KR100985165B1

KR100985165B1 - 차량 구조체

Info

Publication number: KR100985165B1
Application number: KR1020070015256A
Authority: KR
Inventors: 히데유키 나카무라; 도시하루 미야모토; 도시히코 모치다; 다케시 가와사키
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2010-10-05
Also published as: EP1944213B1; ATE504481T1; JP2008168732A; EP1944213A1; JP4979390B2; US20080163783A1; DE602007013682D1; KR20080065884A; CN101219668B; CN101219668A

Abstract

본 발명은 구조체 중량의 증가를 억제하면서 상하방향의 하중 및 진동에 대하여 필요한 강도를 가지는 차량 구조체를 제공하는 것이다.

측면 구조체(2)가 중공형재에 의하여 구성되어 있는 철도차량 구조체(20)의 출입구(6)에 있어서, 측면 구조체(2)와 프레임(7)을 L형 금속 고정구(10)를 거쳐 결합한다. L형 금속 고정구(10)는, 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)을 결합하는 판형상의 제 1 접합부(10a)와, 상기 제 1 접합부(10a) 차 바깥쪽 면판(8)에서의 부분과 프레임(7)을 맞댐 결합하는 제 2 접합부판(10b)으로 이루어진다. 제 2 접합부판(10b)의 판두께는 차 바깥쪽 면판(8)의 판두께보다 두껍다. 이것에 의하여 차 바깥쪽 면판(8)의 판두께를 두껍게 하지 않고, 즉 구조체 중량을 거의 증가시키는 일 없이, 상하방향의 하중에 대하여 필요한 강도를 확보할 수 있다.

Description

차량 구조체{RAILWAY VEHICLE BODY STRUCTURE}

도 1은 본 발명의 일 실시예의 레일 차량 구조체의 사시도,

도 2는 도 1의 II-II 단면도,

도 3은 레일 차량 구조조체의 상하방향의 하중에 대한 변형도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 도 2 상당도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 도 2 상당도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 지붕 구조체 2 : 측면 구조체

3 : 언더프레임 4 : 박공 구조체

6 : 출입구 7 : 출입구 프레임

7B : 돌출부 7a, 7b : 수직부

7c, 7d : 수평부 7e : 연장부

8 : 차 바깥쪽 면판 9 : 차 안쪽 면판

10 : L 형 고정구 10a, 10A : 제 1 접합부

10b, 10B, 7B : 제 2 접합부 11, 12, 13, l4, 15 : 용접부분

16 : 리브 17 : 장여(bollster)

20 : 레일 차량 구조체

본 발명은, 철도차량이나 모노레일카 등의 레일 차량을 구성하는 차량 구조체에 관한 것으로, 특히 예를 들면 알루미늄합금제의 중공형재를 접합하여 구성한 차량 구조체에 관한 것이다.

차량 구조체는, 상면을 구성하는 지붕 구조체와, 측면을 구성하는 2매의 측면 구조체와, 하면을 구성하는 언더프레임과, 길이방향의 끝면을 구성하는 2매의 박공 구조체로 구성된다.

최근에는 레일 차량의 경량화나 제작성 향상을 주된 목적으로 하여, 지붕 구조체, 측면 구조체 및 언더프레임에 알루미늄합금제의 중공압출형재를, 박공 구조체에 알루미늄합금제의 리브부착 압출형재를 사용하게 되었다. 이와 같은 레일 차량의 차체 구조체는, 예를 들면 특허문헌 1에 나타나 있다.

또, 차량 구조체의 측면 구조체에 설치한 출입구는, 측면 구조체의 중공형재에 개구를 설치하고, 이 개구에 두께가 두꺼운 출입구 프레임을 용접하고, 보강하여 구성되어 있다. 이와 같은 출입구의 구조는, 예를 들면 특허문헌 2에 나타나 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특허제2604226호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특허제3751236호 공보

