轨道车辆司机室结构、车体及轨道车辆的制作方法

1.本发明属于轨道车辆司机室领域，具体涉及一种轨道车辆司机室结构、车体及轨道车辆。


背景技术：

2.随着列车运行速度的提升，车体前端的结构强度特性和抗冲击特性经受着更严格的挑战，目前实现车体前端高强度、抗冲击、可吸能特性有两种方式，具体如下：
3.第一种方式：可通过改变司机室结构实现，如使用小型材拼接结构形成司机室，通过型材材料自身较高的力学性能提高结构强度，但这种方法对车头曲面造型有较严格要求，无法构建复杂曲面的车头造型，使得列车气动性能及美观性有所牺牲；
4.第二种方式：可以在司机室前端设置多层板梁结构，如遇碰撞时逐层压缩，逐层吸能，以此提高结构强度和吸能特性，此方法虽然解决了吸能特性、高强度特性和复杂车头造型的成型，但列车纵向较长区域的板梁布置人为加长了司机室长度，形成较长的悬臂结构，大大压缩了司机室内部空间，且碰撞过程中此部分结构会全部被损毁。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的第一发明目的是提供一种轨道车辆司机室结构，本发明的第二发明目的是提供一种包括所述司机室结构的车体，本发明的第三发明目的是提供一种轨道车辆。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明的实施例提供了一种轨道车辆司机室结构，包括碰撞吸能模块、前端隔墙、立柱、第一纵向扭曲梁和第一横向弯梁，所述的前端隔墙焊接在车体底架的前端面，所述碰撞吸能模块安装在前端隔墙的前端面，前端隔墙的后端面通过多根沿其周向方向设置的第一纵向扭曲梁与一个第一横向弯梁相连，第一横向弯梁的两端与车体底架相连，且在前端隔墙的后端面设置立柱，立柱底部焊接在车体底架上。
8.进一步的，所述的前端隔墙上设置可通过开口，方便检修人员日常进入前端舱内对吸能装置及其他前端设备进行检查。
9.进一步的，所述立柱设置两根，两根立柱设置在开口位置两侧，通过设置前端隔墙及墙后支撑立柱，承受纵向冲击载荷，且可将纵向载荷传到至底架，实现载荷有效传递。
10.进一步的，所述的立柱呈梯形外观，上窄下宽。
11.进一步的，所述的立柱的截面形状为“口”形、“日”形或“田”形，根据载荷需求进行选择，“日”形截面的立柱承载能力大于或“日”形截面的立柱，“日”形截面的立柱大于“口”形截面的立柱。
12.进一步的，在所述的第一横向弯梁的后面还连接有多根第二纵向扭曲梁，所述的多根第二纵向扭曲梁与第二横向弯梁相连；当车体载荷和碰撞冲击需求提高时，可在第一横向弯梁后再设置一层纵向扭曲梁和横向弯梁结构。
13.进一步的，所述的第二纵向扭曲梁与第一纵向扭曲梁在位置关系上一一对应。
14.进一步的，当垂向载荷及列车外部气密载荷需求提高时，除在横向弯梁后再设置一纵向扭曲梁和横向弯梁结构外，还可以通过增设弯梁及侧面立柱的形式使司机室及车体端部结构满足强度需求，即第一纵向扭曲梁与车体底架之间和/或相邻的第一纵向扭曲梁之间通过侧立柱相连。
15.第二方面，本发明实施例还提供了一种车体，其包括前面所述的司机室结构。
16.第三方面，本发明实施例还提供了一种轨道车辆，其包括前面所述的车体。
17.上述本发明的实施例的有益效果如下：
18.1、本发明通过设置前端吸能模块，实现车体前端的吸能特性；通过设置前端隔墙及墙后支撑立柱，承受纵向冲击载荷，且可将纵向载荷传到至底架，实现载荷有效传递；通过设置多根纵向扭曲梁，贯穿司机室前后，承受纵向载荷，且可将纵向载荷传到后端车体，实现载荷有效传递；通过设置横向弯梁，与底架组成环形结构，承受垂向载荷及外部气密载荷，且横梁与纵梁组成框架结构，提高司机室结构稳定性和强度性能；
