一种轨道车体端墙结构及轨道车体的制作方法

1.本实用新型涉及轨道车辆车体结构，特别是一种轨道车体端墙结构及轨道车体。


背景技术：

2.从1980年代开始，以机车牵引的uic-z型车厢被广泛运用在欧洲160～200km/h的线路上。由于目前欧洲地区发布了tsi标准，新开发的uic-z型车厢只有通过tsi认证才能上线运营。tsi标准要求车体不仅要满足强度要求，还要满足en15227标准规定的防撞性要求。国际铁路联盟uic系列标准多年未更新，对车体只有强度要求，无防撞性要求。经分析，uic567-2规定了车端距300mm，uic528规定了缓冲器突出车体端墙为150mm，除去弹性行程110mm，只有40mm塑性变形行程，缓冲器吸能太少，不能满足en15227防撞性要求，且受车端距的限制，无法加长缓冲器突出端墙的长度，即传统的uic-z型车厢车体不能满足tsi标准规定的防撞性要求。
3.中国专利cn1394778公开了铁路客运列车耐冲击吸能车体，利用车体头部和车体端部的非载人区作为塑性变形吸能结构。中国专利cn1669855a公开了用于耐冲击吸能列车车体的底架，利用底架外端部至底架枕梁之间的非载人区作为塑性变形吸能结构。但上述技术方案存在以下不足：1、车体外端至枕梁之间作为吸能结构，非载人区较大，减少了载客量，不满足用户大载客量要求，也不适用于端部无卫生间的车辆；2、未考虑车辆防爬要求。中国专利cn104512429a公开了一种轨道车辆的端墙结构及其加工方法，其利用端墙结构发生塑性变形吸能，存在以下不足：1、不适用于无缓冲梁的车体；2、不适用需安装链子钩和缓冲器的车体；3、未考虑车辆防爬要求。中国专利cn106672000a公开了客车室吸能区和轨道车辆，其利用端墙与闸墙之间的压溃吸能装置吸能，存在以下不足：1、需要增加一个闸墙，闸墙不仅增加较多重量，而且占用了客室空间，减少了载客量；2、不适用需安装缓冲器的车体；3、未考虑车辆防爬要求。
4.中国专利cn106240587公开了一种轨道车辆车头结构，其通过司机室前端结构的加强及一、二级止挡结构的设置使塑性变形吸能被控制在司机室前门的前端，但显然，这种吸能结构仅适于头车车体，不能用于中间车车体，且其二级止挡结构的后方仅依靠车体底架支撑，其防撞性能有限。
5.随着社会的发展，人们对车辆舒适度、列车安全等方面的需求不断提高。如何在车体主要尺寸满足uic 567-2标准规定的前提下合理地设计车体端部的吸能结构，在尽量减小非载人区的目标下实现车体的防撞性能满足en15227标准要求，是一个亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有车体吸能结构的非载人区较大，不满足en15227标准要求的不足，本实用新型提供一种能尽量减小非载人区，且车体的防撞性能更高的轨道车体端墙结构及轨道车体。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：
8.一种轨道车体端墙结构，包括端墙立柱、角立柱、主横梁、端墙弯梁组装及端墙板，所述端墙立柱和所述角立柱的上端分别连接所述主横梁，所述主横梁和所述端墙弯梁组装连接组成一封闭结构，所述端墙立柱和所述角立柱设置中间立柱，所述中间立柱的上端连接所述端墙弯梁组装，且所述端墙立柱和所述角立柱之间纵横交错设置中间立柱和下横梁，所述封闭结构的内部纵横交错设置上横梁和上立柱。
9.本实用新型由端墙立柱、角立柱、小立柱、下横梁、主横梁、上立柱和端墙弯梁组装形成框架结构，并在端墙上部框架内增加上横梁，提高了端墙的整体强度及刚度，提高端墙的防撞性能。
10.优选地，所述端墙立柱的上面对应设置所述上立柱。
11.优选地，所述上横梁的横截面呈z形。
12.优选地，所述端墙立柱的下端和所述角立柱的下端之间安装防爬装置。
