KR19980086505A

KR19980086505A - 차체

Info

Publication number: KR19980086505A
Application number: KR1019980004889A
Authority: KR
Inventors: 다케시 가와사키; 스미오 오쿠노; 도시아키 마키노; 겐타로 마사이; 가즈후미 야마지
Original assignee: 가나이 쯔도무; 가부시키 가이샤 히다치 세사쿠쇼
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 1998-12-05
Also published as: KR100462178B1

Abstract

본 발명은, 2장의 면판과, 이들 면판끼리를 접합하는 리브로 구성된 중공형재를 이용하여 측면구조체를 형성한 차체에 있어서, 질량증가를 최소한으로 억제하면서 응력을 저감하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 차체는, 2장의 면판(31, 31)과, 이들 면판끼리를 접합하는 리브(32)로 구성된 중공형재를 이용하여 측면구조체(11)를 형성한 차체에 있어서, 창(15)의 각부분을 구성하는 원호와 창(15)의 수직변의 연접점(c)의 상부 및 하부의 영역 B, D의 면판(31c, 31d)의 두께를 다른 영역 A, C, E의 면판의 두께보다도 두껍게 한다. 영역 B, D에 가장 응력이 집중한다. 이에 의하면, 질량경감과 강도향상을 동시에 달성할 수 있다. 또, 영역의 B, D의 중간형재의 공간에 좌굴(座屈)방지구를 배치할 수 있다. 또, 피어 패널(pier panel)의 중공형재(18)의 면판으로서, 차 안쪽의 면판의 두께를 차 바깥쪽의 면판의 두께보다도 두껍게 한다.

Description

차체

본 발명은 압출형재로 구성한 차체, 특히 철도차량의 차체에 적합한 측면구조체에 관한 것이다.

종래부터, 철도차량의 차체, 특히 측면구조체에는 질량경감과 강도향상이 강하게 요청되고 있다. 이 상반되는 과제를 달성하기 위하여 측면구조체에 설치한 창 등의 개구부의 각부분의 강도적 검토가 필요하여 여러 가지 강도향상책이 제안되고 있다.

골부재의 바깥면에 평판을 고정한 측면구조체는, 측면구조체에 설치한 창 등의 개구부의 각부분에 두꺼운 판을 추가하거나 각부분의 원호의 반경을 크게 하여, 각부분의 응력을 저감하고 있다.

압출형재를 차체의 길이방향에 배치하여 구성한 측면구조체에 있어서는, 창부분의 압출형재의 면판의 판두께를 두껍게 하고 있다. 창의 윗쪽에서 창의 아랫쪽까지의 압출형재의 면판을 두껍게 하고 있다. 또, 그 외의 실시예로서, 창모서리부분에 상당하는 부분의 판두께만을 두껍게 하고, 중앙부는 판두께를 얇게 하여 경량화를 도모하고 있다(일본국 특공평 6-45341호 공보).

2장의 면판과 리브에 의해 구성된 중공의 압출형재를 이용한 측면구조체(일본국 특개평 2-246863호 공보)는 상기와 같은 사상으로 설계되어 있다. 또, 면판의 판두께와 리브의 피치에 의해 강도의 향상을 도모하고 있다.

창과 창 사이를 구성하는 중공의 압출형재의 끝단부에 판을 용접한 것이 있다. 상기 판은 중공의 압출형재의 차 안쪽의 면판과 차 바깥쪽의 면판 사이에 배치되어 있다(일본국 특개평 7-257371).

종래기술에 의하면, 중공형재를 이용한 측면구조체는 각부분의 반경을 크게 하고 면판의 판두께와 리브의 피치에 의해, 강도의 향상을 도모하고 있다. 그러나, 말할 것도 없이 질량경감과 강도향상을 동시에 진행시키기 위해서는 종래의 기술로는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 질량경감과 강도향상을 달성할 수 있는 차체를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 측면구조체의 측면도 및 종단면도,

도 2는 차체에 작용하는 하중, 전단력, 굽힘모멘트의 설명도,

도 3은 철도차량의 차체의 사시도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 요부의 종단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 종단면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 종단면도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 측면도,

도 8은 도 7의 8-8 단면도,

도 9는 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 측면도,

도 10은 도 9의 10-10 단면도,

도 11은 도 10의 좌굴방지구의 사시도,

도 12는 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 요부의 측면도,

도 13은 도 12의 13-13 단면도,

도 14는 철도차량의 차체의 변형도,

도 15는 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 단면도,

도 16은 본 발명의 다른 실시예의 측면구조체의 측면도,

도 17은 도 16의 17-17 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 철도차량의 차체 11 : 측면구조체