19.2.所述的纵向扭曲梁依窗口型线设置，必要时可通过内置安装接口取代窗框安装结构，实现车体减重；纵向扭曲梁可根据强度载荷情况、曲面造型特点及窗灯分布位置进行数量增减，确保强度需求和重量控制；
20.3.端隔墙设置通过口，方便检修人员日常进入前端舱内检查；
21.4.当载荷及碰撞吸能需求提高时，可增加纵梁、弯梁层数，形成多层框架结构，满足强度需求；
22.5.当垂向载荷及列车外部气密载荷需求提高时，可增加弯梁数量或增加侧面立柱，形成大框架内套小框架结构，增加结构刚度，满足强度需求。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是实施例1中公开的司机室结构三维整体结构示意图；
25.图2是实施例1中公开的司机室结构的侧视图；
26.图3是图2的a-a剖视图；
27.图4是实施例1中公开的司机室结构的载荷流向示意图；
28.图5是实施例1中公开的司机室结构碰撞吸能模块的结构示意图；
29.图6是实施例2公开的具有两层框架的司机室结构示意图；
30.图7是实施例3公开的增加侧面立柱后的司机室结构示意图；
31.图中：1碰撞吸能模块，2前端隔墙，3立柱，4底架，5纵向扭曲梁，6横向弯梁,7接口，8侧面立柱，9开口。
具体实施方式
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
34.术语解释部分:
35.本发明中的“纵向”是指车体长度方向；“横向”是指车体的宽度方向；“前”是指车体头部所在方向，“后”是指车体尾部所在的方向；“上”是指车体顶部所在的方向，“下”是指车体底部所在的方向；“两侧”是指以司机室整体长度方向为轴线的两侧。
36.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种轨道车辆司机室结构、车体及轨道车辆，本发明通过在司机室结构中设置具有承载和抗碰撞冲击特性前端隔墙、隔墙立柱、纵向扭曲梁、横向弯梁，结合车体底架、前端吸能结构，实现司机室及车体前端结构的高强度、抗冲击、可吸能等力学承载特性，提升运行安全系数，同时合理的吸能、承载结构设置也不会影响到车头曲面造型的实现和制造。
37.实施例1
38.本实施例公开的轨道车辆司机室结构详见附图1、图2、图3、图4、图5所示，其包括碰撞吸能模块1、前端隔墙2、立柱3、纵向扭曲梁5和横向弯梁6，所述的前端隔墙2焊接在车体底架4的前端面，所述碰撞吸能模块1安装在前端隔墙2的前端面，前端隔墙2的后端面通过多根纵向扭曲梁5与一个横向弯梁6相连，横向弯梁6的两端与车体底架相连，且在前端隔墙2的后端面设置立柱，立柱3底部焊接在车体底架4上，立柱3的高度不低于隔墙前端碰撞吸能模块。
39.具体的，在司机室结构前端布置碰撞吸能模块1，该碰撞吸能模块1安装在前端隔墙2上，前端隔墙2上设置可通过开口9，方便检修人员日常进入前端舱内对吸能装置及其他前端设备进行检查；根据开口9位置在前端隔墙2后方设有两根立柱3，立柱3前方与前端隔墙2焊接，下方与车体底架4焊接，形成车辆所受端部冲击载荷和纵向载荷向底架的传递路径，立柱3的高度不低于隔墙前端碰撞吸能模块1，已便于良好承载，此外立柱呈梯形外观，上窄下宽，作为前端隔墙2的支撑结构可以更好的提供支撑力，作为载荷的传递路径可以将更多的载荷分流到底架上；除支撑立柱3外，前端隔墙2后方还布置有多根纵向扭曲梁5。
40.进一步的，多根纵向扭曲梁5结合车体前端受力情况，并根据前窗、瞭望窗、逃生窗及曲面造型进行数量选取和布置，各纵向扭曲梁5在曲面造型范围内的曲面上间距应尽量平均。
