WO2015015748A1 - 鉄道車両の先頭構造 - Google Patents

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WO2015015748A1
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collision
pillar
cab
front wall
roof structure
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佐野 淳
直朗 川上
吉田 直弘
晋一郎 畑
誠一郎 矢木
雅幸 冨澤
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B61D15/06Buffer cars; Arrangements or construction of railway vehicles for protecting them in case of collisions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/005Construction details of vehicle bodies with bodies characterised by use of plastics materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/06End walls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/02Construction details of vehicle bodies reducing air resistance by modifying contour ; Constructional features for fast vehicles sustaining sudden variations of atmospheric pressure, e.g. when crossing in tunnels

Definitions

  • the present invention relates to a head structure of a railway vehicle for protecting the crew space in the cab.
  • railway vehicles have been designed by dividing them into crushable zones and survival zones.
  • the crashable zone is a leading portion of the railway vehicle for absorbing collision energy
  • the survival zone is a high-strength portion where a living space is ensured even during a collision.
  • Patent Document 1 discloses a railway vehicle 100 as shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the frame 111, the side structure 112, and the roof structure 113 constitute the high-strength portion 110, and the flying object prevention plate 120 is disposed in front of the high-strength portion 110.
  • a cab is formed between the flying object prevention plate 120 and the high-strength portion 110. Both ends of the flying object prevention plate 120 in the vehicle width direction are firmly connected to the side structure 112 by the first horizontal beam member 131, the second horizontal beam member 132 and the inclined beam member 133.
  • An opening is formed in the flying object prevention plate 120, and the energy absorbing member 140 penetrates the flying object prevention plate 120 through the opening. For this reason, at the time of a collision, only the energy absorbing member 140 is crushed and the crew space in the cab is maintained.
  • the cab window has a corner formed by a front surface portion between the left and right inclined beam members 133 and a side surface portion between the inclined beam members 133 and the second horizontal beam members 132. It is premised on a right-angled trihedral shape. For this reason, it is difficult to adopt the structure shown in FIGS. 5A and 5B when the cab window has a rounded shape such that the cab window is smoothly convex forward, for example. Also, since railcars generally have the highest strength, it is desirable that a collision load be transmitted directly to the railing frame in order to ensure crew space during a collision.
  • the present invention has an object to provide a leading structure of a railway vehicle that can protect a crew member space of a driver's cab even if the driver's cab window has a rounded shape, for example, while using the underframe and the roof structure. To do.
  • a railcar head structure includes a frame including a central frame extending in the longitudinal direction of the vehicle, a collision column standing at the front end of the central frame, and an upper side of a cab window. And a pillar that extends so as to divide the cab window, one end is joined to the collision pillar, and the other end is joined to the roof construction, and connects the roof structure and the collision pillar. , Comprising.
  • a continuous U-shaped structure that surrounds the crew space of the cab is formed by the middle tension, the collision pillar, the pillar, and the roof structure. It can be effectively protected.
  • the present invention it is possible to provide a leading structure of a railway vehicle that can protect the crew space of the cab even when the cab window is rounded, for example, while using the underframe and the roof structure.
  • FIG. 1 is a perspective view of a railway vehicle in which a leading structure according to an embodiment is adopted. It is a top view of the frame of the rail vehicle shown in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. It is a perspective view which shows the head structure of the railway vehicle of a modification.
  • 5A and 5B are a perspective view and a side view of a conventional railway vehicle, respectively.
  • the railway vehicle 1 to 3 show a railway vehicle 1 adopting a head structure according to an embodiment.
  • a high-speed vehicle is assumed as the railway vehicle 1, and the railway vehicle 1 is a streamlined type that is sharpened toward the tip.
  • the shape of the railway vehicle 1 is not limited to this.
  • the head structure of the railway vehicle 1 includes a frame 2 and a roof structure 5.
  • a driver's cab 9 (see FIG. 3) is formed between the underframe 2 and the roof structure 5.
  • side exterior materials 72 are disposed on both sides of the cab 9 in the vehicle width direction, and the front wall 6 is disposed in front of the cab 9.
