]
As shown in FIG. 2, the railway vehicle of the present embodiment includes a vehicle structure 30 having a roof 1, a side 2, a floor 3, and a wive 12. The roof 1, side 2 and floor 3 are formed in a cylindrical shape. The wife part 12 is provided before and after this cylindrical part. The roof part 1 and the side part 2 are smoothly connected in an arc shape. The side part 2 and the floor part 3 are connected at substantially right angles.
[0015]
The side 2 has a door 10 and a plurality of windows 7 for a person to get on and off. Although the door 10 has a substantially square shape, the four corners have a curved shape 11. Although the window 7 has a substantially square shape, the four corners have a curved shape 9. The reason why the four corners of the door 10 and the window 7 are formed in a curved shape instead of a right angle shape is to reduce stress concentration.
[0016]
As shown in FIG. 4, the roof portion 1, the side portion 2, and the floor portion 3 of the vehicle structure 10 are formed of a laminated panel 31 having a sandwich structure of a composite material 14 made of reinforcing fibers and resin and a core material 15. . In addition, the laminated panel 31 needs to reduce deformation when a passenger rides on the vehicle and when traveling, and to reduce the stress to less than the breaking stress of the material or the fatigue limit. The detailed structure of the laminated panel 31 will be described later.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 3, the laminated panel 31 has the roof portion 1, the side portion 2, and the floor portion 3 integrally formed, and the center portion of the roof portion 1 and the floor portion 3. It is formed to be divided into right and left at the center. Since the laminated panel 31 is composed of two panels as described above, the size of the working mold and the heating autoclave are reduced by half, and each laminated panel 31 can be easily manufactured. The laminated panel 31 is formed symmetrically. As a result, it is only necessary to use one small mold, and it is possible to manufacture the mold more easily and inexpensively. Also, in the case of a divided structure using the laminated panel 31 of the sandwich structure of the composite material 14 and the core material 15, since the allowable value of the deformation is larger on the roof than on the side, the dividing position is the center of the roof and the center of the floor. And
[0018]
The divided end portion 31a of the roof portion 1 of the laminated panel 31 is in contact with an outer portion of the composite material 14 forming a vertical divided surface, and a metal square pipe 4 is provided inside the contacted portion of the composite material 14. Is installed, and the square pipes 4 on both sides of the dividing surface are fixed by being fastened by the fasteners 32. Since the square pipe has high rigidity and light weight, it is particularly excellent when applied to this embodiment.
[0019]
The divided end portion 31a is formed with a protruding portion that protrudes vertically from the surface of the roof portion 1, is installed so that the square pipe is located at least inside the protruding portion, and the protruding portion is fastened by the fastener 32. As a result, the contact area can be increased, and the fastener 32 can be easily fastened using the protrusion.
[0020]
The protruding portion of the divided end portion 31a is formed so as to protrude downward into the room. Thereby, the ceiling space in the vehicle interior, which is usually a dead space, can be effectively used. In addition, since the interior parts are installed on the ceiling inside the vehicle, the fastening bolts 5 are invisible to the passengers, and do not disturb the equipment on the roof. However, when it does not interfere with the equipment on the roof, as shown in FIG. 5, the divided end 31a may be protruded to the upper side of the roof.
[0021]
The divided end portion 31b of the floor portion 3 of the laminated panel 31 has basically the same structure as the divided end portion 31a of the roof portion 1 described above, and has the same effect in the same structure. In the case of the divided end portion 31b, the difference is that the protruding portion is formed to protrude below the outdoor side (other differences will be described later). Thereby, the outdoor space, which is a dead space below the floor, can be effectively used.
[0022]
The material of the square pipe 4 is steel or aluminum, and aluminum is used to reduce the weight. The square pipe 4 is adhered to the divided ends 31a and 31b of the laminated panel 31 and installed. The surface of the square pipe 4 is covered with a composite material 14 forming the surface of the laminated panel 31 as shown in FIG. 4, so that the composite material 14 is brought into contact at divided ends 31a and 31b. Thereby, the square pipe 4 can be made to have a strong structure without peeling off from the laminated panel 31. Holes 16 (see FIG. 4) penetrating the composite material 14 and the square pipe 4 are formed in the protruding portions of the divided ends 31a and 31b. The hole 16 is formed in a direction crossing the vertical dividing plane at right angles.