41.进一步的，每个纵向扭曲梁5的最基本断面形状为“口”形，随着载荷需求的提升，断面形状可变化为“日”形和“田”形，每个纵向扭曲梁5前端与前端隔墙2焊接，传递端部所受的冲击载荷和纵向载荷，并分路径将载荷向后端车体传递，除此之外，本实施例中的纵向扭曲梁5还可起到窗的安装接口作用，如附图3所示，纵向扭曲梁5内部可预制窗框安装用接口7，将窗骨架与纵向扭曲梁5通过连接件集成一体，简化了结构也起到减重的作用。
42.进一步的，在各纵向扭曲梁5后端，设置横向弯梁6，横向弯梁6连接所有的纵向扭曲梁5，且横向弯梁6下端与车体底架4焊接，横向弯梁6和纵向扭曲梁5共同组成多个框架结构，承接由纵向扭曲梁5传递来的冲击和纵向载荷，并可将载荷向后端车体和下部底架进行传递，同时也可以吸收部分由底架传递来的垂向载荷。
43.本实施例中的结构通过设置前端隔墙2、隔墙后立柱3、纵向扭曲梁5、横向弯梁6，与车体端部的碰撞吸能模块1、底架4形成一套完整的承载结构。
44.如附图3所示，在车辆运行过程中司机室及车体端部主要承受来自车长方向的碰撞冲击载荷和纵向载荷以及来自车高方向的垂向载荷，对于本发明提出的司机室及车体端部结构，碰撞冲击载荷和纵向载荷经前端碰撞吸能模块1传递至前端隔墙2，在前端隔墙2后部，车下部分载荷经前端隔墙2传递至底架结构4，车上部分载荷向下沿支撑立柱3向下传递至底架结构4、向后沿纵向扭曲梁5传递至横向弯梁6，再由横向弯梁6向后传递至后端车体结构。垂向载荷方面，横向弯梁6与底架4结构组成环形框架，形成垂向载荷向上、向后传递的路径。
45.需要进一步说明的是，本实施例中的碰撞吸能模块1采用现有轨道车辆中设置的吸能模块。
46.需要进一步说明的是，本实施例中的纵向扭曲梁5，是指为了配合司机室曲面造型而做出的纵向梁，具体的扭曲形状参考现有司机室的曲面造型。
47.纵向扭曲梁依窗口型线设置，必要时可通过内置安装接口取代窗框安装结构，实现车体减重；纵向扭曲梁可根据强度载荷情况、曲面造型特点及窗灯分布位置进行数量增减，确保强度需求和重量控制；
48.需要进一步说明的是，本实施例中的横向弯梁6呈倒立的u字形，其两端焊接在车体底架上。
49.实施例2
50.如图5所示，本实施例提出的轨道车辆司机室结构，包括两层框架，分别是第一层框架和第二层框架，其中第一层框架是实施例1中的纵向扭曲梁5、横向弯梁6；当车体载荷和碰撞冲击需求提高时，可在横向弯梁6后再设置一层纵向扭曲梁和横向弯梁结构，新增加的一层纵向扭曲梁和横向弯梁结构为第二层框架；其中第一层框架结构的各纵梁与第二层框架结构的各纵梁优选的在位置关系上大致一一对应，如因空间需要必须错开布置时，应尽量接近，以便取得更好的传力效果，本实施例通过增设第二层框架结构，形成多级多层框架结构，逐层承载，进一步提高司机室及车体端部的结构强度和承载特性。
51.实施例3
52.如图6所示，当垂向载荷及列车外部气密载荷需求提高时，除在横向弯梁6后再设置一纵向扭曲梁和横向弯梁结构外，还可以通过增设弯梁及侧面立柱8的形式使司机室及车体端部结构满足强度需求，增加弯梁数量或增加侧面立柱后，在司机室局部形成大框架内套小框架结构，增加结构刚度，满足强度需求。如增加弯梁，会取得更好的力学性能效果，但也需考虑窗口、灯口的位置情况，做好空间避让；如因窗口、灯口及其他设备件空间需要，弯梁可以局部断开，变成侧面立柱，仍能起到提升结构强度的效果。此外，参考前端受力情况，可根据应力分布特点确定立柱在车长方向的定位距离。
53.上述的侧面立柱8可以设置在相邻的纵向扭曲梁5之间，也可以设置在位于边侧的纵向扭曲梁5与车体底架4之间，或者相邻的纵向扭曲梁5和纵向扭曲梁5与车体底架4之间均设置，具体根据垂向载荷及列车外部气密载荷的大小进行选择，载荷越大，设置侧面立柱越多。