12 : 벽구조체 13 : 지붕구조체

15 : 프레임 15 : 창

16 : 출입구 18 : 피어 패널

27 : 대차 지지점 30, 30a-30d : 중공형재

31, 31a-30n : 면판 32, 32b, 32c : 리브

35 : 용접부 50, 50b, 51, 53a, 53b : 좌굴방지구

60 : 보강부재

상기 목적을 해결하기 위하여 본 발명은, 제 1 수단으로서,

창의 수직변과 창의 각부분의 원호의 각각의 연접점을 기점으로 하여 그 상하 범위 영역의 상기 압출형재의 면판의 판두께는 이 영역보다도 상하 위치의 상기 압출형재의 면판의 판두께보다도 두껍고,

창의 상부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역과, 창의 하부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역 사이의 상기 면판의 판두께는, 이 판두께가 두꺼운 영역의 판두께보다도 얇게 한 것이다.

제 2 수단은 개구부의 각부분의 근방을 구성하는 중공형재에 대하여, 면판과 리브에 의해 둘러싸여진 공간에 좌굴방지구를 배치하는 것이다. 이것은 창 외에도 적용할 수 있다.

제 3 수단은 측면구조체를 구성하는 중공형재의 차 안쪽의 면판의 두께를 차 바깥쪽의 면판의 두께보다도 두껍게 하는 것이다.

이하에 본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 3에 의해 설명한다. 도 3에서, 철도차량의 차체(10)는 차체 길이방향에 대하여 좌우의 면을 형성하는 측면구조체(11), 차체 길이방향에 대하여 양 끝단을 폐쇄하는 면을 형성하는 벽구조체(12), 지붕을 형성하는 지붕구조체(13) 및 바닥면을 형성하는 프레임(14)으로 구성되어 있다.

측면구조체(11)에는 창(15)이나 출입구(16) 등의 개구부가 설치되어 있다. 측면구조체(11)는 창(15)의 상부 및 하부, 또 출입구(16)의 상부를 포함한다. 창(15)과 창(15) 사이를 피어 패널(18)라고 한다. 출입구(16)에서 출입구(16) 사이의 측면구조체(11)는 복수의 경합금제의 압출형재를 이용하여 구성되어 있다. 지붕구조체(13) 및 프레임(15)도 복수의 경합금제의 압출형재를 이용하여 구성되어 있다.

도 2는 차체(10)의 자체중량, 전선, 의자, 트랜스 등의 전기기기 및 승객 등의 수직하중이 차체(10)에 작용한 경우의, 하중분포, 전단력분포, 굽힘모멘트분포 및 차체(10)의 변형을 각각 개념적으로 나타내는 것이다. 차체(10)는 대차에 의한 지지점(27)에서 지지되어 있다. 수직하중은 차체의 길이방향 및 차체의 폭방향에 대하여 대략 같게 분포한다. 그 결과, 차체(10)의 차체 길이방향의 분포는 중앙에 큰 굽힘모멘트가 생기고, 대차지지점(27) 근방에 큰 전단력이 발생한다. 전단력은 차체 길이방향의 중앙에서는 전무와 같고, 대차지지점(27) 근방에서 최대가 되도록 분포하는 것을 알 수 있다.

여기에서, 차체(10)의 차체의 길이방향의 임의의 단면에서의 전단력의 분포에 대하여 생각한다. 재료역학적인 들보에 등분포 하중을 부하한 경우, 전단력은 중립축 상에 가장 높게 분포하는 것은 공지의 사실이다. 차체(10)를 재료역학적인 들보로 간주한 경우, 중립축에 해당하는 위치는 피어 패널(18)의 위치이다. 즉, 차체(10)에 수직하중이 작용한 경우, 차체(10)의 차체 길이방향의 임의의 단면에서는 피어 패널(18)에 가장 높은 전단력이 생긴다.

도 1의 (a)는 도 2의 A부의 피어 패널(18)의 확대도 및 이 피어 패널(18)의 우변(abcdefg)의 응력분포를 나타낸다. 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 B-B단면을 나타낸다. 도 1의 (a)의 높이 위치와 도 1의 (b)의 높이위치는 동일하다.

피어 패널(18)는 인접한 두 개의 창(15, 15)에 낀 위치를 말한다. 창(15)은 대략 사각형이다. 사각형의 변은 직선 또는 대략 직선으로 간주할 수 있을 정도의 곡률반경이 큰 곡선형상을 하고 있다. 이 때문에, 네 개의 변은 실질적으로 직선이다. 사각형의 각에 해당하는 부분은 원호이며, 그 곡률반경은 사각형의 변에 비하여 매우 작다.