  • the cab 9 has a cab window 10 that is largely inclined with respect to the vertical direction. That is, the roof structure 5 is located above and behind the cab window 10.
  • the driver's cab window 10 has a rounded shape that is smoothly convex forward, and has a U shape in plan view.
  • the driver's cab window 10 is provided with two vertical pillars 41 and one horizontal pillar 42.
  • the vertical pillar 41 extends obliquely with respect to the longitudinal direction of the vehicle so as to divide the cab window 10 to the left and right
  • the horizontal pillar 42 has a U shape on the horizontal plane so as to divide the cab window 10 up and down. It extends to.
  • the vertical pillar 41 and the horizontal pillar 42 are solid rod-shaped members.
  • An upper surface exterior member 71 is disposed in front of the cab window 10 (between the cab window 10 and the front wall 6).
  • the side surface exterior material 72 described above extends across the upper surface exterior material 71 and the roof structure 5, and constitutes a wall surface continuous with the upper surface exterior material 71 and the roof structure 5.
  • the roof structure 5 includes an outer plate 51, a plurality of horizontal plates 52 and a plurality of vertical plates 53 that reinforce the outer plate 51.
  • the side surface exterior member 72 is a thin plate and is not illustrated, but is reinforced by a plurality of horizontal bones and a plurality of vertical bones, like the outer surface plate 51 of the roof structure 5.
  • the upper surface exterior member 71 is a thick plate.
  • the front wall 6 has a substantially semicircular shape when viewed from the front, and has a straight lower side and an upper side that curves while wavy and connects both ends of the lower side.
  • the front end portions of the upper surface exterior material 71 and the side surface exterior material 72 are joined to the upper side of the front wall 6 by welding.
  • the frame 2 includes a pair of left and right side burrs 21 and a pair of front and rear pillow burrs 26 that connect the side burrs 21.
  • Each side burr 21 includes a main burr 22 parallel to the longitudinal direction of the vehicle and an inclined burr 23 that inclines inward in the vehicle width direction from the tip of the main burr 22.
  • the inclined burr 23 is also joined to the front pillow burr 26.
  • each center hole 25 is the same as the length of the inclined burr 23 in the vehicle longitudinal direction.
  • the ends of the intermediate burrs 25 and the ends of the intermediate burrs 25 and the tips of the inclined burrs 23 are connected by a connecting member 24.
  • These connecting members 24 constitute end burrs of the frame 2.
  • the frame 2 may be provided with various elasticity and members in addition to the elasticity described above.
  • the middle burrs 25 one or two vertical burrs that connect the pillow burrs and the end burrs may be arranged, or between the middle burrs 25 and the middle burrs between the pillow burrs and the end burrs.
  • the collision pillar 3 is erected at the tip of each middle tension 25.
  • the collision column 3 extends from the middle hole 25 to the upper surface exterior member 71 and supports the upper surface exterior member 71.
  • the front wall 6 described above is joined to the collision column 3 by welding and is held by the collision column 3.
  • the front wall 6 is also joined to the underframe 2 by welding.
  • a collision energy absorbing device 8 is attached to the front wall 6 so as to protrude forward from the front wall 6.
  • the collision column 3 is disposed at a position overlapping the collision energy absorbing device 8 in the vehicle longitudinal direction.
  • a bolt or a mechanical fastening product equivalent thereto can be used for the attachment of the collision energy absorbing device 8.
  • a screw hole may be provided in the front wall 6.
  • a cover made of, for example, fiber reinforced plastic can be attached to the front wall 6, thereby realizing a good appearance and fluid performance.
  • a substantially triangular reinforcing member 31 is disposed in a corner between each of the collision pillars 3 and the middle hole 25 in a side view.
  • a reinforcing member 32 that is substantially triangular in a side view and smaller than the reinforcing member 31 is also disposed between each collision column 3 and the upper surface exterior member 71.
  • the vertical pillar 41 described above extends from the roof structure 5 beyond the cab window 10 to the reinforcing member 32 along the lower surface of the upper surface exterior member 71.
