專利名稱：鐵路車輛的排障板支承結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及新干線等鐵路車輛的排障板支承結構。
背景技術：
在鐵路車輛上，為了向側面排除軌道上的障礙物(例如重達100kg左右的障礙物)而使其不卷入，一般在車輛頭部設計有排障裝置。另外，這種排障裝置在橫向排除障礙物而不使其卷入時，由于要求盡可能地將車體的損壞抑制到輕微的程度，需要采用在碰撞發(fā)生時不易受碰撞能量的影響的結構。為此，一般的結構是在車輛前部配置不易變形的物體，使其通過緩沖裝置與車體連接。
現(xiàn)有技術中，如圖7和圖8所示，已公開的排障板支承結構是在向行駛方向前方以凸狀彎曲的鋼制排障板(rail guard)101的后方，沿著所述排障板101以存在板厚程度的間隔，設有數(shù)片板簧102a重疊成的緩沖板102。該支承結構利用緩沖板102來吸收由排障板101的變形沒有吸收完的能量。前述緩沖板102通過緩沖板支承裝置103及安裝架104安裝到車體底架105(參照圖7)上。而且，排障板101的左右兩側通過安裝架106安裝到車體底架105上。再者，107是防止緩沖板102掉下的零件。
在這種結構中，為了應對隨著車輛速度變大的碰撞能量，必須增加板的厚度。其結果是，排障板101成為比車體底架105還厚的鋼板。因此，當與障礙物碰撞時，排障板101不易變形，從而大的沖擊負荷會施加到車體上。
因此，例如特開2001-55141號公報公開示出了能實現(xiàn)以下性能的排障裝置，該裝置重量輕、向軌道外排除障礙物的能力大、能盡量降低對車體的沖擊負荷。該排障裝置將具有向行駛方向前方以凸形彎曲的形狀的鋼制排障板的兩側用橫梁連接，并且具有在前述排障板的軌道方向的中心線上在排障板和橫梁之間使用了中空形狀鋁合金制型材的結構。
排障裝置為達到前面所述的排除道路上的障礙物的目的，該排障板(前端裙板)被牢固地固定在車體底架的側梁上。從而使車體頭部的強度非常高。為此，當車輛實際發(fā)生彼此碰撞時，碰撞時的沖擊變得過大，在某種情況下，在破壞車體的頭部之前，位于頭部排障裝置后側的駕駛室有先遭到破壞的危險。這樣的事態(tài)對乘務員來說是不希望的，可以說劣化了耐沖擊性。在這里，“耐沖擊性”意味著能夠確保乘務員的生存區(qū)域(生存區(qū))，降低對乘務員的沖擊。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為解決這些問題，提供一種耐撞擊性優(yōu)異的鐵路車輛排障板支承結構。
本發(fā)明是將用于排除行駛中軌道上的障礙物的排障板安裝在車體底架上的鐵路車輛的排障板支承結構。構成在車輛前后方向延伸的能量吸收元件配設在前述排障板的頭部的后側，該能量吸收元件的后端部通過能量吸收元件支承裝置安裝在前述車體底架上，前述排障板的左右兩側部的上緣部在前述能量吸收元件支承裝置的側方位置被支承在車體底架上。
在此，作為能量吸收元件，沒有特別的限制，例如能夠使用眾所周知的方筒狀管部件等峰值負荷低、平均反作用力高的能量吸收元件。
如果這樣的話，當假設鐵路車輛彼此發(fā)生碰撞時，在預先設計階段，考慮到碰撞的各種要素后決定車體頭部的碰撞區(qū)的長度，但是在碰撞區(qū)因為支承排障板的加強部件不是必要的，排障板的限制得到緩和，所以能夠降低碰撞區(qū)受到破壞時的峰值負荷。