측면구조체(11)는 복수의 경합금성의 중공압출형재(이하, 중공형재라고 칭한다)(30a, 30b, 30c, 30d)에 의해 구성된다. 중공형재(30a부터 30d)의 압출방향은 차체(10)의 길이방향이다. 중공형재(30a부터 30d)의 끝단부의 차 바깥쪽 및 차 안쪽을 각각 용접하고 있다. 35는 용접위치를 나타낸다. 창(15)은 중공형재(30b, 30c)에 구멍을 마련하여 구성하고 있다. 창(15)의 윗변은 중공형재(30b)로 이루어진다. 창(15)의 밑변은 중공형재(30c)로 이루어진다. 측면구조체(11)의 윗변의 중공형재(30a)의 윗변에 지붕구조체(13)를 용접하고 있다. 측면구조체(11)의 밑변의 중공형재(30d)의 밑변에 프레임(14)을 용접하고 있다.

여기에서, 중공형재(30a∼30d)를 총칭하여 중공형재(30)라고 부른다. 중공형재(30)는 2장의 면판(31a, 31b)과, 면판(31a, 31b)을 격자형상(트라스형상)으로 접속하는 복수의 리브(32)로 구성되어 있다. 면판(31a)는 차 바깥쪽을 구성하고, 면판(31b)는 차 안쪽을 구성한다. 면판(31a 및 31b)을 총칭하여 면판(31)이라고 부른다. 면판(31b)의 차 안쪽에는 기둥은 없다.

피어 패널(18)의 변형을 검토하면, 도 1의 (a)에서 창(15)의 상부는 도면의 왼쪽으로 이동하려고 하고, 창(15)의 하부는 반대로 도면의 오른쪽으로 이동하려고 한다. 이것을 점선으로 나타낸다. 또한, 차체(10)의 길이방향의 중앙을 축으로 하여 이 움직임은 좌우 반대가 된다. 이 때문에, 도 3의 차체(10)의 길이방향의 왼쪽 절반에서[도 1의 (a)] 피어 패널(18)의 우변의 상부쪽에는 압축응력이 발생하고, 마찬가지로 하부쪽에는 인장응력이 발생한다. 이것은 도 1의 (a)의 오른쪽의 응력분포도대로이다. 도 1의 (a)의 피어 패널(18)의 좌변에서는 상부쪽에 인장응력이 발생하고, 하부쪽에 압축응력이 발생한다. 차체(10)의 오른쪽 절반은 이것과는 반대가 된다.

상기 응력의 발생은 피어 패널(18)의 높이방향의 스판의 중앙의 d점에서 대부분 0으로 되고, 지지점[창(15)의 윗변과의 접합점인 a점, 창(15)의 밑변과의 접합점인 g점)에 가까이감에 따라 점점 커진다. 또, 각부분은 응력이 집중하여 커진다. 이것은 경금속차량위원회 보고서 No.4(사단법인 일본철도차량공업계, 사단법인 경금속협회, 1984년 발행) p38 내지 p42에 서술되어 있다.

여기에서, 피어 패널(18)의 높이방향에 대한 응력분포를 검토하면, 높이방향의 중앙부에서는 같은 기울기의 응력이 분포하고, 지지점[창(15)의 윗변과의 접합점인 a점, 창(15)의 밑변과의 접합점인 g점)의 근방에서는 급격하게 응력의 절대치가 높아 응력집중이 생기고 있다. 이와 같이 차체(10)의 길이방향에 분포하는 전단력은 피어 패널(18)를 구부리는 하중으로서 작용하는 것을 알 수 있다. 피어 패널(18)를 구부리는 하중이라는 것은 굽힘모멘트와 전단력이 조합된 상태를 말하며, 특히 굽힘모멘트에 의한 영향이 크다. 여기에서 각부분과 같은 형상을 한 구조물에 대하여 상술한 바와 같이 굽힘모멘트가 작용한 경우, 응력이 가장 집중하여 발생하는 응력이 최대가 되는 영역은 도 2에 나타내는 바와 같이, 피어 패널(18)의 직선의 변과 각부분의 원호와의 연접점(c, e)의 근방이다.

이것은, 재료역학적으로 공지의 사실이다. 예를 들어 응력집중(니시다 마사다카 저, 모리기타출판, 1967년 ; p637 내지 639 ; 1967년)에서도 가장 응력이 집중하는 영역은 본건에서는 피어 패널(18)와 각부분의 원호와의 연접점(c, e)보다도 약간 원호쪽으로 들어간 점(b, f)이다.

여기에서, 피어 패널(18)에 있어서, 측면구조체(11)를 윗쪽으로부터 영역 A에서 영역 E로 다섯 개로 분할하여 생각한다. 영역 B, D는 원호시작단(원호멈춤단)(연접점 c, e)에서 원호쪽으로 약간 들어간 점(b, f)을 중심으로 한 높은 응력이 발생하는 영역이다. 영역 B, D는 창(18)의 윗변, 밑변을 제외한 영역이다. 영역 A는 영역 B보다도 윗쪽의 영역이다. 영역 E는 영역 D보다도 아랫쪽의 영역이다. 영역 C는 영역 B와 영역 D의 사이이다.