  • the vertical pillar 41 extends so as to oppose the center hole 25 and connects the roof structure 5 and the collision column 3 via the reinforcing member 32. That is, one end of the vertical pillar 41 is joined to the collision column 3 via the reinforcing member 32, and the other end of the vertical pillar 41 is joined to the roof structure 5.
  • a continuous U-shaped structure that surrounds the crew space of the cab 9 is formed by the center bar 25, the collision pillar 3, the vertical pillar 41, and the roof structure 5.
  • the occupant space can be effectively protected by imparting high rigidity to the cab 9.
  • the middle tension 25 is an element of the frame 2, the cab 9 can be configured using the frame 2.
  • the vertical pillar 41 joined to one end of the collision column 3 and the middle splint 25 joined to the other end of the collision column 3 are on substantially the same plane, but may be in a twisted position.
  • a substantially U-shaped structure is formed by the middle frame 25, the collision pillar 3, the vertical pillar 41, and the roof structure 5.
  • the front wall 6 since the front wall 6 is held by the collision column 3, the front wall 6 can be reinforced using the collision column 3. Further, in the present embodiment, the collision energy absorbing device 8 is attached to the front wall 6 and the collision energy is absorbed by the collision energy absorbing device 8 disposed in front of the cab 9. Deformation can be prevented. Moreover, after the collision, the railway vehicle 1 can be easily regenerated by replacing the collision energy absorbing device 8.
  • the collision pillar 3 is arrange
  • the upper surface exterior member 71 since the upper surface exterior member 71 is supported by the collision column 3, the upper surface exterior member 71 can be firmly supported using the collision column 3.
  • the railway vehicle 1 does not necessarily need to be a streamline type that is sharpened toward the tip, and may be a box shape whose front is parallel to the vertical direction as shown in FIG. 4, for example.
  • the railway vehicle 1 may have a pillar 43 that connects the roof structure 5 and the collision column 3 and extends in the vertical direction.