13.优选地，所述防爬装置包括防爬板、支撑梁、支撑立柱和支撑连接梁，所述支撑梁、支撑连接梁、支撑立柱连接形成框架支撑结构，所述防爬板安装在所述框架支撑结构上，且所述支撑梁的上侧与所述中间立柱连接，所述支撑梁和支撑连接梁的一端与所述角立柱连接，另一端与所述端墙立柱连接。
14.优选地，所述上立柱的横截面为u型，且开口朝向车内，底部开设用于与所述端墙板连接的塞焊孔。
15.优选地，所述端墙弯梁组装的横截面为矩形结构，其包括u型弯梁和用于封闭u型弯梁开口的圆弧板。
16.优选地，所述端墙板通过折弯搭接在所述角立柱的侧墙板连接面上。
17.优选地，所述端墙立柱由2个l形梁组成。
18.基于同一发明构思，本实用新型还提供了一种轨道车体，其包括所述的端墙结构。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.1、本实用新型端墙结构的设置，增强了轨道车体的端部强度和刚度，使轨道车辆车体结构能满足en12663标准静强度载荷要求和en 15227标准防撞性要求，同时车辆具有防爬功能，提高了车辆的被动安全性和客室载客量，增强了车辆的市场竞争力。
21.2、本实用新型结构简单，强度高，防撞性好，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型车体结构的立体结构图。
24.图2为本实用新型车体结构的正视图。
25.图3为端墙结构示意图。
26.图4为防爬装置示意图。
27.图5为图2中的a-a剖视图。
28.图6为底架端部结构的仰视结构示意图。
29.图7为图2中的b-b剖视图。
30.图8为端顶盖与端墙的连接结构示意图。
31.在图中：1-端顶盖，11-顶盖边梁，11a-诱导孔，12-端纵梁，13-圆弧板，14-连接弯梁，15-顶盖弯梁，16-顶盖过渡弯梁；
32.2-端墙，21-端墙立柱，22-角立柱，23-中间立柱，24-下横梁，25-主横梁，26-上横梁，27-上立柱，271-塞焊孔，28-端墙弯梁组装，29-端墙板；
33.3-防爬装置，31-防爬板，32-支撑梁，33-支撑立柱，34-支撑连接梁，341-l形梁，342-连接梁，342a-搭接台，342b-搭接面；
34.4-底架端部结构，41-支撑筋，42-地板，42a-诱导口，43-安装板，44-楼梯结构，441-楼梯端板，442-台阶板，443-底板，444-斜板，445-竖板，45-底架端梁，451-前板，452-c型梁，46-连接板，461-减重孔，47-h形梁，48-支撑座；
35.5-端侧墙，51-门立柱，52-侧墙横梁，53-连接立柱，54-侧墙板；
36.6-底架边梁，7-缓冲器，71-紧固件，100-吸能元件。
具体实施方式
37.以下结合具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
38.为了便于描述，各部件的相对位置关系，如：上、下、左、右等的描述均是根据说明书附图的布图方向来进行描述的，并不对本专利的结构起限定作用。
39.如图1、图2所示，本实用新型轨道车辆车体结构一实施例主要由位于车体端部的端墙2、位于端墙2与近端墙的门立柱51之间的端侧墙5、位于端侧墙51及门区顶部的端顶盖1、安装于端墙2外表面的防爬装置3、底架端部结构4、底架边梁6和安装在底架端部结构前面的缓冲器7组成，所述缓冲器7、防爬装置3、端墙2、端侧墙5、底架边梁6沿车体的纵向方向从车体端部往中间依次设置，所述底架端部结构4位于所述端顶盖1的下面，所述防爬装置3、端墙2和底架端部结构4连接在一起形成框架承载结构，使车体纵向刚度按弱-较强-强设计，依次对应弹塑性变形区l1、塑性变形区l2和弹性变形区。弹塑性变形区l1为缓冲器7端头至防爬装置3之前的区域。塑性变形区l2为端墙2至近端墙的门立柱51之间的区域。弹性变形区为客室载客区，位于两端塑性变形区l2之间。弹性变形区与塑性变形区l2连接处设置由顶盖弯梁15、门立柱51与底架端部结构4的安装板43形成的环状变形止挡结构。
