專利名稱：鋼軌車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼軌車輛，是關(guān)于沿鋼軌行駛的車輛的車體，很適用于由輕合金制的中空型材構(gòu)成的鐵路車體。
鐵路車輛是焊接多個(gè)部件而構(gòu)成的。所述沖擊吸收部分也同樣。
作為接合部件的方法，提案有摩擦攪拌接合，它也適用于鐵路車輛。這登載在專利第3014654號(hào)(EP0797043A2)中。
根據(jù)特開平11-51103號(hào)的報(bào)告，對(duì)部件進(jìn)行摩擦攪拌處理后，摩擦攪拌處理的部分的金屬組織變得微細(xì)，能量吸收值變高。
這對(duì)于鋁合金的中空的擠出材料，進(jìn)行輪狀或螺旋狀摩擦攪拌處理，用于汽車的轉(zhuǎn)向用旋轉(zhuǎn)軸。對(duì)于沖擊能量的方向，在直角方向作摩擦攪拌處理，由該部分吸收沖擊能量。另外，使長度短的筒沿沖擊能量的方向串聯(lián)配置，并對(duì)部件之間進(jìn)行摩擦攪拌接合。
由于吸收沖擊能量的部分設(shè)置在車體上，從確保乘客空間的觀點(diǎn)出發(fā)沖擊能量的吸收部分的長度短些較好。因此，從根本上使存在于車體上的部分作為沖擊能量的吸收部分是理想的。
沖擊能量的吸收部分，是將多個(gè)部件接合構(gòu)成。因此，對(duì)接合部分也會(huì)施加有沖擊能量。沖擊能量的吸收，能夠通過部件的皺紋狀變形吸收大的能量。但是，焊接的部分對(duì)于沖擊能量較弱、容易斷裂。如果斷裂，則部件不呈皺紋狀變形，也就不能吸收沖擊能量。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠吸收沖擊能量的鋼軌車輛。
圖2是

圖1的車體端部的底架的俯視圖。
圖3是圖1中III-III的截面圖。
圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的中空型材的制作方法的說明圖。
圖5是底架的整體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖6是圖1的底架的端部的立體圖。
圖7是圖6中VII-VII的截面圖。
圖8是圖2中VIII-VIII的截面圖。
圖9是圖2中IX-IX的截面圖。
圖10是圖5中X-X的截面圖。
圖11是材料的沖擊能量的說明圖。
圖12是材料的應(yīng)力一應(yīng)變曲線圖。
圖13是本發(fā)明的其它實(shí)施例的中空型材的制作方法的說明圖。
圖14是本發(fā)明的其它實(shí)施例的主要部分的截面圖。
圖中10-側(cè)構(gòu)架體；20-頂部構(gòu)架體；30-底架；31-側(cè)梁；35-枕梁；36-中梁；38-部件；39-端梁；A、B、40-中空型材；41、42-面板；43、45-連接板。
車體由構(gòu)成側(cè)面的側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20，和構(gòu)成地板的底架30等構(gòu)成。側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20、底架30分別是由多個(gè)中空型材接合而成。中空型材為輕合金(例如，鋁合金)制的擠出型材，使其擠出方向(即，長方向)朝向車體的長方向。使中空型材的寬方向與車體的周邊方向并列焊接形成一體。W為窗戶。該車體由兩個(gè)臺(tái)車支撐。一個(gè)車體與相鄰的車體由連接器連接。
底架30由地板部分和其兩側(cè)的側(cè)梁31以及接合連接器的連接部件構(gòu)成。地板部分由使擠出方向朝向車體的長方向的多個(gè)中空型材40構(gòu)成。在寬方向的兩側(cè)有中空型材的側(cè)梁31。側(cè)梁31很大，其板厚很厚并且堅(jiān)固。