  • the cab window 10 does not necessarily need to be rounded, and may be, for example, a substantially half octagonal shape having an inclined surface portion of 45 degrees between the front surface portion and the side surface portion.
  • the collision energy absorbing device 8 may directly attach to the collision column 3 by omitting the front wall 6.
  • the front wall 6 may be provided with an opening, and the collision energy absorbing device 8 may penetrate the front wall 6 through the opening.
  • the vertical pillar 41 and the horizontal pillar 42 may be hollow rod-shaped members. However, if the vertical pillar 41 and the horizontal pillar 42 are solid rod-like members as in the above-described embodiment, the vertical pillar 41 and the horizontal pillar 42 are thinned to ensure a wide field of view through the cab window 10. be able to.
  • the present invention is useful for various types of railway vehicles.

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Abstract

 鉄道車両の先頭構造は、運転室窓(10)の上方に位置する屋根構体(5)と台枠(2)を含む。台枠(2)は、一対の側バリ、および前記一対の側バリの間で車両長手方向に延びる中ハリ、を含む。中ハリの先端には、衝突柱(3)が立設されている。運転室窓(10)には、当該運転室窓(10)を分断するように延びるピラー(41)が設けられている。ピラー(41)は、一端が衝突柱(3)に接合され、他端が屋根構体(5)に接合されて、屋根構体(5)と衝突柱(3)を連結している。

Description

鉄道車両の先頭構造
 本発明は、運転室の乗務員空間を保護するための、鉄道車両の先頭構造に関する。
 従来から、鉄道車両をクラッシャブルゾーンとサバイバルゾーンとに分けて設計することが行われている。クラッシャブルゾーンとは、衝突エネルギーを吸収するための鉄道車両の先頭部分であり、サバイバルゾーンとは、衝突時でも生存空間が確保される高強度部分である。
 クラッシャブルゾーンには運転室が含まれることがあるため、近年では、運転室の乗務員空間を保護するために、運転室の剛性を高めることも提案されている。例えば、特許文献1には、図5Aおよび5Bに示すような鉄道車両100が開示されている。
 具体的に、鉄道車両100では、台枠111、側構体112および屋根構体113により高強度部分110が構成され、高強度部分110の前方に飛来物防止板120が配置されている。飛来物防止板120と高強度部分110との間には運転室が形成される。飛来物防止板120における車幅方向の両端部は、第1水平梁部材131、第2水平梁部材132および傾斜梁部材133により側構体112と強固に連結されている。
 飛来物防止板120には開口が形成されており、その開口を通じてエネルギー吸収部材140が飛来物防止板120を貫通している。このため、衝突時には、エネルギー吸収部材140のみが圧壊し、運転室の乗務員空間が維持される。
特開2007-302081号公報
 しかしながら、図5Aおよび5Bに示す構造は、運転室窓が、左右の傾斜梁部材133間の前面部と傾斜梁部材133と第2水平梁部材132の間の側面部とで構成されるコーナーが直角の三面形状であることを前提としたものである。このため、運転室窓が例えば前方に向かって滑らかに凸となるような丸みを帯びた形状の場合には、図5Aおよび5Bに示す構造を採用することは困難である。また、鉄道車両では一般的に台枠が最も高い強度を有していることから、衝突時に乗務員空間を確保するために、衝突荷重が台枠に直接的に伝達されることが望ましい。
 そこで、本発明は、台枠及び屋根構体を利用しつつ、運転室窓が例えば丸みを帯びた形状であっても運転室の乗務員空間を保護できる鉄道車両の先頭構造を提供することを目的とする。
