JP4804511B2 - Collision collapse structure of railway vehicle structure - Google Patents
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Description
本発明は、塑性変形することによりエネルギを吸収する部材に係り、鉄道車両に好適な鉄道車両構体の衝突崩壊構造に関する。 The present invention relates to a member that absorbs energy by plastic deformation, and relates to a collision collapse structure of a railway vehicle structure suitable for a railway vehicle.
鉄道車両,道路車両などに代表される輸送機器では、通常の使用の範囲内であるにもかかわらず、予期しない衝突が生じることがある。このような予期せぬ衝突に対して、輸送機器に搭乗している乗員・乗客を保護するために、特許文献1のように、乗員・乗客が搭乗している生存空間は強固な構造とし、乗員・乗客が搭乗しない崩壊空間によりエネルギを吸収するという概念(以後、衝突緩和設計と呼ぶ)が輸送機器の設計に取り入れられつつある。
また、一般的にエネルギ吸収を目的として用いられている材料のエネルギ吸収特性は、たとえば、非特許文献1に示されている。
Moreover, the energy absorption characteristic of the material generally used for the purpose of energy absorption is shown by the
これらを総合すると、鉄道車両に代表される輸送機器が衝突した場合、乗員・乗客を保護するために、衝突時に生じるエネルギを部材の変形エネルギに変換する鉄道車両構体の衝突崩壊構造において、できるだけ小さな体積で、多くのエネルギを吸収でき、衝突初期の最大荷重と安定的崩壊時に生じる荷重の差が小さく、衝突の方向に大きく依存しない、鉄道車両構体の衝突崩壊構造を提供することが求められる。 To sum up, in the collision collapse structure of the railway vehicle structure that converts the energy generated at the time of the collision into the deformation energy of the member in order to protect passengers and passengers when the transportation equipment represented by the railway vehicle collides, it is as small as possible There is a need to provide a collision collapse structure of a railway vehicle structure that can absorb a lot of energy by volume, has a small difference between the maximum load at the initial stage of collision and the load generated at the time of stable collapse, and does not greatly depend on the direction of the collision.
本発明はこのような鉄道車両構体の衝突崩壊構造を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide such a collision collapse structure of a railway vehicle structure.
上記目的は、車体長手方向の中央部に位置する衝突生存空間と、前記衝突生存空間の車体長手方向の両端部に位置する衝突崩壊空間とを備えた鉄道車両構体の衝突崩壊構造であって、前記衝突生存空間をなす台枠の車端側に配置された衝突崩壊部材を備えており、前記衝突崩壊部材は、前記衝突崩壊空間の車体幅方向両側位置にそれぞれ配置されており、かつ、当該二つの衝突崩壊部材は、連結器設置部分に相当する距離を隔てて配置されており、前記二つの衝突崩壊部材は、その押出し方向を車体長手方向に一致させて配置された中空形材で構成されており、前記中空形材は、実質的に平行な2枚の面板と両面板を接続するリブを一体成形して構成されており、かつ、前記2枚の面板およびリブからなる中空構造がその全周を構成した筒状に形成されており、前記各衝突崩壊部材は、押出し方向と一致させて車体長手方向に並べた二つの前記中空形材を、仕切り板を挟んで連結して構成されており、前記各衝突崩壊部材の仕切り板は、前記中空形材の筒状断面に対応した形状となっており、かつ、各衝突崩壊部材の仕切り板はそれぞれ独立して設置されていること、によって達成できる。 The object is a collision collapse structure of a railway vehicle structure comprising a collision survival space located at a center part in the longitudinal direction of the vehicle body, and a collision collapse space located at both ends of the collision survival space in the longitudinal direction of the vehicle body, A collision collapsing member disposed on the vehicle end side of the underframe that forms the collision survival space, the collision collapsing members are respectively disposed at both side positions in the vehicle body width direction of the collision collapsing space, and The two collapsible collapsing members are arranged at a distance corresponding to the connector installation part, and the two collapsible collapsing members are configured by a hollow shape member arranged so that the pushing direction coincides with the longitudinal direction of the vehicle body The hollow shape member is formed by integrally molding two substantially parallel face plates and ribs connecting the both face plates, and has a hollow structure composed of the two face plates and ribs. A cylinder that forms its entire circumference Is formed, each collision collapse member, two of the hollow profile by arranging the longitudinal direction of the car body to match the extrusion direction, is constructed by connecting across the partition plate, wherein each collision disintegrating member This partition plate has a shape corresponding to the cylindrical cross section of the hollow shape member, and the partition plates of the collision collapsing members are independently installed.