另一方面，在排障板的頭部的后側，配設有沿車輛前后方向延伸的、峰值負荷低而平均反作用力高的能量吸收元件，用能量吸收元件補償了碰撞能量的吸收。因此，與只設有單個排障板的情況相比，碰撞能量的吸收性能得到提高，緩解了對乘務員的沖擊。而且，作為原來的排障裝置的目的，在排除障礙物時，由于該能量吸收元件負擔了必要吸收能量的大部分，也將緩和排除障礙物時的沖擊。
因此，當足夠大的碰撞能量作用在向軌道外排除行駛中軌道上的障礙物的排障板上時，通過能量吸收元件的吸收，緩和了對乘務員的沖擊。
前述排障板的左右側部的上緣部最好在駕駛室的前方部位通過排障板支承裝置安裝到車體底架上。
如果這樣的話，通過使包含駕駛室的乘務員生存區(qū)域(生存區(qū))位于前述碰撞區(qū)的后方，避免碰撞時在駕駛室的壓壞(碰撞)，能夠確保乘務員的生存區(qū)域。也就是說，由于能量吸收元件在遠離駕駛室前方的碰撞區(qū)進行吸收碰撞能量，在確保乘務員的生存區(qū)域的同時，緩和了對乘務員的沖擊。
一般來說，理想的前述排障板的形狀為越靠下部越向前方或側方傾斜的形狀，大體上為立方體形狀的擋塊安裝在頭部上緣部附近，前述排障板頭部的下緣部位于該擋塊的前面的垂直下方。
如果這樣的話，由于大體上為立方體形狀的擋塊安裝在排障板的頭部上緣部附近，前述排障板頭部的下緣部位于擋塊的前面的垂直下方，當車輛彼此碰撞時，排障板的上側部分(擋塊)和下側部分同時受到碰撞。因此，由排障板的前角產(chǎn)生的上下方向的負荷降低，能夠穩(wěn)定地在車輛的前后方向產(chǎn)生排障板的擠壓變形。


圖1是表示本發(fā)明的鐵路車輛的排障板支承結構的側面圖；圖2是圖1的平面圖；圖3(a)～(d)是表示使100kg的剛性球以300km/h的時速正面撞擊采用本發(fā)明結構的排障板所作用的沖擊負荷的變化狀態(tài)的模擬解析結果的模式圖；圖4是表示使100kg的剛性球以300km/h的時速正面撞擊在本發(fā)明的排障支承結構上時的行駛方向隨時間變化的反作用力的圖；圖5(a)～(c)是表示使100kg的剛性球以300km/h的時速從正面偏置撞擊采用本發(fā)明結構的排障板時所作用的沖擊負荷的變化狀態(tài)的模擬解析結果的模式圖；
圖6(a)～(e)是表示使剛性壁撞擊采用本發(fā)明結構的車體的作用沖擊負荷時的變化狀態(tài)及其模擬解析結果的圖；圖7是表示現(xiàn)有的鐵路車輛的排障板支承結構的側面圖；圖8是圖7的平面圖。
具體實施例方式
下面，按照

本發(fā)明的實施方式。
如圖1和2所示，在行駛中排除軌道上的障礙物的排障板1，是使前方凸出而整體彎曲成馬蹄形的形狀，其由頭部1A和從其左右兩端向后方延伸的左右側部1B、1C構成。通過具有排障板吊掛零件2和上部支承部件3的排障板支承裝置22，將排障板1整體以懸掛狀態(tài)安裝在車體底架10上。即，車體底架10沒有直接支承排障板1的頭部1A。具體的說，在圖示的碰撞區(qū)S的后方，前述排障板1的左右側部1B、1C的上緣部通過多個排障板吊掛零件2固定到上部支承部件3上。該上部支承部件3安裝在車體底架10上。所設計的碰撞區(qū)S的范圍是由車體構造中的組件變形能吸收完沖擊能量。
在前述排障板1的頭部1A的后側，設有向后方突出的連接托架4。該連接托架4與在車體前后方向配置的作為能量吸收元件的四方筒狀的吸收沖擊管部件5的前端部連接。在排障板1的后方，沒有象從前一樣沿著排障板設置多片板簧重疊成的緩沖板。吸收沖擊管部件5沿車輛的中心軸延伸設置，在其前端附近的上方，切口部5a是朝向上側的形狀，并相對于車輛中心軸形成左右對稱。該切口部5a所形成的吸收沖擊管部件5的前端部具有作為為吸收能量而引發(fā)波紋變形的觸發(fā)器的機能。為此，由于代替以往的緩沖板而使用了四方筒狀吸收沖擊管部件5，在減輕重量這點成為有利的結構。