레일 차량 구조체에는 인원이 승차함에 의한 상하방향의 정적인 하중, 또는 레일을 주행할 때에 그 주행에 따르는 상하방향의 진동 등에 기인한 동적인 하중이 작용하기 때문에, 레일 차량 구조체는 이와 같은 하중에 대하여 필요한 강도를 확보할 필요가 있다. 이들 하중에 기인하여 강도적으로 심한 상태가 되는 구조상의 부위는, 이들 하중을 전면적으로 지지하는 2매의 측면 구조체이다. 특히, 승객, 승무원의 승강을 위하여 큰 개구가 형성되는 측면 구조체의 출입구의 주위는, 정적 또는 동적인 변형이 집중하여 생기기 때문에, 강도적으로 가장 심한 상태에 노출된다. 이 때문에 측면 구조체의 출입구의 주위는, 강고한 프레임에 의하여 구성되는 것이 일반적이다. 이 강도적으로 심한 상황이 되는 기술적 사정에 대해서는, 뒤에 도 3에 의거하여 다시 설명한다.

출입구 프레임과 측면 구조체의 결합은, 측면 구조체를 구성하는 중공형재의 면판을 출입구 프레임측으로 연장하고, 출입구 프레임에 존재하는 자리에 얹어 그 선단을 맞대기 용접함으로써 행하여진다. 그 결과, 강고한 중공형재와 출입구 프레임에 끼워지는 면판에는, 상하방향의 하중에 의하여 변형이 집중함과 동시에 높은 응력이 발생한다. 또 이것을 방지하기 위하여, 중공형재의 면판의 판두께를 전면적으로 두껍게 하면, 구조체 질량의 대폭적인 증가를 야기한다.

본 발명의 목적은, 레일 차량 구조체의 중량의 증가를 억제하면서 특히 측면 구조체의 출입구의 주위에서, 상하방향의 하중에 대하여 필요한 강도를 확보할 수 있는 차량 구조체를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 차 바깥쪽 면판과 차 안쪽 면판과 상기 양 면판을 결합하는 복수의 리브로 이루어지는 중공형재로 구성되어 있고, 출입구가 개구하여 형성되어 있는 측면 구조체를 구비하여, 상기 출입구의 개구 가장자리를 따라, 상기 중공형재의 상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판과 출입구 프레임을 고정하여 이루어지는 차량 구조체에 있어서, 상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판은 상기 개구 가장자리를 따라 접합부재로 용접되어 있고, 상기 접합부재는, 상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판을 결합하는 제 1 접합부와, 상기 제 1 접합부의 상기 차 바깥쪽 면판에서의 부분과 상기 출입구 프레임의 차 바깥쪽을 결합하는 제 2 접합부로 이루어지는 것에 의하여 달성할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 레일차량 구조체의 실시예 1∼실시예 3에 대하여 설명한다.

(실시예 1)

본 발명의 제 1 실시예를 도 1 ∼ 도 3에 의거하여 설명한다.

도 1에 나타내는 실시예에서, 레일 차량 구조체(20)는, 상면을 구성하는 지붕 구조체(1), 측면을 구성하는 2매의 측면 구조체(2, 2), 하면을 구성하는 언더프레임(3), 끝면을 구성하는 2매의 박공 구조체(4, 4)로 구성되어 있다.

지붕 구조체(1), 측면 구조체(2, 2), 언더프레임(3) 및 박공 구조체(4, 4)는, 각각 복수의 압출형재를 접합(용접, 또는 마찰교반접합)하여 구성되어 있다.

지붕 구조체(1), 측면 구조체(2, 2) 및 언더프레임(3)을 구성하는 압출형재는, 알루미늄합금제의 중공형재이고, 상기 중공형재의 압출방향은 철도차량 구조체(20)의 길이방향으로 되어 있다. 박공 구조체(4, 4)를 구성하는 압출형재는 알루미늄합금제의 리브부착 싱글형재이고, 상기 싱글형재의 압출방향은 철도차량 구조체(20)의 상하방향으로 되어 있다.