[0023]
The fastener 32 includes the bolt 5 and the nut 13. The square pipes 4 are fastened to each other by the bolts 5 and the nuts 13 by passing the bolts 5 through the holes 16 from one side and tightening the nuts 13 on the other side. Therefore, the bolt 5 is provided so as to extend in a direction intersecting with the division surface of the laminated panel 31. Thus, when a force separating the square pipes 4 acts on the fastening bolts 5, an axial force acts on the fastening bolts 5, so that the fastening strength can be significantly increased and one fastening can be performed by one bolt 5 It can be done in a small number.
[0024]
The fastening between the divided end portions 31a or the divided end portions 31b may be only bolt fastening, but the contact portions thereof may be adhesively fastened. The combined use of the adhesive fastening can surely prevent water from entering the vehicle during weather such as rain or snow.
[0025]
At the intersection of the side portion 2 and the floor portion 3, a square pipe 6 is provided by bonding.
[0026]
A skirt 8 is provided below the intersection of the side 2 and the floor 3. The skirt 8 is for protecting the cart and equipment stored under the floor, and does not require high strength. Therefore, the skirt 8 is made of a composite material such as glass fiber reinforced plastics, and the skirt is fastened after fastening the vehicle structure 31 divided into two parts on the left and right by bolts. Thus, the vehicle structure can be easily manufactured at low cost. The method of fastening the skirt 8 to the floor 3 may be bolting or bonding, or a combination of bolting and bonding.
[0027]
Next, details of the laminated panel 31 will be described with reference to FIGS. The laminated panel 31 has a sandwich structure of the composite material 14, the core material 15, and the composite material 14. The composite material 14 is made of a reinforcing fiber and a resin. Glass fiber, carbon fiber, or the like is used as the reinforcing fiber. Epoxy resin or polyester resin is used as the resin. A foam such as sponge, balsa, or the like is used for the core material 15.
[0028]
Further, as shown in FIG. 6, the composite material 14 of the surface layer has a hybrid structure of carbon fiber reinforced plastics 17 and glass fiber reinforced plastics 18. That is, a carbon fiber reinforced plastics 17 having high strength and rigidity is used for the outermost surface layer, and a glass fiber reinforced plastics 18 is used for the inner core material 15 side. By doing so, when the laminated panel 31 receives a bending moment, the carbon fiber reinforced plastics 17 of the outermost layer bears a load, so that carbon fibers and glass fibers can be used efficiently. In addition, if several layers of carbon fibers and glass fibers are alternately laminated and used, glass fibers and carbon fibers can be used efficiently.
[0029]
This composite material 14 needs to meet the nonflammability standard of railway materials. For example, when a polyester resin is used as the resin and a glass fiber is used as the fiber, it is necessary to add aluminum hydroxide as a flame retardant. When the plate thickness is 5 mm, aluminum hydroxide as a flame retardant is added to 100% of the weight of the resin. It is necessary to add 20% or more. As described above, it is necessary to satisfy the nonflammability condition of the flammability standard of the railway vehicle material shown in FIG. 7 by appropriately selecting the fiber, the resin, and the plate thickness to be used. Is used.
[0030]
The outline of the test method of the flammability standard of the railway vehicle material is described below. As shown in FIG. 8, the B5 plate test material 19 (182 mm × 257 mm) was held at a 45 ° inclination, and the center of the bottom of the fuel container 20 was 25.4 mm (1 mm) below the center of the lower surface of the test material 19. (Inch), placed on a base 21 made of a material having low thermal conductivity such as cork, ignited with 0.5 cc of pure ethyl alcohol, and left until the fuel is burned out. The determination of flammability is divided into during and after burning of alcohol, and during the burning, the ignition, flaming, smoke state, state of flame, etc. of the test piece 19 are observed. Investigate the state of carbonization and deformation. In the test pretreatment of the test piece 19, in the case of a hygroscopic material, a finished product having a predetermined size is kept at least 1 m away from the floor surface in a ventilated room away from direct sunlight for 5 days or more. The conditions in the test room are a temperature of 15 ° C. to 30 ° C., a humidity of 60% to 75%, and no air flow.