另外，底架30在長方向的兩端的下面有接合將車體相互連接的連接器的連接部件。連接部件由朝向車體的寬方向的枕梁35和從枕梁35設(shè)置在車體端部的兩個(gè)中梁36、36以及設(shè)置在中梁36的端部的端梁39構(gòu)成。兩個(gè)中梁36、36由部件38連接。中梁36位于車體的寬方向的中央附近。在兩個(gè)中梁36、36之間設(shè)置有連接車體相互間的連接器。由于連接器連接在比部件38更靠近端部側(cè)，所以這部分的中梁36、36的高度很高。這些部件的相互之間由焊接接合。枕梁35的兩端焊接在側(cè)梁31、31上。端梁39焊接在多個(gè)中空型材40的端部。端梁39的兩端焊接在側(cè)梁31的側(cè)面。
構(gòu)成車體的一對(duì)的側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20、底架30的長方向兩端部的中空型材(圖1、圖2的斜線部分)B，與車體的中央部的中空型材A的機(jī)械性質(zhì)不同。中空型材B作為材料比中空型材A的材料軟，在沖撞時(shí)容易毀壞，所以構(gòu)成為沖擊能量的吸收部分。中空型材A、B的截面形狀是相同的。所述兩端，即設(shè)置中空型材的部分B的部分，構(gòu)成設(shè)置駕駛室的駕駛機(jī)器(處于比駕駛席更靠前方。)的部分及車體的客房(包括廁所、洗浴室、乘務(wù)員室。)。
車體的端部，即配置中空型材B的范圍的中梁36和側(cè)梁31，與中空型材B同樣，在沖擊力下容易毀壞。在該中空型材B范圍的中梁36的上面和側(cè)面的板上加工有長孔36b。中梁36其截面為溝道狀，在下面沒有板。在所述中空型材B范圍的側(cè)梁31上，在除了朝向車外的側(cè)面的面板的面板(朝向車內(nèi)側(cè)的面板)上加工有長孔31b、31c、31d、31e、31f。在車外側(cè)不設(shè)置長孔是為了防止外觀不良。在露出車外的長孔31e、31f上焊接薄板(圖中未示)而封閉長孔。這是為了防止向側(cè)梁31內(nèi)進(jìn)水。
構(gòu)成車體的側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20、臺(tái)架30的各自的中空型材，由長方向的兩端部的中空型材B、B和其他的部分(中央部)的中空型材構(gòu)成。中空型材B的長度，例如為從100mm到1000mm左右。中空型材B比中空型材A要軟，中空型材B經(jīng)退火而變軟。
該退火例如是O材料處理。一般地?cái)D出型材在擠出加工后進(jìn)行各種熱處理。擠出型材的材質(zhì)為A6N01的時(shí)候，進(jìn)行T5的人工時(shí)效硬化處理。所述O材料的退火是其后進(jìn)行的工序。對(duì)O材料的退火處理為380℃×2小時(shí)，屈服強(qiáng)度為36.8MPa。T5的屈服強(qiáng)度為245MPa。對(duì)所述O材料的退火是以作為中空型材的材料變軟為目的的工序。中空型材B的延伸比中空型材A大。中空型材B的屈服強(qiáng)度比中空型材A的要小。為了強(qiáng)度和必要的柔軟性也可選擇O材料以外的退火處理。
作為該熱處理，可以考慮如圖4所示的把中空型材B以長度切斷的狀態(tài)實(shí)施的情況和以長的中空型材的狀態(tài)實(shí)施的情況。在長的中空型材的情況下，在所述熱處理后切斷成需要用的長度(B、B)。
把這樣加工的中空型材A和中空型材B、B分別由氬弧焊接合為W1，構(gòu)成相當(dāng)于車體全長的中空型材40。這樣將制作的中空型材40如圖5所示在寬方向(車體的周方向)并列排列，沿著車體的長方向通過摩擦攪拌接合接合為W2，制作底架30、側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20。對(duì)底架30的情況，氬弧焊接側(cè)梁31、31和中梁36等的連接部件。另外，圖1的中空型材40的數(shù)量和圖5的中空型材40的數(shù)量的不同，是為了使圖1簡單化而減少了中空型材40的數(shù)量。這樣構(gòu)成的底架30、側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20，由焊接該端部接合而成為車體。