本発明を鉄道車両構体に対して適用した場合の第一の実施例を図1から図7によって説明する。 A first embodiment when the present invention is applied to a railway vehicle structure will be described with reference to FIGS.
鉄道車両構体1は、車体長手方向に対して両端を閉鎖する面を形成する妻構体2,車体長手方向に対して左右の面を形成する側構体3,屋根を形成する屋根構体4、及び床面を形成する台枠5から構成されている。側構体3には窓や出入口の開口がある。側構体の最下部でありかつ台枠の車体幅方向両端の部分には、側梁6が設けられている。
The
鉄道車両構体1は、その全部または一部について複数の中空形材を接合して構成している。中空形材は軽合金(例えば、アルミニウム合金)を用いて押出された形材であり、その押出し方向(すなわち、長手方向)と車体の長手方向を一致させている。すなわち、中空形材の幅方向が車体の周方向に並ぶように配置されている。その後、これらの中空形材を溶接して鉄道車両構体1を構成している。
The
このような基本構造を持つ鉄道車両構体1は、衝突時に乗員・乗客の生命を保護する衝突生存空間10と、衝突時に生じるエネルギを部材の塑性変形エネルギに変換して吸収する衝突崩壊空間20により構成される。衝突生存空間10は、鉄道車両構体1の車体長手方向の中央に設置されている。衝突崩壊空間20は、鉄道車両構体1の車体長手方向の両端部に存在し、あたかも衝突生存空間10をはさみこむように配置されている。
The
次に、図2から図4を用いて衝突崩壊空間20の衝突崩壊構造100について説明する。図2に、運転台を有する衝突崩壊空間20を側面から見た図を示す。衝突崩壊空間20の構造は、鉄道車両構体1に固定するために鉄道車両構体1の端部の形状にほぼ等しいほぼ四角形の取付け枠110,取付け枠110よりも前方側(車端側)に位置する複数の縦柱120,130、縦柱120,130を取付け枠110に結合する横骨140,床150,最初に衝突するアンチクライマ160,衝突崩壊部材200等といった部材を主にして構成される。衝突崩壊構造100は、取付け枠110により衝突生存空間10に結合され鉄道車両構体1を構成している。
Next, the
ここで、以下の説明を容易にするために、取付け枠110側を後端、その反対側である鉄道車両としての端部(アンチクライマ160側)を先端とする。また、先端と後端を結ぶ縁を側面と呼ぶ。
Here, in order to facilitate the following description, the
縦柱120は、取付け枠110の上端と床150の実質的な先端側の端部を連結している。縦柱130は取付け枠110と縦柱120との間において、床150の実質的な側面とを接続している。縦柱120は、縦柱130よりも断面積が大きい。横骨140は、高さ方向に関して屋根と台枠の間の位置で、取付け枠110,縦柱130,縦柱120を接続する。これらの部材は溶接により接続している。
The
衝突崩壊部材200は、床150の下部に位置しており、その高さ方向の位置は、実質的に衝突生存空間を構成する台枠5の高さと同等かそれよりも下である。衝突崩壊部材200の車体長手方向の長さは、取付け枠110から他方の端部までである。衝突崩壊部材200は、鉄道車両構体側の端部で取付け枠110と接続し、もう一方の端部でアンチクライマ160と接続している。衝突崩壊部材200は、その上下面を水平にして設置されており、長手方向の中央で仕切り板210が設けられている。
The
衝突崩壊部材200は前側(前端)の衝突崩壊部材200Fと後側(後端)の衝突崩壊部材200Rとからなる。前側の衝突崩壊部材200Fの断面形状は、後側の衝突崩壊部材200Rの断面形状と比較して同じである。
The