40.图3为端墙结构示意图。端墙2主要由端墙立柱21、角立柱22、中间立柱23、下横梁24、主横梁25、上横梁26、上立柱27、端墙弯梁组装28和端墙板29组成。主横梁25和端墙弯梁组装28连接组成一封闭结构，并在内部纵横交错设置上立柱27和上横梁26，形成端墙上部的框架。端墙弯梁组装28的横截面采用矩形结构，由u型弯梁和圆弧板组成。上立柱27的横截面采用u形，其开口朝向车内，底部开设用于与端墙板29连接的塞焊孔271，且上立柱27尽量与端墙立柱21对齐。上横梁26的横截面采用z形，以提高端墙上部局部刚度，抑制焊接变形，提高端墙板29的平整度。端墙立柱21、角立柱22和中间立柱23的一端与主横梁25连接，端墙立柱21、角立柱22和中间立柱23之间通过下横梁24连接。端墙2与防爬装置3整体形成一个倒u形框架结构。
41.图4为防爬装置示意图。防爬装置主要由防爬板31、支撑梁32、支撑立柱33和支撑连接梁34组成，所述支撑梁32、支撑连接梁34、支撑立柱33连接形成框架支撑结构，所述防爬板31安装在所述框架支撑结构上。防爬板31由厚板加工出至少3个齿，以保证两辆车的防爬啮合效果。支撑立柱33的数量根据防爬板31长度确定。支撑连接梁34由l形梁341和连接梁342组成矩形结构梁，增大局部强度和刚度。支撑梁32上侧与端墙2的中间立柱23连接，支撑梁32和支撑连接梁34的一端与端墙2的角立柱22连接，另一端与端墙2的端墙立柱21连接，端墙立柱21连接处的形状与支撑连接梁342端头一样且与搭接台342a和搭接面342b固定，再与地板42连接。至此，防爬装置3与端墙2和底架端部结构4有机的连接在一起形成框架承载结构，防爬装置3可承受意外撞车时的纵向碰撞力和垂向防爬力。
42.图5为图2中的a-a剖视图。端侧墙5主要由门立柱51、侧墙横梁52、连接立柱53和侧墙板54组成，门立柱51、侧墙横梁52、连接立柱53、底架边梁6及顶盖边梁11连接形成端侧墙框架，侧墙板54焊接在端侧墙框架上。门立柱51采用矩形结构，由宽口u型梁和封板组成，并延伸至台阶板442上。侧墙横梁52两端分别连接门立柱51和连接立柱53，形成楼梯式框架结构。侧墙横梁52采用帽形或u形，其开口朝向车外，在开口处装入吸能元件100(铝蜂窝或泡沫铝等)后，与侧墙板54连接，由于吸能元件100只在一个方向刚度较好，其它方向刚度较弱，本实用新型通过侧墙横梁52提供强度、刚度，以保证吸能元件100按照设计路径有序、可控的变形吸能，并在侧墙横梁52的帽形两侧根据设计需求开设变形诱导孔。角立柱22采用矩形结构，由2个l形梁组成。如图5中b箭头所指之处(底架端梁45处)，车体宽度为l3，通过如上所述门立柱51和角立柱22的形状结构设计，可实现车体宽度从l3逐渐收窄至车体端墙宽度l4，从而满足欧洲车辆限界的要求。
43.端墙板29通过折弯同侧墙板54一起搭在角立柱22的侧墙板连接面上，连接可靠，方便现场调节，且通过端墙板29的折弯圆弧提高了车体外形的美观。侧墙板54内部通过连接立柱53与角立柱22相连。由于端墙立柱21需满足贯通道安装及承受端墙压缩工况，因此端墙立柱21采用大矩形结构，由2个l形梁组成。端墙2通过角立柱22、支撑连接梁34和端墙立柱21与地板42连接，地板42中间设矩形诱导口42a，大小满足tsi1302规定的伯尔尼矩形要求。
44.为减少车体端部占用客室的空间，将底架端部结构4上的安装板43的支撑结构和楼梯结构44上下乘客的功能需求合二为一，安装板43与楼梯端板441相连，门立柱51延伸至楼梯结构44底部，并利用楼梯端板441作为门立柱51的封板形成矩形立柱，以增强车体门洞的刚度。
