本發(fā)明涉及一種軌道車輛車頭結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種具有良好碰撞安全性能的車輛車頭結(jié)構(gòu)，屬于軌道交通車輛車體結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前地鐵車輛的車鉤緩沖器等吸能部件僅能滿足兩列車在相對(duì)速度不到20km/h的撞擊，更高速度下，車鉤系統(tǒng)會(huì)失效或剪切，車體會(huì)接觸并發(fā)生撞擊變形，給乘客司機(jī)帶來(lái)傷害。為提高鐵道車輛的被動(dòng)安全性能，歐盟和國(guó)際鐵路協(xié)會(huì)共同承擔(dān)的歐洲列車防碰撞性項(xiàng)目(SAFETRAIN)，并花費(fèi)巨大成本進(jìn)行實(shí)物碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象為以受控方式變形的車體端部結(jié)構(gòu)。隨后歐盟通過SAFETRAIN等研究項(xiàng)目推動(dòng)各成員國(guó)制定了統(tǒng)一的碰撞標(biāo)準(zhǔn)，《EN15227鐵路應(yīng)用-鐵路車輛車體防撞性要求》便是其主要成果之一。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)C-II類鐵路車輛（即地鐵車輛）的碰撞安全要求是兩列相同單元列車在相對(duì)速度達(dá)25km/h的撞擊場(chǎng)景中，車體的變形區(qū)域范圍、減速度大小，防止爬車等需滿足相關(guān)要求，且車輛前端能夠吸收足夠的撞擊能量。如何設(shè)計(jì)合理的車體結(jié)構(gòu)吸收更多能量且能防止爬車成為該領(lǐng)域亟待研究解決的問題。

在中國(guó)的申請(qǐng)?zhí)枮镃N02126784.7的發(fā)明專利中公開了鐵路客運(yùn)列車耐沖擊吸能車體，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200920282833.6的實(shí)用新型公開的獨(dú)立車頭座底架結(jié)構(gòu)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310434839.1的發(fā)明專利公開了一種軌道車輛司機(jī)室吸能結(jié)構(gòu)，以及申請(qǐng)?zhí)枮镃N201320697051.5的實(shí)用新型公開的整體式司機(jī)室結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都設(shè)置了一級(jí)或多級(jí)的吸能結(jié)構(gòu)，但是忽略了車輛防爬要求，在列車碰撞時(shí)很難保證吸能結(jié)構(gòu)正常作用，安全性難以保證。

在王卉子著的《城軌車輛的耐撞擊性能研究》以及周傳誼等著的《城軌車輛頭車底架前端壓潰吸能結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)》公開的車頭結(jié)構(gòu)在考慮吸能基礎(chǔ)上增設(shè)了防爬器，但是防爬器是集成在車體底架結(jié)構(gòu)上。當(dāng)防爬器發(fā)生作用時(shí)，車體前端就會(huì)碰撞破壞，維護(hù)工作量比較大。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN201310505736.X、中國(guó)實(shí)用新型專利CN201120420346.9、日本專利公開號(hào)為JP2004268694A的頭車結(jié)構(gòu)公開了帶防爬吸能裝置的模塊化司機(jī)室，以及中國(guó)實(shí)用新型專利CN201410000695.3的實(shí)用新型公開的一種城軌司機(jī)室結(jié)構(gòu)的防爬器是可拆卸式的，但是這些公開的司機(jī)室變形區(qū)只限制在防爬器安裝板的前端，而防爬器安裝板離車體最前端距離較短，能變形區(qū)域很小，吸收能量有限。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN201310072635.8公開了帶防爬吸能裝置的列車前端組成，包含了車體牽引梁前端的車鉤箱、設(shè)置在車體牽引梁前端的車鉤安裝座、防爬吸能裝置安裝座和防爬吸能裝置構(gòu)成，但該結(jié)構(gòu)主要通過底架自身來(lái)抵抗車輛爬起時(shí)的垂向載荷，導(dǎo)致底架結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，沒有從整體的角度考慮，即利用司機(jī)室骨架來(lái)提高垂向承載能力。美國(guó)發(fā)明專利US6561105B2公開了一種地板上方裝有吸能元件的司機(jī)室，發(fā)生兩列車碰撞時(shí)，該吸能元件將與防爬器共同作用，但是不管怎樣其縱向壓潰強(qiáng)度不能高于客室安全區(qū)強(qiáng)度，因此在縱向壓潰行程未增加，而車體主結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不變的情況下，單獨(dú)靠設(shè)置更多數(shù)量的吸能元件是不能有效提高碰撞能量的吸收總量的，而且在地板上方設(shè)置吸能元件會(huì)減少前窗的大小，減少司機(jī)視野廣闊度。