측면구조체(11)에 설치한 복수의 창(15)의 높이위치는 동일하다. 이 때문에, 모든 창(15)에 있어서 영역 A로부터 영역 E의 높이방향의 위치는 같게 된다. 측면구조체(11)를 구성하는 중공형재(30a, 30b, 30c, 30d)의 두께는 동일하다. 영역 B 및 영역 D에 존재하는 면판을 31c, 31d로 한다. 이 면판(31c, 31d)의 두께는 면판(31a, 31b)의 판두께보다도 두껍다. 중공형재(30a, 30b, 30c)의 면판(31a, 31b)의 판두께는 중공형재(30d)의 면판의 판두께보다도 두껍다.

이와 같은 구성에 있어서, 각부분에서 가장 응력이 집중하는 점(b, f)을 중심으로 한 영역 B, D의 중공형재(30)의 면판의 두께를 두껍게 하고 있으므로, 응력을 효과적으로 저감하고, 강도향상을 도모할 수 있는 것이다. 또, 면판의 두께를 두껍게 하는 영역은 가장 응력이 집중하는 점(b, f)을 중심으로 한 영역 B, D뿐이므로, 두께를 두껍게 하는 범위를 작게 할 수 있고, 경량으로 할 수 있는 것이다.

또, 제작성의 관점에서 검토하면, 측면구조체(11)를 구성하는 중공형재(30)는 차체 길이방향을 압출방향으로 하기 때문에, 모든 창(15)에서 영역 B 및 영역 D의 면판의 판두께를 변경하는 경우라도 당해 중공형재(30)를 제작하는 금형의 형상을 변경하는 것만으로 좋다. 이 때문에 모든 창(15)에 있어서 통일적으로 용이하게 치수변경을 행할 수 있다.

상기 실시예에서는 하나의 중공형재의 면판의 판두께와 리브의 판두께가 대폭으로 다른 일이 있다. 이 경우, 면판의 판두께에 비하여 리브의 판두께가 얇기 때문에, 압출저항이 적은 면판에만 금속이 압출되고, 리브에 금속이 돌지 않는 등의 제작상의 문제가 생기는 경우가 있다.

도 4의 실시예는 이 문제를 방지하는 것이다. 도 5는 도 1의 (b)에 상당한다. 주된 구성은 도 1의 실시예와 같다. 영역 B (D)의 면판(31c)에 접속하는 리브(32b)의 판두께는 다른 영역 A, C (D)의 면판 (31a, 31b)에 접속하는 리브(32)의 막두께에 비하여 두껍다.

이와 같은 구성에 의하면, 두꺼운 면판(31c)에 접속하는 리브(32b)이 판두께가 두껍기 때문에, 양자의 압출저항이 크게 다른 일은 없고, 제작상의 문제는 해결된다.

도 5의 실시예를 설명한다. 도 5는 도 1의 (b)에 상당한다. 주된 구성은 도 1의 실시예와 같다. 영역 B, D의 면판(31e, 31f)은 중공형재의 안쪽을 향하여 볼록의 원호형상이다. 영역 B는 영역 A, C를 향하여(각부분의 높이방향의 끝단부를 향하여) 서서히 얇게 되어 있다. 영역 D는 영역 C, E를 향하여 서서히 얇게 되어 있다. 가장 응력이 높아지는 위치를 가장 두껍게 하고 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 도 1의 실시예에 비하여 당연히 질량경감을 달성할 수 있다.

주된 구성은 도 1의 실시예와 같다. 이하에 도 1과의 상위점에 대하여 나타낸다. 영역 B, D의 면판의 두께를 두껍게 하고 있지 않다, 영역 B, D의 면판의 두께는 다른 영역 A, C, D의 면판의 두께와 동일하다. 각부분의 수평방향의 피어 패널(18)에 있어서, 중공형재(30)의 면판(31)과 경사진 두 개의 리브(32, 32)로 둘러싸인 공간(셀)에 좌굴방지구(50)를 배치하고 있다. 좌굴방지구(50)를 배치한 공간(셀)은 영역 B, D가 위치하는 공간(셀)이다. 좌굴방지구(50)는 평판형상을 하고 있고, 그 평면이 중공형재(30)의 압출방향과 직각방향이 되도록 설치하고 있다. 좌굴방지구(50)는 창(15)에서 상기 공간으로 삽입한다. 좌굴방지구(50)는 면판(31) 및 리브(32, 32)에 접촉하고 있다. 좌굴방지구(50)는 면판(31)이나 리브(32, 32)에 용접 또는 접착으로 고정되어 있다. 단, 이 고정은 좌굴방지구(50)가 차체 길이방향으로 용이하게 이동하지 않도록 고정되는 정도로 좋다. 좌굴방지구(50)의 판과 면판(31) 및 리브(32, 32)와의 접촉위치는 면판(31)이나 리브(32, 32)의 전면일 필요는 없고, 좌굴하기 쉬운 위치에서의 접촉이 필요하다.