衝突崩壊部材200と取付け枠110は、取付け枠110の最も下側に車体幅方向に設けた横梁190を用いて接続している。衝突崩壊部材200と床150は、支持梁170で接続されている。
The
図3において、衝突崩壊部材200は、車体幅方向の中央を対称にして、鉄道車両構体1の幅方向の両端(側構体3の近傍側)に設置している。すなわち、衝突崩壊部材200は、一つの衝突崩壊空間20あたり、車体幅方向に対して対称に合計2つある。
In FIG. 3, the
図4において、衝突崩壊部材200は、連結器70を挟んで車体の幅方向の両側に設置されている。また、衝突崩壊部材200の縦断面形状は、中空の4角形であり、この4角形で車体の長手方向に沿った筒状であり、前記4角形の各面は中空形材である。衝突崩壊部材200を取付け枠110に接続している横梁190は、車体の幅方向に関して、側梁6から中梁180に至る長さを有する。また、この横梁190は車体高さ方向に関して、衝突崩壊部材200を包括する高さを有する。
In FIG. 4, the
次に、図5から図7を用いて衝突崩壊部材200について説明する。図5において、本図に示す衝突崩壊部材200を使用状況に合わせて長さ方向(中空形材の押出し方向)に対して直角に切断することにより、衝突崩壊部材200Fや200Rを構成することができる。衝突崩壊部材200は、軽合金(例えば、アルミニウム合金)製の中空形材220で四面を構成された筒状の構造をしている。中空形材220は押出し方向を車両の走行方向(長手方向)に向けている。すなわち、衝突方向と中空形材220の押出し方向を一致させている。
Next, the
図6において、中空形材220は、実質的に平行な2枚の面板221a,221bと両面板を接続するリブ222からなる。面板221とリブ222が接続する部分を結節点223と呼ぶ。リブ222は、面板221a,221bに対して傾斜している。このため、面板221a,221bとリブ222に囲まれる空間は、押出し方向に対して三角形に似た形状となる。つまり、リブ222,222…はトラス状に面板221a,221bに接続されている。面板221aと221bは平面を構成している。
In FIG. 6, the
衝突崩壊部材200の中空形材220の材質は、図示している中空形材220を押出しにより成形可能なものである。この一例として、Al,Mg,Siなどが添加された、いわゆる三元系のアルミニウム合金をあげることができる。中空形材220の材料は、押出し後に衝撃エネルギを吸収しやすくするために、金属組織を微細化するか、または、焼なましと同等の熱処理が行われる。
The material of the
なお、リブ222は面板221a,221bに直交するものであってもよい。これによれば、押出性が向上するので薄い板厚の中空形材を用いることができる。また、座屈に対する挙動がより単純化されるので、蛇腹状の変形モードを得やすくなる。
The
図7において、衝突崩壊部材200を構成する中空形材220,220どうしを接続する部分を説明する。衝突崩壊部材200を構成する中空形材220aと中空形材220bは、衝突崩壊部材200の角で接続している。中空形材220aにおいて、中空形材220bと接続する端部は、端部のリブ222cで接続している。中空形材220bの端部にはリブがない。このため、中空形材の面板221c,221dの端部は中空形材の面板221a,221bの端部に突き合せられ、溶接されている。つまり、衝突崩壊部材200の角部は、リブ222c,222dと、面板221cによって閉空間となっている。面板221aの端部は、結節点223cである。また、面板221bの端部は、結節点223aである。
In FIG. 7, the part which connects the
中空形材220aと220bは、結節点223aと223bで溶接により接続されている。溶接は、結節点223aにおいては衝突崩壊部材200の内側から行われる。一方、結節点223cにおいては、衝突崩壊部材200の外側から行われる。