此外，目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有B型城軌車輛不銹鋼車體的司機(jī)室結(jié)構(gòu)對(duì)于前窗下300kN的壓縮載荷要求，基本上不能滿足要求。如中國(guó)實(shí)用新型專利201020677752.9公開的不銹鋼地鐵司機(jī)室車體結(jié)構(gòu)，窗下的鋼骨架主要用來(lái)支撐玻璃鋼頭罩，結(jié)構(gòu)較弱，在車輛運(yùn)行過程中不能很好保護(hù)司機(jī)受列車前方的障礙物撞擊。中國(guó)實(shí)用新型專利201020107739.X公開的鋁合金車體考慮了該工況，但是主要靠司機(jī)室骨架自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，沒有結(jié)合底架前端結(jié)構(gòu)綜合來(lái)考慮，且前方?jīng)]有足夠的變形吸能區(qū)，安全性仍然不足。

同時(shí)，車體靜強(qiáng)度性能設(shè)計(jì)是追求車體每個(gè)截面都具有足夠高的強(qiáng)度，而耐碰撞性能設(shè)計(jì)是要求車體在碰撞沖擊力作用下以有序的、可控的方式發(fā)生變形。這兩者本身具有一定的矛盾性，如何在滿足靜強(qiáng)度性能的前提下合理地設(shè)計(jì)車體的耐碰撞性能一直是軌道車輛領(lǐng)域的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述問題和不足，本發(fā)明旨在提供一種軌道車輛車頭結(jié)構(gòu)，該車頭結(jié)構(gòu)通過系統(tǒng)優(yōu)化司機(jī)室骨架結(jié)構(gòu)及底架前端結(jié)構(gòu)，使車頭結(jié)構(gòu)具有良好的整體承載性能，滿足EN12663標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于車體靜強(qiáng)度的要求，同時(shí)提高了車體的變形吸能能力和抵抗撞擊能力，使車體以可控、有序的方式變形并吸收能量，獲得了安全性能良好的車體結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種軌道車輛車頭結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括車體主結(jié)構(gòu)、車頭防撞結(jié)構(gòu)和防爬器，按照軌道車輛的縱向方向?qū)④囶^劃分為縱向載荷強(qiáng)度呈梯度遞減的安全區(qū)、次要變形區(qū)和主要變形區(qū)；

其中所述安全區(qū)為車體主結(jié)構(gòu)，其包括客室區(qū)域和司機(jī)座椅區(qū)域；所述次要變形區(qū)為司機(jī)室前門至防爬器安裝板之間區(qū)域，其包括車頭防撞結(jié)構(gòu)和防爬器安裝結(jié)構(gòu)；所述主要變形區(qū)域包括位于防爬器安裝板之前的司機(jī)室地板及防爬器；

所述次要變形區(qū)的縱向輕度小于安全區(qū)的縱向強(qiáng)度而在發(fā)生碰撞時(shí)，次要變形區(qū)比安全區(qū)先發(fā)生塑性變形；所述次要變形區(qū)與主要變形區(qū)之間設(shè)有一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)，安全區(qū)與次要變形區(qū)之間設(shè)有二級(jí)止擋結(jié)構(gòu)，該一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)和二級(jí)止擋結(jié)構(gòu)用于阻隔前方區(qū)域的變形影響后方區(qū)域。

由此，本發(fā)明將軌道車輛車頭按照縱向方向劃分為安全區(qū)-次要變形區(qū)-主要變形區(qū)，其中安全區(qū)包括客室區(qū)域和司機(jī)座椅區(qū)域，次要變形區(qū)為司機(jī)室前門至防爬器安裝板之間區(qū)域；主要變形區(qū)域包括防爬器安裝板之前的地板及防爬器自身。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：主要變形區(qū)的變形吸能能滿足EN15227標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的25km/h碰撞的吸能要求及“生存空間內(nèi)平均縱向減速不大于5g”的要求；次要變形區(qū)主要在車體以25km/h以上速度撞擊時(shí)，吸收部分能量，保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)盡可能受到最小的傷害。