도 1에 있어서 나타내는 바와 같이, 각부분에는 높은 압축응력이 부하된다. 압축응력이 부하된 경우, 면판(31)이나 리브(32, 32)는 탄성좌굴할 우려가 있다.

도 7 및 도 8의 실시예에 의하면, 판형상의 좌굴방지구(50)가 좌굴을 생기게 할 가능성이 있는 영역을 구속한다. 이 때문에, 면판(31)이나 리브(32, 32)의 좌굴한계응력을 용이하게 향상할 수 있고, 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 차체(10)의 길이방향에 걸친 전 길이의 판두께를 향상시킬 필요가 없어져 경량화도 추진할 수 있다.

좌굴은 평판의 법선방향의 어느쪽으로 만곡하는지 특정할 수는 없다. 그러나, 중공형재(30)의 면판(31)이나 리브(32)가 좌굴하여 만곡하는 경우, 좌굴하는 부재에 인접하는 리브(32)나 면판(31)도 만곡한다. 그래서, 실시예와 같이 면판(31), 리브(32, 32)에 접하도록 좌굴방지구(50)를 설치하면, 좌굴에 의하여 만곡하는 방향에 따르지 않고 변형을 억제할 수 있다. 이 때문에, 좌굴변형의 만곡방향에 따르지 않고 좌굴한계응력이 비약적으로 향상하여 강도가 향상한다.

좌굴방지구(50)의 위치는 창(15)의 근방보다는 피어 패널(18)의 중앙쪽에 들어간 위치가 바람직하다.

좌굴방지구(50)는 측면구조체(11)에 존재하는 복수의 창(15) 전부에 배치하는 것도 가능하나, 필요한 각부분에만 적용함으로써 보다 한층 경량화를 도모할 수 있다.

또, 도 7에 있어서는 좌굴방지구(50)는 피어 패널(18)의 네 개의 각부분의 전부에 배치하고 있으나, 압축응력이 발생하는 영역에만 설치하도록 해도 된다. 예를 들어, 도 2의 A의 영역[도 1의 (a)]의 경우는 도 7에 있어서 오른쪽아래와 왼쪽위의 각부분에는 좌굴방지구(50)는 불필요하다.

좌굴방지구(50)의 고정수단으로서 용접을 이용하면, 그 열의 악영향이 문제가 된다. 접착제에 의해 고정하는 경우는 차체의 길이방향에 약간 긴 좌굴방지구를 이용하면 된다.

영역 B, D의 범위의 공간(셀)은 상기 공간의 상하에도 있다. 이 공간(50b, 50c)에 대한 좌굴방지구의 설치는 필요에 따라 행한다. 공간(50b)에 좌굴방지구를 설치할 경우, 이 공간(50b)은 압출형재로 제작된 공간이며, 두 개의 압출형재를 용접해서 접속하여 구성한 공간은 아니다. 이 때문에, 도 8과 마찬가지로, 좌굴방지구(50b)를 설치하는 공간의 형상은 일정하므로, 좌굴방지구(50b)는 면판이나 리브에 접촉한다.

도 9, 도 10 및 도 11의 실시예를 설명한다. 좌굴방지구(51)는 차체의 길이방향으로 길이를 가진다. 좌굴방지구(51)는 차체의 길이방향에 대하여 직각방향의 단면이 3차이다. 3차(51)의 세 개의 조각은 차체의 길이방향으로 길다. 세 개의 조각은 면판(31), 리브(32, 32)의 각각에 접촉하고 있다. 좌굴방지구(51)의 설치위치는 압축응력이 작용되는 위치뿐이며, 인장응력이 작용하는 위치에는 설치하고 있지 않다. 좌굴방지구(51)를 설치하는 위치는 영역 B, D에 상당하는 위치로 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 차체의 길이방향의 긴 범위에서, 면판이나 리브의 좌굴변형을 억제할 수 있다. 이 때문에, 면판 및 리브의 좌굴한계응력을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 각부분에 높은 압축응력이 부하된 경우에 있어서 최소한의 판두께의 향상을 행하는 것만으로 좋고, 경량화를 추진할 수 있다. 또, 좌굴방지구(51)는 조각의 끝단에서 면판이나 리브에 접촉하므로, 양자의 접촉을 용이하게 할 수 있다.