레일 차량 구조체(20)의 상하방향의 하중에 대한 변형상태를 도 3에 의하여 설명한다. 도 3은, 레일 차량 구조체의 측면도이다. 레일 차량 구조체(20)는 장여(bollster)(17, 17)의 전후방향(레일 차량 구조체의 길이방향) 중심에서 주행장치에 지지되어 있다. 레일 차량 구조체(20)에는, 레일 차량 구조체(20)에 더하여 전기기기 등의 의장부재나 인원 승차에 의한 레일 차량 구조체(20)의 상하방향의 하중이 부하된다. 이 상하방향의 하중에 의하여 레일 차량 구조체(20)는 장여(bollster)(17, 17) 사이에서 하방향을 볼록하게 한 형에서 변형된다. 특히, 승객, 승무원의 승강용의 큰 개구를 가지는 출입구(6, 6)에서는, 집중하여 이 변형이 생긴다. 이 때문에 출입구(6, 6)의 주위에는, 강고한 출입구 프레임(이하, 「프레임」이라 약칭한다)(7, 7)이 설치, 고정되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 측면 구조체(2)는 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)의 2매의 면판과 상기 2개의 면판(8, 9)을 결합하는 복수의 리브(16)로 이루어지는 중공형재로 구성되어 있고, 측면 구조체(2)에는 또한 출입구(6)가 개구하여 설치되어 있다. 출입구(6)의 개구 가장자리를 따라 배치된 프레임(7)은, 종래에서는 측면 구조체(2)에 대하여 중공형재의 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9) 에 용접 또는 마찰교반접합에 의하여 직접 접합되어 있던 것이다. 본 발명에 의한 레일 차량 구조체(20)에서는 측면 구조체(2)와 프레임(7)은, L형 금속 고정구(10)를 거쳐 결합되어 있다. 본 실시예에서는 L형 금속 고정구(10)는, 전체로서 도 2에 나타내는 바와 같이 개구 가장자리와 직교하는 단면에서 L형을 나타내는 부재이다. L형 금속 고정구(10)는, 측면 구조체(2)의 출입구(6)측의 끝면에서, 측면 구조체(2)의 차 안쪽 면판(9)과 차 바깥쪽 면판(8)을 접합하는 판형상의 제 1 접합부(10a)와, 제 1 접합부(10a)에서 일체적으로 연속되어 있고, 차 바깥쪽 면판(8)측에서 프레임(7)측으로 돌출하여 형성된 판형상의 제 2 접합부(10b)로 이루어진다. 제 2 접합부(10b)의 두께는, 차 바깥쪽 면판(8)의 두께보다 두껍게 형성되어 있다.

제 1 접합부(10a)는, 차 바깥쪽 면판(8), 차 안쪽 면판(9)에 각각 용접부분(11, 12)으로서 나타내는 바와 같이 맞대기 용접되어 있다. 제 2 접합부(10b)는, 프레임(7)에 대하여 용접부분(13)으로서 나타나 있는 바와 같이 맞대기 접합되어 있다. 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)은 제 1 접합부(10a)에서 연결되어 있기 때문에, 측면 구조체(2)의 가장자리부에서 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)과의 사이의 거리는 변하지 않고 서로 구속하고 있어, 출입구(6)의 개구 주위에서 작용하는 상하방향의 정적 또는 동적인 하중에 대하여, 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)의 면 바깥방향의 변형을 억제할 수 있다. 후판(厚板)의 제 2 접합부(10b)는, 출입구 프레임(7)과 차 바깥쪽 면판(8)을 용접에 의하여 강고하게 결합하고 있기 때문에, 출입구의 주위에서 필요한 강도를 확보할 수 있다.

L형 금속 고정구(10)의 제 1 접합부(10a)는, 출입구(6)의 수직 개구 가장자리를 따라 세로방향으로 배치되어 있다. 제 1 접합부(10a)는, 출입구(6)의 상하 개구 가장자리를 따라 수평방향으로도 연속하여 배치되어도 좋다.

한편, 프레임(7)과 측면 구조체(2)의 차 안쪽 면판(9)은, 프레임(7)의 연장부(7e)가 차 안쪽 면판(9)에 대하여 차 안쪽에서 겹치는 형태로 배치되어 있고, 용접부분(14)에서 나타내는 바와 같이, 필릿(fillet) 접합에 의하여 결합되어 있다.