安全區(qū)域的車體頂蓋、底架通長(zhǎng)梁的橫截面足夠強(qiáng)，通過梁、柱形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)使車體具有良好的承載性能，為車體能滿足巨大的縱向壓縮載荷以及抵抗25km/h速度列車撞擊力的提供基礎(chǔ)。

次要變形區(qū)主要包括防撞結(jié)構(gòu)和防爬器安裝結(jié)構(gòu)，利用地板下方防爬器安裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部撐板生根，在地板面上設(shè)置防撞結(jié)構(gòu)，可以抵抗列車前方障礙物的沖擊，即靜壓縮力300kN；通過在支撐板上開孔使其防爬器安裝結(jié)構(gòu)的縱向剛度弱化，利用司機(jī)室窗立柱上方的焊縫強(qiáng)度比母材強(qiáng)度低，并在連接處開孔弱化次要變形區(qū)上方的縱向強(qiáng)度，使其在碰撞過程中比安全區(qū)域的主結(jié)構(gòu)先發(fā)生塑性變形，保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)的安全。

主要變形區(qū)包括司機(jī)室地板前端及防爬器，通過防撞立柱前方的司機(jī)室地板開一定深度的槽，確保防爬器吸能工作過程中，地板發(fā)生不可控的變形而引起到次要變形區(qū)域的地板跟著發(fā)生屈曲失穩(wěn)變形；同時(shí)在地板前端局部加厚增大碰撞時(shí)相互接觸的幾率，減少列車爬起40mm以內(nèi)時(shí)地板前端未接觸而侵入次要變形區(qū)域的現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)一步提高車輛碰撞安全性能。

在次要變形區(qū)和主要變形區(qū)之間、次要變形區(qū)和安全區(qū)之間設(shè)置了止擋結(jié)構(gòu)，用于阻隔前方區(qū)域的變形影響后方區(qū)域結(jié)構(gòu)。止擋部件與車體橫截面上的梁、柱進(jìn)行成環(huán)設(shè)計(jì)，在增強(qiáng)車體整體承載性的基礎(chǔ)上提高了列車防爬和吸能能力。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還可以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案：

所述司機(jī)室地板上開有位于司機(jī)室的防撞立柱前方的地板槽，且在防爬器安裝板之前的司機(jī)室地板上裝有增厚板。

所述安全區(qū)的車體橫截面至少能承受1500kN的縱向載荷；次要變形區(qū)縱向載荷設(shè)計(jì)值為1200-1400kN，壓潰變形至少吸能0.6MJ；主要變形區(qū)的防爬器壓潰力為900kN -1200kN，壓潰變形至少吸能0.4MJ；優(yōu)選所述次要變形區(qū)的長(zhǎng)度不小于500mm，所述主要變形區(qū)的行程不小于400mm。

所述車體主結(jié)構(gòu)包括車體頂蓋、側(cè)墻、底架及司機(jī)室上框架；所述車體頂蓋與側(cè)墻之間的頂側(cè)連接梁延伸至司機(jī)室門立柱前端并覆蓋在司機(jī)室的門上橫梁與側(cè)墻連接為一體，所述司機(jī)室上框架將側(cè)墻的四個(gè)司機(jī)室門立柱及車體頂蓋連接成一體，并與車體的底架組成了整體承載結(jié)構(gòu)；優(yōu)選所述頂側(cè)連接梁呈L型；優(yōu)選所述門上橫梁為C型結(jié)構(gòu)，該門上橫梁的內(nèi)部嵌入了連接立柱，該門上橫梁下方固定有為安裝司機(jī)室門提供附著面的門框包邊；優(yōu)選所述門框包邊連接前后兩根司機(jī)室門立柱和門上橫梁。

所述司機(jī)室門立柱內(nèi)側(cè)開有多個(gè)用于與外側(cè)蒙皮的連接的工藝孔；優(yōu)選所述司機(jī)室門立柱的橫截面長(zhǎng)度尺寸至少為120mm，更優(yōu)選為至少180mm。