對(duì)該中空型材A和中空型材B、B的焊接構(gòu)造通過圖6、圖7進(jìn)行說明。中空型材40(A、B)如已知的由兩個(gè)面板41、42和連接該面板41、42的連接板43構(gòu)成。43被傾斜，傾斜的連接板43、43以構(gòu)成構(gòu)架的方式設(shè)置。
中空型材A、B的端部呈能夠相互嵌合的結(jié)構(gòu)。中空型材A的長方向的端部，通過切削除去面板41、42，突出多個(gè)傾斜的連接板43。另一中空型材B除去端部的多個(gè)傾斜的連接板43。中空型材A端部的傾斜的連接板43能夠進(jìn)入中空型材B的兩個(gè)面板41、42之間。以這樣相互嵌合的狀態(tài)使面板41、41(42、42)之間從外部焊接。由于相互嵌合焊接，所以能夠防制在對(duì)接部產(chǎn)生臺(tái)階或折曲，而能夠容易地進(jìn)行焊接作業(yè)。
對(duì)沿中空型材A(B)和中空型材A(B)的車體的寬方向的接合部通過圖10進(jìn)行說明。一方的中空型材40的端部在面板41、42處由實(shí)質(zhì)上垂直相交的連接板45連接。從面板41(42)和連接板45的連接部在端部側(cè)突出著片46。連接板45的端部側(cè)比面板41、42的外面要凹陷。突出片46位于該凹陷的位置。在該凹部重疊上另一方的中空型材40的面板41、42。兩個(gè)中空型材的面板41、42對(duì)接。具有連接板45的中空型材40的面板41、42的端面(直到凹部的面)實(shí)質(zhì)上在連接板45的板厚中心的延長線上。在對(duì)接的中空型材的面板41、42的端部的外面?zhèn)?，有向中空型材的厚度方向突出的凸?7。凸部47之間也相互對(duì)接。
下面說明摩擦攪拌接合。如圖10所示，一對(duì)中空型材40、40被裝在架臺(tái)100上。下方的凸部47、47被裝在架臺(tái)100上。對(duì)接部通過氬弧焊沿長方向臨時(shí)焊接。以這樣的狀態(tài)，使上方的對(duì)接部通過旋轉(zhuǎn)刀具110進(jìn)行摩擦攪拌接合。旋轉(zhuǎn)刀具110的大直徑部的下端位于面板41(42)的外面和凸部47、47的頂部之間。剩下的凸部根據(jù)需要作切削除去。如果對(duì)上方進(jìn)行摩擦攪拌接合，則使該中空型材40、40反過來，同樣地進(jìn)行摩擦攪拌接合。
中空型材40與側(cè)梁31的接合部的構(gòu)成，如圖9所示與圖10同樣，同樣進(jìn)行摩擦攪拌接合。一般地，側(cè)梁作為底架30的一部分接合，然后焊接在側(cè)構(gòu)架體10上。
在氬弧焊接中空型材A和中空型材B以后，進(jìn)行摩擦攪拌接合是理想的。
當(dāng)車輛沖撞到障礙物上的時(shí)候，在中空型材B上施加沖擊負(fù)荷。連接車體和車體的連接器因該沖擊而脫落。因此，一方的車體的端部與鄰接的車體的端部沖撞。由此，從底架30的端梁39對(duì)多個(gè)中空型材B、側(cè)梁3 1、中梁36產(chǎn)生沖擊作用。另外，在側(cè)構(gòu)架體10、頂部構(gòu)架體20上也對(duì)端部產(chǎn)生沖擊力。
由于在車體的端部有比中央部的中空型材A軟的中空型材B，所以在施加沖擊的時(shí)候，底架30的中空型材B也比中空型材A的一般部分先變形而緩和沖擊。由于中空型材B的范圍的中梁36、側(cè)梁31也通過長孔容易變形，所以同樣產(chǎn)生變形，并容許底架30的中空型材B的變形。另外，由于側(cè)構(gòu)架體10、10、頂部構(gòu)架體20也與底架30同樣將端部由軟的中空型材B構(gòu)成所以產(chǎn)生變形。
在這里，就中空型材B的沖擊力緩和特性進(jìn)行敘述。施加壓縮負(fù)荷時(shí)，按圖11所示的負(fù)荷—變形的特性。根據(jù)材料的特性，如圖12所示，可以考慮拉力強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度等的強(qiáng)度高而延伸小的(脆的)材料I，強(qiáng)度低而延伸良好的(柔韌的)材料III，以及具有上述材料I、III的中間特性的材料II。由圖11的X(X1、X2)表示的曲線(相當(dāng)于圖12的強(qiáng)度特性I的材料)的材料，雖然屈服負(fù)荷大，但超過最大負(fù)荷后的耐負(fù)荷性急劇下降。另外，強(qiáng)度低延伸大的材料(相當(dāng)于圖12的強(qiáng)度特性III的材料)，如由圖11的Y表示的曲線那樣，表示出了雖然最大屈服負(fù)荷低，但其后的耐負(fù)荷性不會(huì)急劇地下降的特性。