좌굴방지구(51)로서 단열성이 높거나 또는 제진성이 높은 재료를 이용함으로써, 차내의 쾌적성의 향상을 도모할 수 있다. 도 1의 구성과 좌굴방지구(50, 50a, 51)의 구성을 조합할 수 있다.

도 12 및 도 13의 실시예를 설명한다. 측면구조체(11)이 개구부는 창(15), 출입구(16) 외에 있다. 도 12는 출입구(16)의 아랫쪽의 근방에 설치한 개구(55)이다. 개구(55)는 출입구(16)의 미닫이를 수납하는 공간을 점검, 청소 또는 수리하기 위한 것이다. 개구(55)는 측면구조체(11)를 관통하고 있다. 두 개의 개구(16, 55)는 근접해 있으므로, 두 개의 개구(16, 55)가 지지점(27)의 근방에 위치하는 경우, 상당히 높은 압축응력이 발생한다. 당해 부위에서는 창(15)의 각부분에 비하여 상당히 넓은 범위에 결쳐 좌굴을 방지할 필요가 있다. 이 경우, 복수의 좌굴방지구를 배치한다. 개구(55)가 관통하는 측면구조체(11)의 두 개의 셀(두개의 면판과 두 개의 리브로 이루어진다)의 각각에 좌굴방지구(53a, 53b)를 삽입하고 있다. 좌굴방지구(53a, 53b)는 출입구(16)쪽에서 삽입한다. 또한, 도 13은 용접부의 도시를 생략하고 있다.

또, 창(15)이나 출입구(16)의 윗쪽에 목적지나 차량의 애칭을 표시하기 위한 개구부가 있다. 이 개구부에 대해서도 적용할 수 있다.

상기 실시예는 측면구조체(11)에의 적용에 대하여 설명하였으나, 예를 들어 프레임(14)에 설치한 개구부에도 적용할 수 있다. 프레임(14)에서 지지점(27, 27)의 사이는 중공형재를 차체 길이방향을 따라 배치하고 있다. 이 부분에서 전선이나 공기배관을 통하게 하기 위하여 한쪽의 면판을 절결하여 개구를 설치하거나 상하방향으로 관통하는 개구를 설치한다. 이 개구의 근방에서 중공형재의 셀에 좌굴방지구를 배치한다.

도 14 및 도 15의 실시예를 설명한다. 도 14는 차체(10)에 수직하중이 작용한 경우의 차체(10)의 폭방향단면의 변형을 나타낸다. 차체(10)에 수직하중이 부하된 경우, 차체 길이방향의 대차 지지점(27)의 근방에서는 측면구조체는 도 15의 (A)와 같이 변형한다. 이 면외 변형에 의해 피어 패널(18)에는 도 2에 나타낸 전단력에 의해 발생하는 응력 외에 이하의 응력이 발생한다. 피어 패널(18)를 구성하는 중공형재(30)는 차 바깥쪽의 면판에 인장응력이 발생하고 차 안쪽의 면판에는 압축응력이 발생한다.

한편, 차체(10)의 길이방향의 중앙에서는 측면구조체는 도 15의 (b)와 같이 변형한다. 이 때문에, 차체 길이방향의 중앙에서는 피어 패널(18)를 구성하는 중공형재(30)에는 도 2에 나타낸 전단력 외에, 차 안쪽의 면판(31b)에 인장응력이 발생하고 차 바깥쪽의 면판에는 압축응력이 발생한다.

여기에서, 차체길이방향의 중앙과 대차 지지점(27)에서 면외변형량의 절대치는 차체길이방향의 중앙쪽이 크다. 측면구조체의 면외변형에 기인하는 응력은 면외변형량에 비례하므로, 차 안쪽 면판은 차 바깥쪽 면판과 비교하여 높은 응력이 발생한다.

도 15에서, 피어 패널(18)를 구성하는 복수의 중공형재(30b, 30c)에 있어서, 창(15)의 부분의 차 바깥쪽의 면판(31m), 차 안쪽의 면판(31n)의 판두께는 다른 부분의 판두께보다도 두껍다. 차 안쪽의 면판(31n)의 판두께는 차 바깥쪽의 면판(31m)의 판두께보다도 두껍다.

이와 같은 구성에 의하면, 피어 패널(18)를 구성하는 중공형재(30)의 면판에 발생하는 최대응력이 대략 같아져 불필요한 질량을 경감할 수 있다.

도 15의 실시예와 도 1의 실시예나 좌굴방지구(50, 50a, 51)를 조합할 수 있다.