所述司機(jī)室門立柱外側(cè)開有用于裝入扶手嵌套的安裝孔，且扶手嵌套與安裝孔的上下側(cè)面固定相連而形成型腔結(jié)構(gòu)。

所述車體頂蓋的車頂邊梁與頭罩的連接處為車體的剛度突變處，所述門上橫梁在該剛度突變處設(shè)置所述連接立柱。

所述二級(jí)止擋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在車體的底架上的牽引橫梁、車鉤安裝座和車鉤翼板，用于阻隔位于車頭防撞結(jié)構(gòu)下部防爬器安裝結(jié)構(gòu)的碰撞沖擊力；該二級(jí)止擋結(jié)構(gòu)與司機(jī)室門立柱、司機(jī)室上框架在垂直于車體長(zhǎng)度方向的橫截面上形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

所述牽引橫梁的左右兩端連接底架的左右兩根通長(zhǎng)邊梁，且該牽引橫梁與上方的司機(jī)室門立柱對(duì)齊；所述車鉤安裝座的后方設(shè)有牽緩結(jié)構(gòu)；所述車鉤翼板的左右兩端與底架的兩根通長(zhǎng)邊梁以及車鉤安裝座相連，且該車鉤翼板與位于其上方的牽引橫梁固定相連。

所述車頭防撞結(jié)構(gòu)主要由司機(jī)室窗立柱、防撞墻、司機(jī)室地板、增厚板，及防爬器安裝結(jié)構(gòu)固定連接而成；所述防撞墻位于司機(jī)室地板上方，且防撞墻的兩側(cè)分別與司機(jī)室窗立柱相連，所述增厚板位于司機(jī)室地板的前端；優(yōu)選所述增厚板與司機(jī)室地板的厚度之和至少為40mm。

所述防撞墻包括防撞橫梁、防撞立柱和防撞斜撐；所述防撞斜撐與防爬器安裝結(jié)構(gòu)的立撐板橫向方向?qū)R設(shè)置；所述防撞橫梁、防撞立柱和防撞斜撐固定相連而形成封閉的腔型結(jié)構(gòu)。

所述司機(jī)室窗立柱上端與車體主結(jié)構(gòu)的司機(jī)室上框架固定相連；優(yōu)選在司機(jī)室窗立柱上設(shè)有立柱減弱孔。

所述車頭防撞結(jié)構(gòu)直接焊接在車體主結(jié)構(gòu)的前端，或在車體主結(jié)構(gòu)與車頭防撞結(jié)構(gòu)的連接面設(shè)置連接孔，并通過緊固件相連。

所述防爬器安裝結(jié)構(gòu)包括防爬器安裝板、過渡梁、蓋板、斜撐板和立撐板；所述過渡梁、蓋板、斜撐板、立撐板主要用于支撐防爬器動(dòng)作時(shí)的巨大縱向沖擊力；優(yōu)選所述過渡梁、蓋板、斜撐板和立撐板上開有誘導(dǎo)變形的減弱孔。

所述一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)與防撞墻位于同一橫截面上，該一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)的后端設(shè)有提供支撐力的司機(jī)室窗立柱和立撐板；優(yōu)選在司機(jī)室地板上開有位于防撞墻處的隔斷槽，該隔斷槽用于阻隔司機(jī)室地板變形的傳遞；優(yōu)選所述司機(jī)室窗立柱上方的焊縫強(qiáng)度比母材強(qiáng)度低，且在連接處開孔弱化縱向強(qiáng)度。

所述一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在底架上的防爬器安裝板和與防爬器安裝板對(duì)齊布置的前端小橫梁；優(yōu)選所述司機(jī)室地板上開有位于司機(jī)室的防撞立柱前方的地板槽，所述前端小橫梁位于地板槽的后方。

所述防爬器為可拆卸式的吸能防爬器；優(yōu)選所述防爬器通過司機(jī)室窗立柱與車體主結(jié)構(gòu)的上部一起形成垂向方向的傳力路徑；優(yōu)選所述防爬器為壓潰式防爬器、刨削式防爬器或鋁蜂窩式防爬器。

藉由上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的車頭結(jié)構(gòu)分為安全區(qū)、次要變形區(qū)和主要變形區(qū)。安全區(qū)的車體橫截面至少能承受1500kN的縱向載荷，滿足英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GM/RT2100要求的車端吸收1MJ能量。