由Y曲線的例表示的斜線部分的范圍，表示了該材料的破壞能量。比較X和Y曲線可知，通過最大屈服負(fù)荷后的變形動(dòng)作，具有勉勉強(qiáng)強(qiáng)的強(qiáng)度但延伸良好的材料(這里是Y曲線的材料)破壞能量高。以具有這樣的強(qiáng)度特性Y的材料作為緩沖部件B來選擇是重要的。Y曲線的材料，對(duì)擠出型材例如通過O材料處理而可容易地得到。
對(duì)于X曲線的情況，由于材料的強(qiáng)度高而延伸小，所以不能夠隨著部件截面內(nèi)的應(yīng)力的非平衡而延伸，會(huì)部分地產(chǎn)生破壞及耐負(fù)荷性急劇地下降。另外，對(duì)于Y曲線的情況，部件的最大屈服負(fù)荷比X曲線的情況的差，但由于材料的延伸大，對(duì)于截面內(nèi)的應(yīng)力的不同而能夠產(chǎn)生部分地塑性變形(能夠跟隨延伸)，作為整體不會(huì)有急劇的耐負(fù)荷性的降低，能夠邊維持某種程度的耐負(fù)荷性邊產(chǎn)生大的變形。
因此，在車體的端部施加沖擊時(shí)，中空型材B比中空型材A的一般部分先變形并毀壞，能夠緩和施加于車體的沖擊。中空型材變形為皺紋狀。進(jìn)而，由于由中空型材B構(gòu)成部件，所以與一般的薄板構(gòu)造比較，其面內(nèi)彎曲剛性和面外彎曲剛性高，而且由于是由兩片面板和傾斜材料組成的復(fù)合構(gòu)造，對(duì)于壓縮負(fù)荷也有吸收破壞能量特性高的(每單位面積的)效果。
多個(gè)中空型材B、B之間，沿施加沖擊的車體的長方向、通過摩擦攪拌接合進(jìn)行接合。當(dāng)該接合為氬弧焊接的時(shí)候，焊接部斷裂、產(chǎn)生皺紋狀的變形困難，能量吸收特性下降。這可以理解為由于在氬弧焊接的時(shí)候、焊接部的沖擊值與母材料的沖擊值相比較大大下降的緣故。但是，摩擦攪拌接合部的沖擊值與氬弧焊接的焊接部比較要高，接合部不會(huì)斷裂。這可以理解為通過摩擦攪拌接合的接合部的金屬組織變得微細(xì)、可以吸收的能量值變高的緣故。因此，在摩擦攪拌接合時(shí)，各個(gè)中空型材能夠如規(guī)定變形并吸收沖擊能量。
對(duì)中梁36、側(cè)梁31的端部也可以通過如所述中空型材B那樣的熱處理而變?nèi)彳?。這時(shí)，端部和中央部，也可以對(duì)一個(gè)部件由焊接而形成一體。中空型材的情況如前所述相互嵌合。
在上述實(shí)施例中，從中空型材的兩面進(jìn)行摩擦攪拌接合，但如所述專利第3014654號(hào)(EP0797043A2)的圖9那樣，從中空型材的一方的面與另一方的面板互相接合，然后對(duì)所述一方的面板之間通過連接材料能夠互相接合起來。
下面說明圖13的實(shí)施例。在跨車體的全長的中空型材中，不進(jìn)行分離中空型材的加工。在長的中空型材的兩端部，對(duì)所用的長度的部分中空型材B、B按其原長進(jìn)行熱處理(退火)。作為這種熱處理的方法，可以考慮在加熱爐中部分地進(jìn)行的情況和進(jìn)行高頻淬火那樣部分地加熱成為具有需要的特性的中空型材的情況等。這樣，構(gòu)成車體全長的中空型材后，接合多個(gè)的中空型材而制作底架。
在上述實(shí)施例中，使底架、側(cè)構(gòu)架體、頂部構(gòu)架體為同一長度，但把先頭車前頭部分的車體的相對(duì)下部向前方突出地設(shè)置，對(duì)該突出部的地面部能夠由所述中空型材B構(gòu)成。該地面部構(gòu)成底架的端部，該突出部的地面部上方即使有空間、也可以作為駕駛用機(jī)器的設(shè)置空間。
下面說明圖14的實(shí)施例。該實(shí)施例是在沖撞以后可容易地進(jìn)行車體的端部的交換的結(jié)構(gòu)。在中空型材A、B的端部氬弧焊接有凸肩61、61。凸肩61向車內(nèi)側(cè)突出。由螺栓螺母連接凸肩61、61。