The
かかる構成において、車両が他の車両または障害物に衝突したとき、衝突崩壊部材200は長手方向に、塑性変形し、衝突エネルギを吸収する。衝突崩壊部材200Fと衝突崩壊部材200Rとの間の仕切り板210は、衝突崩壊部材200が衝突エネルギによって全体として2つに座屈しないようにするためのものであり、これによって衝突崩壊部材200は小さく局所的に座屈する。前記仕切り板210によって、衝突崩壊部材200を構成する中空形材220が「く」状に変形することなく蛇腹状に連続して変形し、多くの衝撃エネルギを吸収することができる。
In such a configuration, when the vehicle collides with another vehicle or an obstacle, the
図8に示す実施例を説明する。中空形材220aの面板221bの端部は、中空形材220bに接触しない程度に延長している。かかる構成により、中空形材220aを加工するための労力を軽減できる。
The embodiment shown in FIG. 8 will be described. The end of the
図9に示す実施例を説明する。中空形材220aの面板221aの端部は、中空形材220bの面板221cとの交点から先に延長している。延長した面板221aにより、部品の取付けを容易にすることができる。
The embodiment shown in FIG. 9 will be described. The end of the
図10に示す実施例を説明する。中空形材220aの面板221bの端部は中空形材220bの面板221cとの交点とし、面板221aと面板221bの端部を接続する接続板224を設けている。接続板224は面板221a,221bに直交している。かかる構成により、中空形材220aを加工するための労力を軽減できる。
The embodiment shown in FIG. 10 will be described. The end portion of the
なお、接続板224を面板221a,221bと一体の押出し加工によって製作してもよい。また、この場合、溶接箇所の中空形材220に溶接開先を設けるように押出し加工を行うとよい。
Note that the
図11の実施例を説明する。中空形材220aの端部に中空形材220bの面板221cに沿ったリブ222fを一体に設けている。面板221cの端部はリブ222fと面板221bとの接続部の外面に重なっている、接続部には溶接開先を設けている。また、中空形材220aと中空形材220bとの位置決めを容易にするため、面板221bの外面側に、裏当ともなる突起225を設けている。
The embodiment of FIG. 11 will be described. A
図12の実施例を説明する。これは直交する2つの中空形材を一体にしたL状の中空形材220a,220b,220c,220dを設け、これを溶接部226の部分で突き合せ溶接したものである。
The embodiment of FIG. 12 will be described. This is an L-shaped
かかる構成において、押出すために必要な型の数が一つとなり、型の数を減らすことができる。また、平面部で接合するので、角部で接合することと比較すると、接合が容易になる。 In this configuration, the number of molds required for extrusion becomes one, and the number of molds can be reduced. Moreover, since it joins in a plane part, compared with joining in a corner | angular part, joining becomes easy.