安全區(qū)為車體主結(jié)構(gòu)，包括客室和司機(jī)座椅區(qū)域，主要結(jié)構(gòu)由車體頂蓋、側(cè)墻、底架乘客區(qū)域及司機(jī)室上框架構(gòu)成。通過將頂側(cè)連接梁延伸至司機(jī)室門立柱前端并覆蓋在司機(jī)室的門上橫梁，利用司機(jī)室上框架將側(cè)墻的四個(gè)司機(jī)室門立柱及頂蓋連接成一體，和底架組成了整體承載結(jié)構(gòu)，車體橫截面至少能承受1500kN的縱向載荷。底架上的牽引橫梁、車鉤安裝座和車鉤翼板構(gòu)成碰撞的二級(jí)止擋結(jié)構(gòu)，其與司機(jī)室門立柱、司機(jī)室上框架一起在車體橫截面上形成了環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在受到撞擊力時(shí)能更均勻地受力，提高了抵抗碰撞變形的能力。

次要變形區(qū)為車頭防撞結(jié)構(gòu)，主要由司機(jī)室窗立柱、防撞墻、司機(jī)室地板開槽后端部分、增厚板，前端小橫梁及防爬器安裝結(jié)構(gòu)焊接而成。防撞墻位于司機(jī)室地板上方，兩側(cè)與司機(jī)室窗立柱相連，由防撞橫梁、防撞立柱、防撞斜撐焊接而成，梁為異型鋼，是封閉的腔型結(jié)構(gòu)，可以抵抗300kN的障礙物沖擊。

防爬器安裝結(jié)構(gòu)由防爬器安裝板、過渡梁、蓋板、斜撐板、立撐板組成，防爬器安裝板可根據(jù)防爬器的安裝接口定制，過渡梁、蓋板、斜撐板、立撐板主要用于支撐防爬器動(dòng)作時(shí)的巨大縱向沖擊力，可根據(jù)壓潰強(qiáng)度需要開減弱孔以誘導(dǎo)變形。底架上的防爬器安裝板，前端小橫梁為碰撞的一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)，其與防撞墻位于同一橫截面上，后端設(shè)有司機(jī)室窗立柱、防爬器立撐板提供支撐力，且司機(jī)室地板在防撞墻處開槽，用于阻隔地板變形的傳遞。司機(jī)室窗立柱上方的焊縫強(qiáng)度比母材強(qiáng)度低，且在連接處開孔弱化縱向強(qiáng)度，使其在壓縮過程中在后端的頂蓋區(qū)域變形前剪斷，保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)的安全。

主要變形區(qū)包括司機(jī)室地板開槽前端部分、增厚板、防爬器組成。增厚板的厚度與司機(jī)室地板大的厚度之和為40mm以上。防爬器為可拆卸式的安裝方式，在發(fā)生撞車后方便更換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明車頭結(jié)構(gòu)整體承載性能好，有效壓潰行程長(zhǎng)，能吸收大量的碰撞能量而保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)不受損壞，并有防撞結(jié)構(gòu)保護(hù)司機(jī)在車輛運(yùn)行過程中抵抗外物的入侵撞擊，具有優(yōu)良的碰撞安全性；結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易模塊化生產(chǎn)；在全焊接結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可安裝內(nèi)嵌式扶手，具有實(shí)用性且美觀。

本發(fā)明能滿足EN15227和英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GM/RT2100對(duì)于碰撞的要求，同時(shí)滿足EN12663標(biāo)準(zhǔn)的司機(jī)室保護(hù)工況要求，解決了鋼結(jié)構(gòu)車體的固有難題，滿足國(guó)內(nèi)外絕大部分車輛運(yùn)行商對(duì)車體技術(shù)條件的需求，通用性強(qiáng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是本發(fā)明車頭結(jié)構(gòu)正視圖；