45.图6为底架端部结构示意图。底架端部结构4主要支撑筋41、地板42、安装板43、楼梯结构44、底架端梁45、连接板46、h形梁47和支撑座48组成。支撑筋41的上部设置用于支撑端墙2、端侧墙5的支撑平台，底部设计成弧形结构，且两支撑筋41之间经地板42和安装板43相连。支撑筋41设置多个，并尽量与端墙立柱21或角立柱22对齐，且在位于端墙立柱21与安装板43之间的地板上开变形诱导口42a。通过楼梯结构44、连接板46和h形梁47将安装板43和底架端梁45连接，连接板46两侧连接楼梯结构44和h形梁47，底架端梁45两端分别与底架边梁6相连，从而形成一个整体框架承载结构，该结构不仅可以增强门洞区域的强度和刚度，还可以作为安装板43的支撑结构，将支撑筋41和地板42的塑性变形限制在安装板43处。连接板46可根据需求开减重孔。h形梁47的一端以一定角度张开，与支撑筋41相对。底架端
梁45采用矩形结构，由前板451和c型梁452组成，其中前板451同时作为楼梯结构一端的楼梯端板，形状同楼梯结构44断面。由于楼梯结构44比底架边梁6和底架端梁45高，为缓解刚度突变带来的应力集中，通过支撑座48过渡。安装板43用来安装缓冲器7。当缓冲器7受到外力作用时，力可通过h形梁47和楼梯结构44传递到底架端梁45，再通过底架端梁45传递到底架边梁6。
46.图7为图2中的b-b剖视图。楼梯结构44主要由楼梯端板441、台阶板442、底板443、斜板444和竖板445组成。楼梯端板441上开设缓冲器7安装用的螺栓孔。台阶板442由2个l形板组成。竖板445设置在缓冲器7的紧固件71的中间。连接板46连接竖板445和h形梁47，且与台阶板442对齐。台阶板442与底板443、斜板444、竖板445和连接板46组成多腔箱型结构，提高了楼梯处的强度和刚度，便于缓冲器7的力通过楼梯结构44传递。
47.图8为端顶盖与端墙的连接示意图。端顶盖1主要由顶盖边梁11、端纵梁12、圆弧板13、连接弯梁14、顶盖弯梁15和顶盖过渡弯梁16组成。连接弯梁14、顶盖弯梁15和顶盖过渡弯梁16沿车体纵向从车体端部往中间依次设置，且连接弯梁14、顶盖弯梁15和顶盖过渡弯梁16的侧面分别与沿车体纵向设置的端纵梁12相连，连接弯梁14、顶盖弯梁15和顶盖过渡弯梁16的两端分别与顶盖边梁11相连形成弧形整体骨架，并在处于端墙2与顶盖弯梁15之间的顶盖边梁11区域上开变形诱导孔11a。端纵梁12采用帽形或u形，开口朝向车外，在靠近端墙2的端纵梁12内装入吸能元件100，然后端纵梁12通过其开口与圆弧板13连接形成端顶盖1。端墙板29通过折弯搭在端墙弯梁组装28的侧面和上表面上，端墙弯梁组装28的上表面同时搭接圆弧板13，以方便现场调节，且通过端墙板29折弯成圆弧搭在端墙弯梁组装28上提高了车体外形的美观度。端顶盖1的下侧通过连接弯梁14与端墙弯梁组装28相连。顶盖弯梁15和顶盖过渡弯梁16分别与两个门立柱51对齐。至此，形成了具有端部吸能的车体结构。
48.当车体发生意外撞车时，如图2所示，缓冲器7首先开始接触，并发生可恢复的弹性变形，弹性变形结束后发生塑性变形直至弹塑性变形区l1的末点，接着防爬装置3开始接触，两车体的防爬板31相互啮合，防止车体出现爬车现象，避免出现由于爬车引起的二次碰撞伤害。防爬装置3发生一定的塑性变形后，两车的车体端墙2开始接触，端墙2由于强度和刚度较大，端墙2作为车体塑性变形的启动结构，推着由支撑筋41、地板42、侧墙横梁52、侧墙板54、顶盖边梁11、端纵梁12、圆弧板13和各部件内部的吸能元件100组成的吸能结构有序、可控的发生变形，直至达到由顶盖弯梁15、门立柱51与安装板43形成的环状变形止挡结构终止。如此，使得本实用新型车体的防撞性能满足en15227标准要求，能实现保护客室乘客安全的目的。