L형 금속 고정구(10)의 제 2 접합부(10b)의 판두께(도 2에서, 상하방향 치수를 말한다), 즉 용접부분(13)에 의한 맞대기 접합의 접합 깊이는, 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8)의 판두께(도 2에서, 상하방향 치수를 말한다)보다 크다. 이와 같이 한 판두께 관계에 의하여 면판에 발생하는 국부적인 구부림 변형을 억제할 수 있다. 이에 의하여 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8)의 판두께를 증가하지 않고, 즉 구조체 중량을 거의 증가시키지 않고 상하방향의 정적 또는 동적인 하중에 대하여 필요한 강도를 확보할 수 있다.

L형 금속 고정구(10) 및 맞대기 접합의 용접부분(11, 13)의 외표면은, 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8)의 외표면 및 프레임(7)의 외표면과 동일면에 존재한다. 구체적으로는 맞대기 접합의 용접부분(11, 13)의 외표면을 기계 가공함으로써 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8), 프레임(7) 및 L형 금속 고정구(10)의 외표면은 면일, 즉 동일 면 내에 있다.

이와 같은 구성에서는, 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8)을 프레임(7)측 으로 연장할 필요가 없고, 측면 구조체(2)의 가장자리부에서 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)은 제 1 접합부(10a)에 의한 연결에 의하여 서로 구속하고 있고, 출입구(6)의 개구 주위에서 작용하는 상하방향의 하중에 대하여, 차 바깥쪽 면판(8)과 차 안쪽 면판(9)의 면 바깥방향의 변형을 억제할 수 있다. 또 후판의 제 2 접합부(10b)는, 출입구 프레임(7)과 차 바깥쪽 면판(8)을 용접에 의하여 강고하게 결합하고 있기 때문에, 출입구의 주위에서 필요한 강도를 확보할 수 있다. 이에 의하여 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8)의 판두께를 증가하지 않고, 즉 구조체 질량을 거의 증가시키는 일 없이, 상하방향의 정적인 하중 또는 진동 등에의한 동적인 하중에 대하여 필요한 강도를 확보할 수 있다.

또, 측면 구조체(2)의 차 바깥쪽 면판(8), 프레임(7), L형 금속 고정구(10) 및 맞대기 접합의 용접부분(11, 13)의 외표면이 동일면에 있기 때문에, 측면 구조체(2)의 외표면에 요철을 발생시키지 않고 뛰어난 의장성을 제공할 수 있다. 또한 이에 의하여 측면 구조체(2)의 외표면의 요철에 의한 차 바깥 소음의 발생을 방지할 수 있다.

또, 프레임(7)은 압출형재(도 2의 상하방향으로 압출한 형재), 또는 절삭에 의하여 형성되어 있고, 도 1에서 프레임(7)의 수직부(7a, 7b)와 수평부(7c)의 각진 부를 용접하여 일체로 구성할 수 있다. 이 용접선은 각진 부에 대하여 비스듬하게 있다. 또는 수직부(7a, 7b)와 수평부(7c)의 각진 부는, 제 3 각진 부의 형상을 한 절삭부품을 배치하고, 수직부(7a, 7b), 수평부(7c)에 용접에 의하여 결합한다.

또한, 도 1에서, 출입구(6)의 하단에도 프레임(7)의 수평부(7d)가 있는 것처 럼 나타내고 있으나, 프레임의 하단을 언더프레임(3)의 사이드빔에 용접하면, 프레임(7)의 하단 수평부는 불필요하게 할 수 있다.

(실시예 2)

본 발명의 제 2 실시예를 도 4에 의거하여 설명한다.

제 2 실시예는, 도 2의 실시예의 L형 금속 고정구(10)를, 각각 별체인 2개의 부재로서의, 제 1 접합부(10a)와 제 2 접합부(10b)로 구성한 것이다. 도 4의 실시예에서는 제 1 접합부(10a) 및 제 2 접합부(10b)가 판형상이고, 도 2와 같이 깎아냄 가공품, 또는 압출형재품으로 L형 금속 고정구(10)를 구성할 필요가 없기 때문에, 재료비를 저감하여 가공비를 저감할 수 있다. 제 1 접합부(10a)와 제 2 접합부(10b)는, 용접부분(15)에서 나타내는 바와 같이, 맞대기 용접되어 있고, 도시한 바와 같이 개구 가장자리와 직교하는 단면에서 L형으로 연결되어 있다. 또한, 판(10B)은 판(10A)에 용접하고 있으나, 면판(8)에 용접하여도 좋다.