図13の実施例を説明する。これは衝突崩壊部材200の幅方向の中央で2分割した中空形材220a,220bを設け、これを溶接部226の部分で溶接したものである。これによればさらに溶接箇所が少なくなる。
The embodiment of FIG. 13 will be described. This is obtained by providing
図14,図15の実施例を説明する。以上までの実施例では、中空形材同士の溶接は中空形材の両面を溶接しなければならないので、衝突崩壊部材200の筒内の溶接が困難である。図14,図15の実施例は、2面を衝突崩壊部材200の外側から溶接できるようにしたものである。図14の溶接部226の詳細な構造を図15に示し、以下に説明する。
The embodiment of FIGS. 14 and 15 will be described. In the above embodiments, since welding between the hollow members has to be performed on both surfaces of the hollow member, it is difficult to weld the
衝突崩壊部材200の中空形材は図12に示すようにL状の4つの中空形材からなる。溶接部226の構造は、筒部の一方の中空形材の内側の面板221aは隣接する他方の中空形材の内側の面板221bに突き合せられている。外側の面板221c,221dは面板221a,221bよりも後退した位置にある。リブ222bは面板221cの端部に接続している。面板221cとリブ222bとの接続部の近傍に隣接するリブ222aがある。この結節点の面板221cの外面側は凹部になっている。隣接した中空形材の各凹部には接続材227が重ねられ、面板に溶接されている。
The hollow shape member of the
溶接手順を説明すると、先ず面板221a,221bを突き合せ、上側(面板221c側)から接合個所228aの突き合せ部を溶接する。次に、接続材227を重ね、接続材227の各端部の接合個所228b,228cを面板221c,221dとリブ222b,222cとの結節点に上側(面板221c,221d側)から溶接する。
The welding procedure will be described. First, the
これによれば、中空形材の溶接を外側から行うことができるので、溶接作業を簡単に行うことができる。また、平面部で接合するので、角部で接合することと比較すると、接合が容易になる。さらに、衝突崩壊部材の接合は外側からのみで完了するので、衝突崩壊部材が小さい場合にも作業性よく接合できる。 According to this, since the hollow profile can be welded from the outside, the welding operation can be easily performed. Moreover, since it joins in a plane part, compared with joining in a corner | angular part, joining becomes easy. Furthermore, since the joining of the collision collapsing member is completed only from the outside, it can be joined with good workability even when the collision collapsing member is small.
なお、溶接に替えて摩擦攪拌接合方法によって接合してもよい。この場合、面板221dと接続材227を接合する際に生じる摩擦撹拌接合の下向きの力は、リブ222c,222dによって支える。
In addition, it may replace with welding and may join by the friction stir welding method. In this case, the downward force of the friction stir welding generated when the
図16の実施例を説明する。中空形材220は、あたかも円のような断面形状をしている。
The embodiment of FIG. 16 will be described. The
かかる構成において、中空形材を円に配置しているので、あらゆる方向から作用する荷重に対して常に等しい剛性を有することができる。そこで、ロバスト性が向上する。 In such a configuration, since the hollow members are arranged in a circle, it is possible to always have equal rigidity with respect to loads acting from all directions. Therefore, the robustness is improved.
図17の実施例を説明する。なお、本図では発明の理解を容易にするために、中空形材を簡略化して表記している。本実施例において、衝突崩壊部材200は、中空形材により構成されている。中空形材220は、あたかも三角形のような断面形状をしている。
The embodiment of FIG. 17 will be described. In addition, in this figure, in order to make an understanding of invention easy, the hollow shape material is simplified and described. In the present embodiment, the
かかる構成によれば、中空形材を三角形に配置しているので、他の機器との干渉を避けることができる。 According to this configuration, since the hollow shape members are arranged in a triangle, it is possible to avoid interference with other devices.
上記各実施例では中空形材で囲まれた空間には他の部材がはっていないが、エネルギを吸収する部材を配置するとよい。例えば、発泡アルミニウム,ハニカムパネルなどを配置する。これによれば、衝突崩壊部材を小さくしても大きなエネルギを吸収できる。 In the above embodiments, other members are not provided in the space surrounded by the hollow shape member, but a member that absorbs energy may be disposed. For example, foamed aluminum, a honeycomb panel, or the like is disposed. According to this, even if the collision collapsing member is made small, large energy can be absorbed.