再者，前述吸收沖擊管部件不必是一個，即使是多個也無妨，但在這種情況下最好相對于車輛的中心軸左右對稱配置。當車輛中心軸方向的沖擊作用在排障板1的前端時，由于負荷十分均衡地作用在各個吸收沖擊管部件(能量吸收元件)上，所以各個吸收沖擊管部件不會向車體的左右兩側倒下，這是因為由吸收沖擊管部件的波紋變形吸收了能量。
而且，前述吸收沖擊管部件5的后端部連接到在車體左右方向延伸的下部支承部件6上。下部支承部件6是封閉的箱狀部件。該下部支承部件6的左右兩端部分別與在垂直方向延伸的左右支承部件7L、7R的下端部連接。左右支承部件7L、7R的上端部在碰撞區(qū)S的后方連接固定在車體底架10上。另外，下部支承部件6的后側通過向后方且向斜上方延伸的左右傾斜支承部件8L、8R與車體底架10連接。這樣，支承吸收沖擊管部件5后端部的能量吸收元件支承裝置21由前述支承部件6、7L、7R、8L、8R構成。
如前所述，在能量吸收元件支承裝置21的側方位置，排障板1的左右側部1B、1C的上緣部通過排障板支承裝置22(由排障板吊掛零件2及上部支承部件3組成)支承在車體底架上10上。因此，排障板1左右側部1B、1C的上緣部通過排障板支承裝置22安裝到車體底架10的位置。是在設置駕駛室13的前方位置，駕駛室13位于碰撞區(qū)S的后方。
這樣，在排障板1的后側設置吸收沖擊管部件5，由于將其后端部與安裝到車體底架10上的能量吸收元件支承裝置21(支承部件6、7L、7R、8L、8R)連接，用于吸收碰撞能量的變形沖程可以相當長。并且，在車體頭部碰撞區(qū)S的后方由排障板支承裝置21(支承部件2、3)支承著排障板1，將不需要在碰撞區(qū)S設置高支承剛性的支承裝置，而且將會緩和排障板1的限制。其結果能抑制碰撞時的峰值負荷，得到良好的耐碰撞性。
特別地，由于可以使包含駕駛室13的乘務員生存區(qū)域(生存區(qū))處在前述碰撞區(qū)S的后方，所以避免了碰撞時壓壞駕駛室13，能夠確保乘務員的生存區(qū)域。也就是說，由于靠吸收沖擊管部件5吸收碰撞能量，是在遠離駕駛室13前方的碰撞區(qū)S進行的，所以，在確保乘務員生存區(qū)域(生存區(qū))的同時，緩和了對乘務員的沖擊。
再者，如圖所示，前述排障板1成越靠下部越向前方或側方傾斜的形狀。大體上為立方體形狀的擋塊9安裝在排障板1頭部上緣部附近，前述排障板1頭部的下緣部位于該擋塊9的前面的略垂直下方。再者，前述擋塊9的前面成為在大體垂直面內擴展的平面，而后面成為與排障板1對應的傾斜面。根據(jù)這種構成，車輛彼此發(fā)生碰撞時，排障板1的上側部分(擋塊9的前表面)和下側部分(排障板1的下緣部)同時碰撞，由排障板1的前角(相對垂直面形成的角)產(chǎn)生的上下方向的負荷降低了，能夠在車輛的前后方向產(chǎn)生排障板1的擠壓變形。
而且，為了在行駛中排除軌道上的障礙物，當足夠大的碰撞能量作用在排障板1上時，不僅擠壓排障板1吸收碰撞能量，而且由吸收沖擊管部件5的波紋變形也吸收碰撞能量。從而，碰撞能量的吸收效果也與以往構造(沿著排障板在前述排障板的后側設有多片板簧重疊成的緩沖板的構造)相同或優(yōu)于以往構造。