圖3是圖2的仰視圖；

圖4是圖2中的A-A剖視圖；

圖5是圖3中的B-B剖視圖；

圖6是圖2中的C-C剖視圖；

圖7是圖2中的D-D剖視圖；

圖8是圖7進(jìn)一步改進(jìn)的示意圖。

在圖中：

1-車體主結(jié)構(gòu)，11-車體頂蓋，111-頂側(cè)連接梁，112-車頂邊梁，12-側(cè)墻，121-司機(jī)室門立柱，122-連接立柱，123-門上橫梁，124-門框包邊，125-扶手嵌套，13-底架，131-牽引橫梁，132-車鉤安裝座，133-車鉤翼板，14-司機(jī)室上框架，2-車頭防撞結(jié)構(gòu)，21-司機(jī)室窗立柱，21a-立柱減弱孔，22-防撞墻，221-防撞橫梁，222-防撞立柱，223-防撞斜撐，23-司機(jī)室地板，23a-地板槽，24-增厚板，25-防爬器安裝結(jié)構(gòu)，251-防爬器安裝板，252-過渡梁，253-蓋板，254-斜撐板，255-立撐板，26-前端小橫梁，3-防爬器。

具體實(shí)施方式

以下將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現(xiàn)“上”、“下”、“左”、“右”字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，并不對(duì)結(jié)構(gòu)起限定作用。

一種軌道車輛車頭鋼結(jié)構(gòu)，如圖1示，車鉤鋼結(jié)構(gòu)主要由車體主結(jié)構(gòu)1、車頭防撞結(jié)構(gòu)2和防爬器3構(gòu)成，其縱向載荷強(qiáng)度呈梯度遞減，依次對(duì)應(yīng)安全區(qū)、作為次要變形區(qū)的較難變形區(qū)和作為主要變形區(qū)的易變形區(qū)。這三個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)滿足靜強(qiáng)度性能及動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度性能碰撞性能要求，即安全區(qū)車體至少能承受1500kN的縱向載荷，較難變形區(qū)縱向載荷設(shè)計(jì)值為1200-1400kN，易變形區(qū)的防爬器縱向載荷設(shè)計(jì)值為1100kN；同時(shí)，易變形區(qū)的滿足EN15227標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的25km/h碰撞的吸能要求及“生存空間內(nèi)平均縱向減速不大于5g”的要求；較難變形區(qū)主要在車體以25km/h以上速度撞擊時(shí)可吸收部分能量，保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)盡可能受到最小的傷害。

車體主結(jié)構(gòu)1，包括客室和司機(jī)座椅區(qū)域，主要由車體頂蓋11、側(cè)墻12、底架13及司機(jī)室上框架14組成。頂側(cè)連接梁111延伸至司機(jī)室門立柱121前端與側(cè)墻12連接為一體，司機(jī)室上框架14將側(cè)墻12的四根司機(jī)室門立柱121及頂蓋連接成一體，并和底架13組成了整體承載結(jié)構(gòu)。底架13上的牽引橫梁131、車鉤安裝座132和車鉤翼板133構(gòu)成二級(jí)碰撞止擋結(jié)構(gòu)，阻隔車頭防撞結(jié)構(gòu)2下部防爬器安裝結(jié)構(gòu)25的碰撞沖擊力，同時(shí)與司機(jī)室門立柱121、司機(jī)室上框架14形成了環(huán)狀結(jié)構(gòu)。通過將車體頂蓋11、底架13部件中通長(zhǎng)結(jié)構(gòu)梁的橫截面設(shè)計(jì)得足夠強(qiáng)，同時(shí)利用環(huán)狀結(jié)構(gòu)使車體主結(jié)構(gòu)1具有良好的承載性能，為車體能滿足巨大的縱向壓縮載荷以及抵抗25km/h速度列車撞擊力的提供基礎(chǔ)。

車頭防撞結(jié)構(gòu)2主要由司機(jī)室窗立柱21、防撞墻22、司機(jī)室地板23、增厚板24，及防爬器安裝結(jié)構(gòu)25焊接而成。防撞墻22位于司機(jī)室地板上方，兩側(cè)與司機(jī)室窗立柱21相連，由防撞橫梁221、防撞立柱222、防撞斜撐223焊接而成，這些梁為整體成型的異型鋼，壁厚為4-8mm，利用其封閉的腔型結(jié)構(gòu)且無(wú)焊縫薄弱區(qū)，可以抵抗300kN的障礙物沖擊，異型鋼的材質(zhì)延展性較大，一般為304不銹鋼。車頭防撞結(jié)構(gòu)2可直接焊接在車體主結(jié)構(gòu)1的前端，也可在車體主結(jié)構(gòu)1和車頭防撞結(jié)構(gòu)2的連接面設(shè)置連接孔，通過螺栓或鉚釘連接。位于司機(jī)室地板23前端的增厚板24與司機(jī)室地板23的厚度之和為40mm以上，可減少列車爬起40mm以內(nèi)時(shí)地板前端未接觸而侵入較難變形區(qū)域的現(xiàn)象發(fā)生，提高車輛碰撞安全性能。