(실시예 3)

본 발명의 제 3 실시예를 도 5에 의거하여 설명한다.

제 3 실시예는, 제 2 실시예에서의 제 2 접합부(10b)를 프레임(7)과 일체로 구성한 것이다. 즉, 제 2 접합부는 프레임(7)으로부터 측면 구조체(2)측을 향하여 돌출하는 돌출부(7B)로서 설치한 것이다. 제 1 접합부(10A)와 제 2 접합부(7B)는, 용접부분(15)에 의하여 용접되어, 개구 가장자리와 직교하는 단면에서 보아 L형으로 연결되어 있다. 제 3 실시예에 의하면, 도 2에 나타낸 제 1 실시예에 비하여, L형 금속 고정구를 용이하게 구성하여, 제 2 접합부(7B)의 접합작업을 저감할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는 판부재의 접합을 용접으로 설명하였으나, 용접 대신에 마찰교반접합으로 할 수 있다. 또 접합이란, 용접 또는 마찰교반접합을 말한다.

본 발명에 의하면, 측면 구조체의 차 바깥쪽 면판, 차 안쪽 면판의 판두께를 증가할 필요가 없기 때문에, 구조체 중량의 증가를 억제하면서 상하방향의 하중에 대하여 필요한 강도를 가지는 차량 구조체를 제공할 수 있다.

즉, 이 차량 구조체에 의하면, 중공형재의 2매의 면판은 제 1 접합부에서 결합되어 있기 때문에, 상하방향의 하중에 대하여 대항할 수 있고, 2매의 면판이 얇아도 상관없어, 측면 구조체를 경량으로 구성할 수 있다.

또, 제 2 접합부의 두께를 두껍게 함으로써, 본 부위에서의 변형의 집중과 높은 응력의 발생을 억제할 수 있다.

Claims

차 바깥쪽 면판과 차 안쪽 면판과 상기 양 면판을 결합하는 복수의 리브로 이루어지는 중공형재로 구성되어 있고, 출입구가 개구하여 형성되어 있는 측면 구조체를 구비하여, 상기 출입구의 개구 가장자리를 따라, 상기 중공형재의 상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판에 출입구 프레임을 고정하여 이루어지는 동시에, 상기 출입구 프레임의 연장부는 상기 차 안쪽 면판에 겹쳐지는 양태로 배치되어 있는 차량 구조체에 있어서,

상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판은, 상기 개구 가장자리를 따라, 상기 측면 구조체의 일부도 아니고 상기 출입구 프레임의 일부도 아닌 독립된 부품인 접합부재로 용접되어 있고,

상기 접합부재는 제 1 접합부와 제 2 접합부로 이루어지며,

상기 제 1 접합부는, 상기 제 1 접합부의 양 끝부분이 각각 상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판에 연결됨으로써, 상기 차 바깥쪽 면판과 상기 차 안쪽 면판을 결합하고 있고,

상기 제 2 접합부는, 상기 제 1 접합부의 상기 차 바깥쪽 면판에 연결되는 쪽의 끝부와 상기 출입구 프레임의 차 바깥쪽을 결합하고 있되,

상기 제 2 접합부의 두께는 상기 차 바깥쪽 면판의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 차량 구조체.
제 1항에 있어서,

상기 접합부재의 상기 제 1 접합부와 상기 제 2 접합부는 일체 성형되어 있고, 또한 상기 접합부재는 상기 개구 가장자리와 직교하는 단면에서 보아 L형을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 차량 구조체.
제 1항에 있어서,

상기 접합부재의 상기 제 1 접합부와 상기 제 2 접합부는, 각각 별체로 구성되어 있고, 또한 상기 개구 가장자리와 직교하는 단면에서 용접에 의하여 L형으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 구조체.
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