도 16 및 도 17의 실시예를 설명한다. 도 16에서, 피어 패널(18)의 수직방향의 변 및 창의 상하의 변의 각부분에 보강부재(60)를 배치하고 있다. 보강부재(60)는 각부분의 원호를 포함하고 있다. 보강부재(60)는 중공의 압출형재를 구부려서 제작되어 있다. 도 17에서, 보강부재(60)는 중공형재(30)의 차 바깥쪽의 면판(31a)과 차 안쪽의 면판(31b) 사이에 배치하고 있다. 두 개의 면판(31a, 31b) 사이에 존재하는 리브(32)를 삭제하여 보강부재(60)를 삽입한다. 보강부재(60)는 면판(31a, 31b)에 용접되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 피어 패널(18)에 생기는 굽힘모멘트에 의해 생기는 응력을 저감하는 것이 가능하게 된다. 또, 그에 따라 각부분에 생기는 응력도 저감한다. 또한, 피어 패널(18)의 강성이 향상되기 때문에 측면구조체 전체의 변형이 억제되어 철도차량차체(10)의 상당굽힘강성이 향상한다.

도 16, 도 17의 실시예와 도 14나 좌굴방지구(50, 51a, 51)를 조합할 수 있다.

본 발명의 기술적 범위는 특허청구의 범위의 각 청구항의 기재 문언 또는 발명의 구성 및 작용의 항의 기재 문언으로 한정되지 않고, 당업자가 그것으로부터 용이하게 대치할 수 있는 범위에도 미치는 것이다.

본 발명에 의하면, 중공형재를 이용하여 측면구조체 등을 구성한 챠량에 있어서, 질량증가를 최소한으로 억제하면서 응력을 저감할 수 있는 것이다.