防爬器3為可拆卸式的吸能防爬器，通過螺栓固定在車頭防撞結(jié)構(gòu)2上。防爬器3可以是壓潰式的，也可以是刨削式、鋁蜂窩式等。

圖2和圖3分別是車頭鋼結(jié)構(gòu)的正視圖和仰視圖。車頭鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)縱向強(qiáng)度等級(jí)設(shè)置了3個(gè)區(qū)域，車體主結(jié)構(gòu)1處在安全區(qū)；車頭防撞結(jié)構(gòu)2主要處在較難變形區(qū)；防爬器3和位于地板槽23a前端的司機(jī)室地板23、增厚板24屬于易變形區(qū)。其中易變形區(qū)的長(zhǎng)度L1不宜小于400mm，防爬器平均壓潰力設(shè)置為1100kN左右，較難變形區(qū)的長(zhǎng)度L2不小于500mm，縱向壓縮載荷強(qiáng)度為1200-1400kN，易變形區(qū)和較難變形區(qū)的總吸能量不小于1MJ。

為阻隔碰撞過程中巨大沖擊力過早影響到車體主結(jié)構(gòu)1，在其下方設(shè)置了二級(jí)止擋結(jié)構(gòu)，主要由位于同一截面的牽引橫梁131、車鉤安裝座132、車鉤翼板133組成，牽引橫梁131連接左右兩根底架通長(zhǎng)邊梁，與上方的司機(jī)室門立柱121對(duì)齊，為車體主結(jié)構(gòu)1前端的環(huán)狀結(jié)構(gòu)重要組成部分。車鉤安裝座132后方有高強(qiáng)的牽緩結(jié)構(gòu)支撐，可以承受車鉤1200kN的縱向載荷。車鉤翼板133為折彎件，本身具有較好的剛度，左右兩端與底架通長(zhǎng)邊梁以及車鉤安裝座132相連，上方與牽引橫梁131焊接固定，這三者構(gòu)成的止擋結(jié)構(gòu)能有效抵抗前端防爬器安裝結(jié)構(gòu)25傳遞過來(lái)的縱向載荷，保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)安全。

車頭防撞結(jié)構(gòu)2下方的防爬器安裝結(jié)構(gòu)25主要用于安裝防爬器3，防爬器安裝結(jié)構(gòu)25由防爬器安裝板251、過渡梁252、蓋板253、斜撐板254及立撐板255組成，防爬器安裝板251提供防爬器3的安裝平面，過渡梁252、蓋板253、斜撐板254及立撐板255為防爬器安裝板251提供支撐力，這些部件可通過開孔或優(yōu)化壁厚來(lái)控制車頭防撞結(jié)構(gòu)2的壓潰強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)其既能承擔(dān)防爬器3帶來(lái)的約1100kN壓潰力，同時(shí)自身的縱向壓潰力不高于1400kN。與防爬器安裝板251對(duì)齊布置的前端小橫梁26位于地板槽23a的后方，作為碰撞的一級(jí)止擋結(jié)構(gòu)，可以阻隔司機(jī)室地板23受到撞擊時(shí)前端變形傳遞到后方區(qū)域。

圖4是圖2中的A-A剖視圖。由于頭罩的造型需要，車體主結(jié)構(gòu)1的司機(jī)室門區(qū)域高度往往受到限制，車體頂蓋11不能將車頂邊梁112延伸到安全區(qū)的端頭，即前端的司機(jī)室門立柱121處，這樣對(duì)車體主結(jié)構(gòu)1的整體強(qiáng)度及門角區(qū)域強(qiáng)度的影響較大。本發(fā)明為解決司機(jī)室門上部強(qiáng)度問題，在車頂邊梁112的下方設(shè)置了L型的頂側(cè)連接梁111，在客室區(qū)域兩者焊接為一個(gè)整體，在司機(jī)室門區(qū)域頂側(cè)連接梁111單獨(dú)延伸至司機(jī)室門立柱121處，覆蓋在側(cè)墻12的門上橫梁123外側(cè)，加強(qiáng)了司機(jī)室門上部的縱向強(qiáng)度，同時(shí)提供了寬度大于50mm的上平面與頭罩粘接，頭罩的外輪廓與車頂邊梁112基本一致，避免了外觀上的不連接續(xù)性。門上橫梁123為C型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部嵌入了連接立柱122增強(qiáng)垂向剛度，下方點(diǎn)焊固定門框包邊124為安裝司機(jī)室門提供附著面。