[0031]
Next, the floor structure of the laminated panel 31 will be described with reference to FIGS. The floor 3 also has a laminated structure having a basic structure of a sandwich structure of the composite material 14 and the core material 15. However, since the floor 3 needs to handle the weight of the passenger and the like, as shown in FIG. A cross beam 22 connecting 6 is installed. The cross beams 22 are formed so as to extend in the left-right direction, and are formed in a plurality. This cross beam 22 is laminated with the same material as the composite material 14 instead of the core material 15. The cross beam 22 connects the composite material 14 on the front surface and the back surface of the sandwich structure, and is for transmitting a force to the square pipes on both sides when a force is applied to the floor end. The cross beams 22 are formed so as to be as many as possible on the end portion 12 side of the vehicle structure. A square pipe 23 is attached to the end of the floor 3 on the wife side instead of the core 15. Since a high compressive load is applied in the longitudinal direction of the vehicle to both ends of the floor 3 on the side of the wife, a metal square pipe (in this embodiment, an aluminum square pipe) 23 connecting the square pipes 4 and 6. Is glued.
[0032]
According to the structure of the floor section 3, the strength of the floor section 3 can be remarkably improved, so that the laminated panel 31 using the composite material 14 for the floor section 3 can be used.
[0033]
Next, a railway vehicle according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description of the second to fourth embodiments, the overlapping description of the parts common to the first embodiment will be omitted. In the second to fourth embodiments, the same effect is obtained in a configuration common to the first embodiment.
[0034]
The second embodiment relates to the installation of the cross beam 24 on the floor 3. The floor 3 of the second embodiment is different from the floor 3 of the first embodiment in that the cross beam 22 is provided inside the laminated panel 31, and is similar to the roof 1 and the side 2. This is a configuration in which the composite material 14 and the core material 15 are laminated.
[0035]
The cross beam 24 is made of a composite material separately from the floor 3. After the upper and lower divided ends 31a and 31b of the laminated panel 31 divided into right and left are respectively fastened, the horizontal beam 24 is bonded to the bottom surface of the floor 3 so as to extend in the left and right direction. It is preferable that the cross beam 24 is as long as possible to enter the floor 3. In the second embodiment, the cross beam 24 is provided between the side surface of the projecting portion of the divided end portion 31b and the side surface of the skirt 8, and is adhered to them. Thus, the bonding surface between the cross beam 24 and the floor 3 can withstand a high load.
[0036]
The cross beam 24 is formed of a prism, and is installed at a pitch smaller than a bolt pitch for fastening the floor portion 3 divided into right and left. Further, it is preferable that the cross beam 24 is installed so as to be located at the center of the bolt pitch. A plurality of cross beams 24 are bonded similarly to the cross beam 22 of the first embodiment. It is preferable that most of the cross beams 24 be located on the wives 12 side of the floor 3 as much as possible. By manufacturing the cross beam 24 from a composite material and bonding the cross beam 24 after fastening the floor portion, a floor having high strength can be easily manufactured.
[0037]
Next, a railway vehicle according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0038]
In the third embodiment, the roof 1 is equally divided into two parts at the center part, and the floor part 3 and the side part 2 are divided into two parts. That is, the vehicle structure 30 includes a laminated panel 31A divided into right and left and composed of the roof 1 and the side 2 and a laminated panel 31B composed of the floor 3. In the laminated panel 31a, the divided structure of the roof 1 is the same as that of the first embodiment.
[0039]
The fastening structure between the floor 3 and the side 2 will be described. A divided end 31b protruding inward from the lower end of the side of the laminated panel 31A is formed. A square pipe 6 is adhered to the lower end corner of the side part 2. Another square pipe 4 is bonded to the side of the square pipe 6. The square pipe 4 is located inside the divided end 31b. The square pipe 6 and the square pipe 4 may be separated from each other, or may be joined by welding or the like.
[0040]