 前記課題を解決するために、本発明の鉄道車両の先頭構造は、車両長手方向に延びる中ハリを含む台枠と、前記中ハリの先端に立設された衝突柱と、運転室窓の上方に位置する屋根構体と、前記運転室窓を分断するように延びて、一端が前記衝突柱に接合され、他端が前記屋根構体に接合されて前記屋根構体と前記衝突柱を連結するピラーと、を備える、ことを特徴とする。
 上記の構成によれば、中ハリ、衝突柱、ピラーおよび屋根構体により、運転室の乗務員空間を取り囲む連続したU字状構造が形成されるため、運転室に高い剛性を付与して乗務員空間を効果的に保護することができる。
 本発明によれば、台枠及び屋根構体を利用しつつ、運転室窓が例えば丸みを帯びた形状であっても運転室の乗務員空間を保護できる鉄道車両の先頭構造を提供できる。
一実施形態に係る先頭構造が採用された鉄道車両の斜視図である。 図1に示す鉄道車両の台枠の平面図である。 図2のIII-III線に沿った断面図である。 変形例の鉄道車両の先頭構造を示す斜視図である。 図5Aおよび5Bはそれぞれ従来の鉄道車両の斜視図および側面図である。
 図1~図3に、一実施形態に係る先頭構造が採用された鉄道車両1を示す。本実施形態では、鉄道車両1として高速車両を想定しており、鉄道車両1が先端に向かって尖る流線型である。ただし、鉄道車両1の形状はこれに限られない。
 具体的に、鉄道車両1の先頭構造は、台枠2と屋根構体5を備えている。台枠2と屋根構体5の間には、運転室9(図3参照)が形成される。また、運転室9の車幅方向の両側には側面外装材72が配置されており、運転室9の前方には正面壁6が配置されている。
 運転室9は、鉛直方向に対して大きく傾斜する運転室窓10を有している。すなわち、屋根構体5は、運転室窓10の上方かつ後方に位置している。運転室窓10は、前方に向かって滑らかに凸となるような丸みを帯びた形状であり、平面視でU字状をなしている。
 運転室窓10には、2本の縦ピラー41と1本の横ピラー42が設けられている。縦ピラー41は、運転室窓10を左右に分断するように車両長手方向に対して斜めに延びており、横ピラー42は、運転室窓10を上下に分断するように水平面上でU字状に延びている。本実施形態では、縦ピラー41および横ピラー42は、中実の棒状部材である。
 運転室窓10の前方(運転室窓10と正面壁6との間)には、上面外装材71が配置されている。上述した側面外装材72は、上面外装材71と屋根構体5に跨って延びており、上面外装材71および屋根構体5と連続した壁面を構成する。
 屋根構体5は、図3に示すように、外面板51と、外面板51を補強する複数の横板52および複数の縦板53を含む。側面外装材72は、肉厚の薄い板であり、図示は省略するが、屋根構体5の外面板51と同様に、複数の横骨および複数の縦骨により補強されている。上面外装材71は、肉厚の厚い板である。
 正面壁6は、正面視で略半円状をなしており、直線状の下辺と、波打ちながら湾曲して下辺の両端を結ぶ上辺を有している。上面外装材71および側面外装材72の前端部は、溶接により正面壁6の上辺に接合されている。
 台枠2は、図2に示すように、左右一対の側バリ21と、それらの側バリ21を連結する前後一対の枕バリ26を含む。各側バリ21は、車両長手方向に平行な主バリ22と、主バリ22の先端から車幅方向の内側に傾斜する傾斜バリ23とから構成される。傾斜バリ23は、前側の枕バリ26にも接合されている。
 双方の傾斜バリ23の間には、車両長手方向に延びる2本の中ハリ25が配置されている。本実施形態では、中ハリ25が延びる方向は車両長手方向と平行であるが、中ハリ25が延びる方向は車両長手方向に対して僅かに傾斜していてもよい。各中ハリ25の長さは、車両長手方向における傾斜バリ23の長さと同じである。
 中ハリ25の先端同士および、各中ハリ25の先端と傾斜バリ23の先端とは連結部材24によって連結されている。これらの連結部材24は、台枠2の端バリを構成する。
 なお、台枠2には、上述したハリ以外にも、種々のハリや部材が設けられていてもよい。例えば、双方の中ハリ25の間に、枕バリと端バリを連結する1本または2本の縦ハリを配置してもよいし、枕バリと端バリの間に、中ハリ25同士および中ハリ25と傾斜バリ23を連結する横バリを配置してもよい。
 各中ハリ25の先端には、衝突柱3が立設されている。衝突柱3は、中ハリ25から上面外装材71まで延びており、上面外装材71を支持している。上述した正面壁6は、溶接により衝突柱3に接合されていて、衝突柱3に保持されている。また、正面壁6は、台枠2にも溶接により接合されている。
 正面壁6には、当該正面壁6から前方に突出するように衝突エネルギー吸収装置8が取り付けられている。衝突柱3は、車両長手方向において衝突エネルギー吸収装置8と重なり合う位置に配置されている。衝突エネルギー吸収装置8の取り付けには、ボルトまたはそれに準じた機械締結品を用いることができる。例えば、ボルトを用いる場合は、正面壁6にネジ穴を設けておけばよい。また、正面壁6には例えば繊維強化プラスチックからなるカバーを取り付けることも可能であり、これにより良好な外観及び流体性能を実現することができる。