圖3(a)～(d)示出了以300km/h的時速使100kg的剛性球正面撞擊在前述排障板支承結構的排障板上的作用這種撞擊負荷時的變化狀態(tài)的模擬圖解析結果，此時排障板(排障裝置)的反作用力在圖4中示出。圖3(a)～(d)是撞擊經(jīng)歷時間T分別為0秒、0.012秒、0.03秒、0.086秒時的變形的示意圖。
根據(jù)圖3(a)～(d)及圖4，在以300km/h的時速使100kg的剛性球進行正面撞擊，在這種撞擊負荷作用的情況下，在碰撞區(qū)S該碰撞能量被從撞擊開始到經(jīng)過0.03秒的排障板的變形及其后側吸收沖擊管部件的波紋變形吸收并減小。另外，在從T＝0到T＝0.03秒的期間，行駛方向的反作用力不超過80噸力，撞擊時的峰值負荷不太高。
而且，同樣地，圖5(a)～(c)中分別示出了以時速300km/h的速度、使100kg的剛性球從正面偏擊前述排障板支承結構所采用的排障板(距車體中心向右側大致偏離750mm)時這種撞擊情況的變化狀態(tài)。這種情況下，圖5(a)～(c)是撞擊經(jīng)歷時間T分別為0秒、0.015秒、0.03秒時的變形的示意圖。
在這種情況下，由圖5(a)～(c)可以理解，以時速300km/h的速度使100kg的剛性球從正面偏置進行撞擊，在這種撞擊負荷作用的情況下，由于剛性球對排障板的入射角較小，在從撞擊開始到經(jīng)過0.03秒的期間，主要通過排障板的變形吸收緩和撞擊，同時，產(chǎn)生向軌道外排除剛性球的反作用力。
而且，圖6(a)～(e)示出了使剛性壁Ob撞擊采用前述排障板支承構造的車體時這種撞擊負荷作用的情況下變化狀態(tài)的模擬圖解析結果。在這種情況下，圖6(a)～(e)是變形沖程量Ds分別為0mm、250mm、500mm、750mm、1000mm時的變形的示意圖。
在前述的實施例中，作為能量吸收元件，雖然從易于產(chǎn)生有利于吸收能量的波紋變形和能夠減輕重量出發(fā)，使用了四方筒狀吸收沖擊管部件，但在本發(fā)明中，不限于使用該部件，也能夠使用其它已知的能量吸收元件。
權利要求
1.一種鐵路車輛的排障板支承結構，其將排除行駛中軌道上的障礙物的排障板安裝在車體底架上，其特征在于，在車輛前后方向延伸的能量吸收元件配設在所述排障板的頭部的后側，該能量吸收元件的后端部通過能量吸收元件支承裝置安裝在所述車體底架上，所述排障板的左右側部的上緣部在所述能量吸收元件支承裝置的側方位置支承在車體底架上。
2.如權利要求1所述的鐵路車輛的排障板支承結構，其特征在于，所述排障板的左右側部的上緣部在駕駛室的前方位置通過排障板支承裝置安裝在車體底架上。
3.如權利要求1所述的鐵路車輛的排障板支承結構，其特征在于，所述排障板成越靠下部越向前方或側方傾斜的形狀，大體上為立方體形狀的擋塊安裝在頭部的上緣部附近，所述排障板的頭部的下緣部位于該擋塊前面的垂直下方。
全文摘要
本發(fā)明是耐撞擊性優(yōu)異的鐵路車輛的排障板支承結構，在排障板1的后側設置有吸收沖擊管部件5，吸收沖擊管部件5的后端部連接到安裝于車體底架上的能量吸收元件支承裝置(支承部件6、7L、7R、8L、8R)上，在車體頭部的碰撞區(qū)S的后方且在前述能量吸收元件支承裝置的側方位置，通過排障板支承裝置將排障板1的左右側部的上緣部支承在車體底架上。
文檔編號B61F19/04GK1537768SQ0312866
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月16日 優(yōu)先權日2003年4月16日
發(fā)明者田口真, 古川誠, 岡田真一, 山口秀行, 一, 行 申請人:川崎重工業(yè)株式會社