Claims

압출형재로 측면구조체를 구성하고 있고, 상기 압출형재는 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있으며, 상기 측면구조체의 길이방향을 따라 상기 압출형재에 4각형의 창을 복수개 형성하고 있고, 상기 창은 윗변과 밑변과 좌우의 수직방향의 변으로 이루어지며, 상기 수직변과 상기 윗변, 그리고 상기 밑변이 접속하는 각부분이 원호인 차체에 있어서, 상기 수직변과 각각의 상기 원호와의 각각의 연접점을 기점으로 하여 그 상하 범위 영역의 상기 압출형재의 면판의 판두께는, 그 영역보다도 상하 위치의 상기 압출형재의 면판의 판두께보다도 두껍고, 상기 창의 상부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역과, 상기 창의 하부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역 사이의 상기 면판의 판두께는, 이 판두께가 두꺼운 영역의 판두께보다도 얇은 것을 특징으로 하는 차체.
제 1 항에 있어서, 상기 창의 상부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역은 상기 창의 윗변보다도 아랫쪽의 영역이며, 상기 창의 하부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역은 상기 창의 밑변보다도 윗쪽의 영역인 것을 특징으로 하는 차체.
제 1 항에 있어서, 상기 압출형재는 중공(中空)압출형재이며, 2장의 각각의 면판의 두께가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 차체.
제 3 항에 있어서, 상기 면판의 판두께가 두꺼운 영역의 각각의 면판은 상기 중공형재의 내부쪽으로 돌출하는 볼록부를 구비하며, 그 볼록부로부터 상기 판두께가 두꺼운 영역의 수직방향의 끝단부를 향하여 서서히 얇게 되어 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 1 항에 있어서, 상기 판두께가 두꺼운 영역의 상기 면판에 접속하는 상기 리브의 판두께는 다른 영역의 상기 면판에 접속하는 상기 리브의 판두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 차체.
제 1 항에 있어서, 상기 창의 상부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역과, 상기 창의 하부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역과, 이 두 개의 영역 사이에 있는 상기 면판의 판두께가 얇은 영역은 각각 다른 압출형재로 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 차체.
압출형재로 측면구조체를 구성하고 있고, 상기 압출형재는 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있으며, 상기 측면구조체의 길이방향을 따라 상기 압출형재에 4각형의 창을 복수개 형성하고 있고, 상기 창은 윗변과 밑변과 좌우의 수직방향의 변으로 이루어지며, 상기 수직변과 상기 윗변, 그리고 상기 밑변이 접속하는 각부분이 원호인 차체에 있어서, 상기 수직변과 각각의 상기 원호와의 각각의 연접점을 기점으로 하여 그 상하 범위 영역의 상기 압출형재의 면판의 판두께는, 그 영역보다도 상하 위치의 상기 압출형재의 면판의 판두께보다도 두껍고, 상기 창의 상부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역은 상기 창의 윗변보다도 아랫쪽의 영역이며, 상기 창의 하부쪽의 상기 연접점을 기점으로 하여 상기 판두께가 두꺼운 영역은 상기 창의 밑변보다도 윗쪽의 영역인 것을 특징으로 하는 차체.
제 7 항에 있어서, 상기 압출형재는 중공형재이며, 2장의 각각의 면판의 두께가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 차체.
2장의 면판과, 이들 면판끼리를 접합하는 복수의 리브로 구성된 중공형재를 이용하여 측면구조체를 구성하고 있으며, 상기 중공형재는 그 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있고, 상기 중공형재에 상기 길이방향을 따라 사각형의 창을 복수개 형성하여 이루어지는 차체에 있어서, 상기 창의 각부분의 상기 길이방향의 위치에서, 상기 중공형재의 면판과 두 개의 리브로 둘러싸여진 공간에 좌굴방지구를 설치하고 있으며, 이 좌굴방지구는 상기 면판과 상기한 두 개의 리브에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 9 항에 있어서, 상기 좌굴방지구는 압축응력이 발생하는 상기 각부분에만 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 9 항에 있어서, 상기 좌굴방지구는 차체의 길이방향에 대하여 직교하는 판 형상인 것을 특징으로 하는 차체.
제 9 항에 있어서, 상기 중공형재의 상기 리브는 트라스 형상으로 설치되어 있으며, 상기 좌굴방지구는 상기 면판 및 두 개의 리브에 접하는 세 개의 조각을 가지고, 그 세 개의 조각은 차체의 길이방향을 따라 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 차체.
제 9 항에 있어서, 상기 좌굴방지구는 하나의 상기 중공형재로 구성된 상기 공간에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차체.
2장의 면판과, 이들 면판끼리를 접합하는 복수의 리브로 구성된 중공형재를 이용하여 측면구조체 또는 지붕구조체, 또는 프레임을 구성하고 있으며, 상기 중공형재는 그 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있고, 상기 중공형재에 개구를 형성하여 이루어지는 차체에 있어서, 상기 개구의 상기 길이방향의 위치에서, 상기 중공형재의 면판과 두 개의 리브로 둘러싸여진 공간에 좌굴방지구를 설치하고 있고, 이 좌굴방지구는 상기 면판과 상기 두 개의 리브에 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 14 항에 있어서, 상기 개구는 상기 측면구조체에 있으며, 이 측면구조체에 설치한 출입구에 대하여 상기 길이방향의 위치에서, 그 근방에 상기 개구를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 15 항에 있어서, 상기 좌굴방지구는 상기 개구와 상기 출입구 사이의 상기 공간에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 16 항에 있어서, 상기 개구는 상기 출입구 하부의 근방에 설치한 것임을 특징으로 하는 차체.
제 14 항에 있어서, 상기 개구는 상기 측면구조체에 있으며, 이 측면구조체의 창의 상부에 상기 개구를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 차체.
제 14 항에 있어서, 상기 개구는 프레임에 있으며, 대차지지점과 대차지지점 사이의 상기 중공형재에 상기 개구를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 차체.
2장의 면판과, 이들 면판끼리를 접합하는 복수의 리브로 구성된 중공형재를 이용하여 측면구조체를 구성하고 있으며, 상기 중공형재는 그 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있고, 상기 중공형재에 상기 길이방향을 따라 사각형의 창을 복수개 형성하고 있는 차체에 있어서, 상기 창의 상기 길이방향에 위치하는 부재를 구성하는 상기 중공형재는 차 안쪽의 상기 면판의 판두께가 차 바깥쪽의 상기 면판의 판두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 차체.
제 20 항에 있어서, 상기 차 안쪽의 상기 면판의 판두께가 상기 차 바깥쪽의 상기 면판의 판두께보다도 두꺼운 범위는 상기 창의 전체 높이 범위인 것을 특징으로 하는 차체.
제 20 항에 있어서, 상기 창의 상기 길이방향에 위치하는 부재를 구성하는 상기 중공형재의 상기 차 안쪽의 상기 면판 및 상기 차 바깥쪽의 상기 면판의 판두께는 상기 측면구조체를 구성하는 다른 부분의 중공형재의 면판의 판두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 차체.
2장의 면판과, 이들 면판끼리를 접합하는 복수의 리브로 구성된 중공형재를 이용하여 측면구조체를 구성하고 있으며, 상기 중공형재는 그 압출방향을 차체의 길이방향으로 하고 있고, 상기 중공형재에 상기 길이방향을 따라 사각형의 창을 복수개 형성하고 있는 차체에 있어서, 상기 창의 높이방향을 따른 변과, 창의 윗변 및 밑변의 각부분을 따라 보강부재를 설치하고 있으며, 이 보강부재는 상기 중공형재의 차 안쪽의 면판과 차 바깥쪽의 면판 사이에 설치되어 있고, 또한 이 보강부재는 상기한 각각의 면판에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 차체.