另外，在對(duì)中空型材不做退火加工的時(shí)候，部分地除去與面板和構(gòu)架狀的連接材料的連接部，使通過沖擊負(fù)荷容易變形。通過從面板的外面?zhèn)鹊那邢鞒ニ鲞B接部。另外，能夠?qū)τ谕嘶鸩牧线M(jìn)行除去所述連接部的作業(yè)。另外，雖然可由中空型材構(gòu)成車體，但也能夠由適當(dāng)?shù)谋“搴凸羌懿考?gòu)成。
本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于在專利要求范圍的各要求項(xiàng)中記述的文字或者解決課題的方法項(xiàng)中記述的文字，并且也涉及本領(lǐng)域的技術(shù)人員由此可容易置換的范圍。
本發(fā)明，至少在底架中，由于對(duì)沿車體的長方向的部件相互之間通過摩擦攪拌接合而進(jìn)行接合，所以在發(fā)生沖撞事故時(shí)接合部不斷裂，能夠吸收沖擊力并能確保安全。
權(quán)利要求
1.一種鋼軌車輛，其特征在于在車體的長方向的端部有沖擊能量吸收部件，該沖擊能量吸收部件是通過沖擊能量而產(chǎn)生皺紋狀變形來吸收沖擊能量的部件，該沖擊能量吸收部件是將多個(gè)部件接合而成的部件，所述多個(gè)部件是沿著所述車體的長方向設(shè)置，所述多個(gè)部件相互之間通過摩擦攪拌接合的方法接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌車輛，其特征在于所述沖擊能量吸收部件是構(gòu)成所述車體的底架的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌車輛，其特征在于所述沖擊能量吸收部件，構(gòu)成所述車體的底架和側(cè)構(gòu)架體、頂部構(gòu)架體的各自的所述車體的端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌車輛，其特征在于所述沖擊能量吸收部件由多個(gè)中空型材構(gòu)成，該中空型材是擠出型材，該擠出型材的擠出方向沿著車體的長方向，使所述多個(gè)擠出型材互相之間沿著所述摩擦攪拌接合方向接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌車輛，其特征在于所述多個(gè)中空型材是構(gòu)成所述車體的底架的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌車輛，其特征在于所述多個(gè)中空型材構(gòu)成所述車體的底架和側(cè)構(gòu)架體、頂部構(gòu)架體的各自的所述車體的端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼軌車輛，其特征在于所述多個(gè)中空型材由退火材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種夠吸收沖擊能量的鋼軌車輛。在由中空型材(40)構(gòu)成的鋼軌車輛的車體中，構(gòu)成底架(30)的端部的中空型材(40)是使用經(jīng)退火處理的中空型材。使中空型材(40)的長方向?yàn)檐圀w的長方向。底架(30)由多個(gè)中空型材(40)在寬方向并排排列、并通過摩擦攪拌接合方法接合構(gòu)成。當(dāng)施加沖擊負(fù)荷時(shí)，端部的中空型材(40)呈皺紋狀地變形，吸收沖擊力。這時(shí)，對(duì)摩擦攪拌接合部也施加沖擊力，但由于是摩擦攪拌接合，所以不發(fā)生龜裂，不阻礙中空型材產(chǎn)生皺紋狀的變形。
文檔編號(hào)B61D15/06GK1410305SQ0214151
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者中村英之, 奧野澄生, 牧野俊昭, 佐川年旦 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所