 各衝突柱3と中ハリ25の間のコーナーには、側面視で略三角形状の補強部材31が配置されている。また、各衝突柱3と上面外装材71の間にも、側面視で略三角形状の、補強部材31よりも小さな補強部材32が配置されている。上述した縦ピラー41は、屋根構体5から運転室窓10を超えて、上面外装材71の下面に沿って補強部材32まで延びている。換言すれば、縦ピラー41は、中ハリ25と対向するように延びていて、補強部材32を介して屋根構体5と衝突柱3を連結している。すなわち、縦ピラー41の一端は補強部材32を介して衝突柱3に接合され、縦ピラー41の他端は屋根構体5に接合されている。
 以上説明したように、本実施形態の先頭構造では、中ハリ25、衝突柱3、縦ピラー41および屋根構体5により、運転室9の乗務員空間を取り囲む連続したU字状構造が形成されるため、運転室9に高い剛性を付与して乗務員空間を効果的に保護することができる。しかも、中ハリ25は台枠2の要素であるため、台枠2を利用して運転室9を構成することができる。
 なお、衝突柱3の一端に接合される縦ピラー41と、衝突柱3の他端に接合される中ハリ25は、略同一平面上にあることが好ましいが、ねじれの位置にあってもよく、中ハリ25、衝突柱3、縦ピラー41および屋根構体5により、実質的にU字状構造が形成されていればよい。
 また、本実施形態では、衝突柱3に正面壁6が保持されているので、衝突柱3を利用して正面壁6を補強することができる。さらに、本実施形態では、正面壁6に衝突エネルギー吸収装置8が取り付けられ、衝突エネルギーが運転室9の前方に配置された衝突エネルギー吸収装置8で吸収されるため、衝突時の運転室9の変形を防止できる。しかも、衝突後には衝突エネルギー吸収装置8を取り換えることによって鉄道車両1を容易に再生することができる。
 また、本実施形態では、衝突柱3が車両長手方向において衝突エネルギー吸収装置8と重なり合う位置に配置されているので、衝突時に正面壁6に作用する反力を台枠2および屋根構体5に効果的に分散することができる。
 さらに、本実施形態では、上面外装材71が衝突柱3で支持されているので、衝突柱3を利用して上面外装材71を強固に支持することができる。
 (その他の実施形態)
 鉄道車両1は、必ずしも先端に向かって尖る流線型である必要はなく、例えば図4に示すように正面が鉛直方向に平行な箱型であってもよい。この場合、鉄道車両1は、屋根構体5と衝突柱3を連結する、鉛直方向に延びるピラー43を有していてもよい。
 また、運転室窓10は、必ずしも丸みを帯びている必要はなく、例えば、前面部と側面部との間に45度の傾斜面部を有した略半八角形状であってもよい。
 また、正面壁6を省略して衝突エネルギー吸収装置8を衝突柱3に直接取り付けることも可能である。あるいは、正面壁6に開口が設けられ、この開口を通じて衝突エネルギー吸収装置8は正面壁6を貫通していてもよい。
 縦ピラー41および横ピラー42は、中空の棒状部材であってもよい。ただし、前記実施形態のように縦ピラー41および横ピラー42が中実の棒状部材であれば、縦ピラー41および横ピラー42の太さを細くして運転室窓10を通じた視界を広く確保することができる。
 本発明は、種々の形状の鉄道車両に有用である。
 1  鉄道車両
 2  台枠
 21 側バリ
 25 中ハリ
 3  衝突柱
 41 縦ピラー
 42 横ピラー
 5  屋根構体
 6  正面壁
 8  衝突エネルギー吸収装置

Claims (8)

  1.  車両長手方向に延びる中ハリを含む台枠と、
     前記中ハリの先端に立設された衝突柱と、
     運転室窓の上方に位置する屋根構体と、
     前記運転室窓を分断するように延びて、一端が前記衝突柱に接合され、他端が前記屋根構体に接合されて前記屋根構体と前記衝突柱を連結するピラーと、を備える、鉄道車両の先頭構造。
  2.  前記衝突柱に保持された正面壁をさらに備える、請求項1に記載の鉄道車両の先頭構造。
  3.  前記正面壁から前方に突出するように前記正面壁に取り付けられた衝突エネルギー吸収装置をさらに備える、請求項2に記載の鉄道車両の先頭構造。
  4.  前記衝突柱は、車両長手方向において前記衝突エネルギー吸収装置と重なり合う位置に配置されている、請求項3に記載の鉄道車両の先頭構造。
  5.  前記ピラーは、中実の棒状部材である、請求項1~4のいずれか一項に記載の鉄道車両の先頭構造。
  6.  前記運転室窓が鉛直方向に対して傾斜していて、前記屋根構体が前記運転室窓の後方に位置しており、
     前記ピラーは、前記中ハリと対向するように延びている、請求項1~5のいずれか一項に記載の鉄道車両の先頭構造。
  7.  前記運転室窓の前方に配置された上面外装材をさらに備え、この上面外装材は前記衝突柱に支持されている、請求項6に記載の鉄道車両の先頭構造。
  8.  前記正面壁に取り付けられた、繊維強化プラスチック製のカバーをさらに備える、請求項1~7のいずれか一項に記載の鉄道車両の先頭構造。
     
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