On the other hand, square pipes 4 are bonded to both ends of the floor 3. Both ends of the floor 3 are placed on the upper surface of the divided end 31 b of the side 2. In this state, the square pipes 4 at both ends of the floor portion 2 and the square pipes 4 at the divided ends 31b of the side portions 2 are arranged so as to correspond vertically. The square pipe 4 on the floor 3 and the square pipe 4 on the side 2 are provided with holes for passing bolts. Correspondingly, holes are also drilled in the composite material of the laminated panels 31A and 31B. Bolts 5 are passed through these holes, and both ends of the floor portion 3 and the divided ends 31 b of the side portions 2 are fastened by the bolts 5 and the nuts 13. With such a configuration, an axial load acts on the bolt 5 against a vertical load with the passenger, so that the bolt 5 can withstand a high load.
[0041]
The structure of the floor 3 will be further described. The basic structure of the floor 3 is a laminated panel 31B having a sandwich structure of the composite material 14 and the core material 15 as in the first embodiment. In order to connect the composite materials 14 on the surface similarly to the first embodiment, a plurality of cross beams 22 made of a prismatic composite material are provided instead of a part of the core material, and the square pipes 4 at both ends are connected. It has become.
[0042]
Next, a railway vehicle according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0043]
The fourth embodiment is different from the third embodiment in that a prismatic horizontal beam 24 made of a composite material is installed on the lower surface of the floor 3, and the structure of the floor 3 is the same as that of the roof 1 and the side 2. The difference is that the laminated panel 31B has a sandwich structure of the material 14 and the core material 15. Fastening of the floor portion 3 and the side portion 2 is performed by fastening the square pipe 4 adhered to the end portion with a bolt 5 as in the third embodiment. The cross beam 24 is made of a prism made of a composite material. The cross beam 24 is manufactured to have a length to be inserted between the fastening portions on the lower surface of the floor 3. Although the cross beam 24 is bonded to the lower surface of the floor, it may be bonded not only to the floor but also to the divided end 31b of the side portion 2. Several cross beams 24 are provided on the lower surface of the floor.
[0044]
【The invention's effect】
As is clear from the description of each embodiment described above, according to the present invention, it is possible to easily manufacture a vehicle steel body composed of a laminated panel and to provide a railway vehicle capable of sufficiently securing the fastening strength of the divided laminated panel. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional perspective view of a railway vehicle structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of the railway vehicle structure of FIG.
FIG. 3 is a sectional front view of the railway vehicle structure of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of a main part of a laminated panel of the railway vehicle structure of FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 4, showing a modification of FIG. 4;
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of the laminated panel of FIG.
FIG. 7 is a diagram showing non-combustibility conditions of a railway vehicle material.
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a test method of a flammability standard of a material for a railway vehicle.
FIG. 9 is a cross-sectional plan view of the floor section of FIG. 1;
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a laminated panel structure of a floor portion in FIG. 9;
FIG. 11 is a sectional front view of a railway vehicle structure according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional front view of a railway vehicle structure according to a third embodiment of the present invention.
13 is a cross-sectional plan view of a floor of the railway vehicle structure of FIG.
FIG. 14 is a sectional front view of a railway vehicle structure according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Roof part, 2 ... side part, 3 ... floor part, 4 ... square pipe, 5 ... bolt, 6 ... square pipe, 7 ... window, 8 ... skirt, 9 ... curved part of four corners of a window, 10 ... door, 11 ... curved parts at the four corners of the door, 12 ... wife, 13 ... nut, 14 ... composite material, 15 ... core material, 16 ... bolt hole, 17 ... carbon fiber reinforced plastics, 18 ... glass fiber reinforced plastics, 19 ... Sample, 20: combustion vessel, 21: combustion vessel pedestal, 22: cross beam, 23: aluminum square pipe, 24: cross beam on lower surface of floor, 30: vehicle structure, 31: laminated panel, 31a, 31b: split end, 32 ... fasteners.