圖5為圖3中的B-B剖視圖。車頂邊梁112與頭罩的連接處為車體剛度突變處，門上橫梁123跨過該區(qū)域并在剛度突變處設(shè)置連接立柱122，提高門角的局部剛度，門框包邊124連接前后兩根司機(jī)室門立柱121和門上橫梁123，增強(qiáng)了司機(jī)室門的整體剛度。屬于車頭防撞結(jié)構(gòu)2的司機(jī)室窗立柱21上端與車體主結(jié)構(gòu)1的司機(jī)室上框架14焊接相連，并設(shè)有立柱減弱孔21a，在保證足夠的垂向強(qiáng)度的前提下，降低縱向強(qiáng)度，并利用焊縫強(qiáng)度比母材強(qiáng)度低，使其在碰撞壓縮過程中在車體主結(jié)構(gòu)1變形前發(fā)生剪斷，保護(hù)車體主結(jié)構(gòu)的安全。防撞立柱222與前端小橫梁26、防爬器安裝板251對(duì)齊，構(gòu)成了整個(gè)截面方向的止擋結(jié)構(gòu)，有效地阻隔包括來(lái)自防爬器3以及地板槽23a前方的司機(jī)室地板23變形，提高了碰撞安全性，并將碰撞后返工量降至最小。

圖6為圖2中的C-C剖視圖。車頭防撞結(jié)構(gòu)2下部的司機(jī)室窗立柱21、及防撞立柱222、防撞斜撐223與防爬器安裝結(jié)構(gòu)25的立撐板255橫向方向?qū)R設(shè)置，為防撞墻22在承受300kN縱向壓縮力時(shí)提供足夠的支撐力，也可將防爬器3抵抗車輛爬起的巨大垂向力通過司機(jī)室窗立柱21以最短路徑傳遞到車體主結(jié)構(gòu)1的上部從而實(shí)現(xiàn)整體承載。

圖7是圖2中的D-D剖視圖。為提高司機(jī)室門立柱的剛度，本發(fā)明的司機(jī)室門立柱121采用異型鋼結(jié)構(gòu)，截面長(zhǎng)度足夠大，至少為120mm，在司機(jī)室門立柱121內(nèi)側(cè)開兩排半徑為30mm的工藝孔，用于其與外側(cè)蒙皮的點(diǎn)焊連接。

值得一提的是，為提高司機(jī)上下車的方便性，同時(shí)滿足外輪廓限界要求，部分地鐵車輛要求設(shè)置司機(jī)室門兩側(cè)設(shè)置內(nèi)嵌式扶手。不同于鋁合金車體可設(shè)計(jì)型材腔來(lái)提供安裝空間，后續(xù)再噴油漆覆蓋鋁合金表面保持美觀性。不銹鋼車體一般是免涂油漆的，且鋼結(jié)構(gòu)車體一般是板梁結(jié)構(gòu)，沒有型腔，如何在保證門立柱強(qiáng)度的基礎(chǔ)上開孔設(shè)置扶手是鋼結(jié)構(gòu)車體的難點(diǎn)。

本發(fā)明可進(jìn)一步改進(jìn)，具體為：司機(jī)室門立柱121截面長(zhǎng)度增加，至少為180mm，外側(cè)開有大孔，內(nèi)側(cè)兩邊開有點(diǎn)焊工藝孔。整體成型的扶手嵌套125從外側(cè)塞入司機(jī)室門立柱121的大孔內(nèi)，并上下兩個(gè)面都與司機(jī)室門立柱121接觸，點(diǎn)焊連接成一體，形成類似型材型腔的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度具有連續(xù)性，解決了內(nèi)嵌式扶手的安裝問題。

上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。