54.进一步的，基于实施例1、实施例2、实施例3，本发明还提供了一种车体，所述的车
体包括前面实施例1或实施例2或实施例3中公开的司机室结构。由于该车体中设置有如上所述的司机室结构，因此该车体同样具备如上所述的全部优势。
55.进一步的，基于实施例1、实施例2、实施例3，本发明还提供了一种轨道车辆，所述的轨道车辆包括前面实施例1或实施例2或实施例3中公开的司机室结构。由于该轨道车辆中设置有如上所述的司机室结构，因此该轨道车辆同样具备如上所述的全部优势。在一些实施例中，本发明提供的轨道车辆可以是任何适当类型的车辆，例如普速火车、动车、地铁车辆、城铁车辆等，本发明不局限于某种或某些特定的轨道车辆类型。
56.最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种轨道车辆司机室结构，其特征在于，包括碰撞吸能模块、前端隔墙、立柱、第一纵向扭曲梁和第一横向弯梁，所述的前端隔墙焊接在车体底架的前端面，所述碰撞吸能模块安装在前端隔墙的前端面，前端隔墙的后端面通过多根沿其周向方向设置的第一纵向扭曲梁与一个第一横向弯梁相连，第一横向弯梁的两端与车体底架相连，且在前端隔墙的后端面设置立柱，立柱底部焊接在车体底架上。2.如权利要求1所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，所述的前端隔墙上设置可通过开口。3.如权利要求2所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，所述立柱设置两根，两根立柱设置在开口位置两侧，立柱的高度不低于隔墙前端碰撞吸能模块。4.如权利要求1或3任一所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，所述的立柱呈梯形外观，上窄下宽。5.如权利要求1或3任一所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，所述的立柱的截面形状为“口”形、“日”形或“田”形。6.如权利要求1所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，在所述的第一横向弯梁的后面还连接有多根第二纵向扭曲梁，所述的多根第二纵向扭曲梁与第二横向弯梁相连。7.如权利要求6所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，所述的第二纵向扭曲梁与第一纵向扭曲梁在位置关系上前后一一对应。8.如权利要求1所述的轨道车辆司机室结构，其特征在于，所述的第一纵向扭曲梁与车体底架之间和/或相邻的第一纵向扭曲梁之间通过侧立柱相连。9.一种车体，其特征在于，其权利要求1-8任一所述的司机室结构。10.一种轨道车辆，其特征在于，其包括权利要求9所述的车体。

技术总结
本发明属于轨道交通领域，具体涉及一种轨道车辆司机室结构、车体及轨道车辆，包括碰撞吸能模块、前端隔墙、立柱、第一纵向扭曲梁和第一横向弯梁，所述的前端隔墙焊接在车体底架的前端面，所述碰撞吸能模块安装在前端隔墙的前端面，前端隔墙的后端面通过多根沿其周向方向设置的第一纵向扭曲梁与一个第一横向弯梁相连，第一横向弯梁的两端与车体底架相连，且在前端隔墙的后端面设置立柱，立柱底部焊接在车体底架上。体底架上。体底架上。


技术研发人员：史永达 徐晔 涂勤书 户迎灿 田洪雷
受保护的技术使用者：中车青岛四方机车车辆股份有限公司
技术研发日：2022.09.15
技术公布日：2022/12/22