49.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方案，但本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种轨道车体端墙结构，包括端墙立柱（21）、角立柱（22）、主横梁（25）、端墙弯梁组装（28）及端墙板（29），所述端墙立柱和所述角立柱的上端分别连接所述主横梁，所述主横梁和所述端墙弯梁组装连接组成一封闭结构，其特征在于，所述端墙立柱（21）和所述角立柱（22）设置中间立柱（23），所述中间立柱的上端连接所述端墙弯梁组装，且所述端墙立柱（21）和所述角立柱之间纵横交错设置中间立柱（23）和下横梁（24），所述封闭结构的内部纵横交错设置上横梁（26）和上立柱（27）。2.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述端墙立柱的上面对应设置所述上立柱。3.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述上横梁的横截面呈z形。4.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述端墙立柱的下端和所述角立柱的下端之间安装防爬装置（3）。5.根据权利要求4所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述防爬装置包括防爬板（31）、支撑梁（32）、支撑立柱（33）和支撑连接梁（34），所述支撑梁、支撑连接梁、支撑立柱连接形成框架支撑结构，所述防爬板安装在所述框架支撑结构上，且所述支撑梁的上侧与所述中间立柱连接，所述支撑梁和支撑连接梁的一端与所述角立柱连接，另一端与所述端墙立柱连接。6.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述上立柱的横截面为u型，且开口朝向车内，底部开设用于与所述端墙板连接的塞焊孔（271）。7.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述端墙弯梁组装的横截面为矩形结构，其包括u型弯梁和用于封闭u型弯梁开口的圆弧板。8.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述端墙板通过折弯搭接在所述角立柱的侧墙板连接面上。9.根据权利要求1所述的轨道车体端墙结构，其特征在于，所述端墙立柱由2个l形梁组成。10.一种轨道车体，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的端墙结构。

技术总结
本实用新型公开了一种轨道车体端墙结构及轨道车体，包括端墙立柱(21)、角立柱(22)、主横梁(25)、端墙弯梁组装(28)及端墙板(29)，所述端墙立柱和所述角立柱的上端分别连接所述主横梁，所述主横梁和所述端墙弯梁组装连接组成一封闭结构，所述端墙立柱(21)和所述角立柱(22)设置中间立柱(23)，所述中间立柱的上端连接所述端墙弯梁组装，且所述端墙立柱(21)和所述角立柱之间纵横交错设置中间立柱(23)和下横梁(24)，所述封闭结构的内部纵横交错设置上横梁(26)和上立柱(27)。本实用新型结构强度大，能大幅提高车体的防撞性能。能大幅提高车体的防撞性能。能大幅提高车体的防撞性能。


技术研发人员：岳译新 金希红 杨红波 苏柯 王赵华 王晓绒 王海钧 柳颖娇 郑龙刚 孙亚洲
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司
技术研发日：2022.08.23
技术公布日：2023/1/19