Claims

In a railway vehicle including a cylindrical vehicle structure having a roof, a side, and a floor,
The roof portion and side portions of the vehicle structure are configured by a laminated panel having a sandwich structure of a composite material composed of reinforcing fibers and resin and a core material,
The laminated panel is formed such that the roof and the side are integrally formed, and is divided into right and left portions at a center portion of the roof,
The divided end portion of the laminated panel has a metal pipe installed inside the composite material forming the divided surface, and is fixed by fastening the pipes on both sides with fasteners. vehicle.

The projection according to claim 1, wherein a protrusion protruding vertically from a surface of the roof is formed at a divided end of the laminated panel, the pipe is installed on the protrusion, and the protrusion including the pipe is connected to the fastening part. A railway vehicle, characterized by being fastened with fasteners.

The pipe according to claim 2, wherein the pipe is a square pipe, the fastener is provided with a bolt and a nut, and the bolt is provided so as to extend in a direction intersecting the division surface. Railway vehicles.

The railway vehicle according to claim 2, wherein the projecting portion is formed so as to project toward a lower indoor side.

In a railway vehicle including a cylindrical vehicle structure having a roof, a side, and a floor,
The roof portion, the side portion, and the floor portion of the vehicle structure are configured by a laminated panel having a sandwich structure of a composite material including a reinforcing fiber and a resin and a core material,
The laminated panel is formed such that the roof portion, the side portions, and the floor portion are integrally formed, and is divided symmetrically left and right at a center portion of the roof portion and a center portion of the floor portion. ,
An outer portion of the composite material forming a vertical division surface is in contact with a divided end portion of the laminated panel, and a metal pipe is installed inside a portion of the composite material that is in contact with the composite material. The above-mentioned pipe is fixed by being fastened with a fastener.

6. The metal pipe according to claim 5, wherein the metal pipe inside the abutted portion of the composite material is a square pipe, and a metal square pipe is installed at an intersection of a side part and a floor part of the laminated panel. A railway vehicle characterized by the following.

7. The cross beam according to claim 6, wherein a plurality of lateral beams are provided so as to be bonded to the composite material above and below the floor and to be bonded to the square pipe at the divided end and the square pipe at the intersection. A railway vehicle characterized by the following.

In a railway vehicle including a cylindrical vehicle structure having a roof, a side, and a floor,
The roof portion, the side portion, and the floor portion of the vehicle structure are configured by a laminated panel having a sandwich structure of a composite material including a reinforcing fiber and a resin and a core material,
The laminated panel constituting the floor portion and the laminated panel constituting the side portion are formed separately,
The divided end portion of the laminated panel constituting the side portion is formed with a protruding portion projecting inward in the lateral direction,
An outer portion of the composite material is abutted on the protruding portion of the laminated panel constituting the side portion and an end portion of the laminated panel constituting the floor portion, and a metal is provided inside the abutted portion of the composite material. Pipe is installed and fixed by fastening the pipe with a fastener,
The laminated panel forming the side part and the laminated panel forming the roof part are integrally formed and are formed by being symmetrically divided right and left at a center part of the roof part, and the roof of the laminated panel is formed. The divided end of the portion, the outer portion of the composite material forming a vertical divided surface is abutted, a metal pipe is installed inside the abutted portion of the composite material, the divided surface on both sides A railway vehicle, wherein the pipe is fixed by being fastened with a fastener.

The railway vehicle according to claim 8, wherein the pipe is a square pipe.