図18の実施例を説明する。なお、本図では発明の理解を容易にするために、中空形材を簡略化して表記している。中空形材220は、あたかも十字型のような断面形状をしている。
The embodiment of FIG. 18 will be described. In addition, in this figure, in order to make an understanding of invention easy, the hollow shape material is simplified and described. The
かかる構成において、中空形材を直角に配置しているので面外曲げ剛性が高いので座屈しにくい。さらに、図15までの実施例では中空形材で囲まれた空間が有るので、省スペースは困難であったが、本実施例によれば当該空間を省略することが可能になり、小さな空間でより多くのエネルギを吸収できる。 In such a configuration, since the hollow members are arranged at right angles, the out-of-plane bending rigidity is high, so that it is difficult to buckle. Further, in the embodiment up to FIG. 15, since there is a space surrounded by the hollow shape material, it is difficult to save the space. However, according to this embodiment, the space can be omitted, and the space is small. More energy can be absorbed.
1…鉄道車両構体、2…妻構体、3…側構体、4…屋根構体、5…台枠、6…側梁、10…衝突生存空間、20…衝突崩壊空間、100…衝突崩壊構造、110…取付け枠、120,130…縦柱、140…横骨、150…床、160…アンチクライマ、170…支持梁、180…中梁、190…横梁、200…衝突崩壊部材、210…仕切り、220…中空形材、221…面板、222…リブ、223…結節点、224…接続板、225…突起、226…溶接部、227…接続材、228…接合個所。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記衝突生存空間をなす台枠の車端側に配置された衝突崩壊部材を備えており、
前記衝突崩壊部材は、前記衝突崩壊空間の車体幅方向両側位置にそれぞれ配置されており、かつ、当該二つの衝突崩壊部材は、連結器設置部分に相当する距離を隔てて配置されており、
前記二つの衝突崩壊部材は、その押出し方向を車体長手方向に一致させて配置された中空形材で構成されており、
前記中空形材は、実質的に平行な2枚の面板と両面板を接続するリブを一体成形して構成されており、かつ、前記2枚の面板およびリブからなる中空構造がその全周を構成した筒状に形成されており、
前記各衝突崩壊部材は、押出し方向と一致させて車体長手方向に並べた二つの前記中空形材を、仕切り板を挟んで連結して構成されており、
前記各衝突崩壊部材の仕切り板は、前記中空形材の筒状断面に対応した形状となっており、かつ、各衝突崩壊部材の仕切り板はそれぞれ独立して設置されていること、
を特徴とする鉄道車両構体の衝突崩壊構造。 A collision collapse structure of a railway vehicle structure comprising a collision survival space located at a center part in the longitudinal direction of the vehicle body and a collision collapse space located at both ends of the collision survival space in the longitudinal direction of the vehicle body,
A collision collapsing member disposed on the vehicle end side of the underframe that forms the collision survival space;
The collision collapsing members are respectively disposed at both sides of the collision collapsing space in the vehicle body width direction, and the two collision collapsing members are disposed at a distance corresponding to a connector installation portion,
The two collapsible collapsing members are made of a hollow material arranged so that the pushing direction thereof coincides with the longitudinal direction of the vehicle body,
The hollow shape member is formed by integrally molding two substantially parallel face plates and a rib connecting the both face plates, and a hollow structure composed of the two face plates and the ribs has an entire circumference. It is formed into a configured cylinder,
Each of the collision collapsing members is configured by connecting the two hollow members arranged in the longitudinal direction of the vehicle body so as to coincide with the extrusion direction , with a partition plate interposed therebetween,
The partition plate of each collision collapsing member has a shape corresponding to the cylindrical cross section of the hollow shape member, and the partition plate of each collision collapsing member is installed independently,
The collapsing and collapsing structure of a railway vehicle structure.
前記各衝突崩壊部材は、前記衝突生存空間をなす前記台枠に対して、衝突時に当該各衝突崩壊部材が受ける荷重を支える取付け枠を介して設置されていること、
を特徴とする鉄道車両構体の衝突崩壊構造。 In the collision collapse structure of the railway vehicle structure according to claim 1,
Each of the collision collapsing members is installed via an attachment frame that supports the load received by each of the collision collapsing members at the time of the collision with respect to the frame that forms the collision survival space.
The collapsing and collapsing structure of a railway vehicle structure.
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