本發明涉及一種軌道車輛頭車結構，屬于軌道交通車輛車體結構技術領域。

背景技術：

目前地鐵車輛車體主要有兩種：一種含鉚接（或螺栓連接）的結構，如中國專利申請號為CN200620069988.8及CN201310072635.8描述的結構，其主要特點是司機室骨架甚至頭車底架前端是獨立模塊，通過螺栓或鉚釘連接到車體主結構上，底架邊梁一般不會延伸到司機室門區域；另一種是全焊接結構，其主要特點是作為車體主要承力部件的底架邊梁是通長的，即從客室區域延伸到司機室門區域前方。前者頭車前端可設計為獨立的司機室骨架和玻璃鋼頭罩，頭型變化多，但鉚接結構車體有重量較重、全壽命周期內密封性不良、且車輛運行長期振動易導致鉚釘松動等問題。后者全焊接結構基本不會產生上述問題，但司機室骨架結構也是集成到車體主結構上，易導致造型受限，難以滿足追求現代氣息、體現城市個性風格的需求。

同時，國內部分城市開通地鐵已幾十年，部分線路已到達更新換代的過渡階段，20多年前車輛碰撞性能沒有現在要求高，部分車輛的防爬器是不具吸能功能的，安裝位置也更接近車體地板面，高度較高。此外，很多城市的地鐵線路正面臨擴建和列車增購的需求，而不同車輛廠家造的列車防爬器高度不完全一致。因此在既有線路上的新造列車，首先要解決防爬器匹配的問題，而防爬器吸能要求也越來越高，提高了防爬器選型的難度，對車輛外觀設計提出了進一步限制。

目前國內全焊接結構的A型車地鐵車一般采用壓潰式防爬器，其安裝結構與中國專利申請號為CN201310505736.X的發明專利描述的結構類似，該結構的防爬器安裝板直接和底架邊梁相連，防爬器工作時將承受巨大的縱向力和垂向力，通過將力直接傳遞給底架邊梁從而獲得了良好的耐碰撞性能。但是這種類型防爬器是通過十字形導槽來導向，由于強度需要和結構特點要求防爬器尺寸較大，離車體地板面也需保持一定距離，同時要求與防爬器安裝板連接處的底架邊梁的強度足夠強。這些因素產生了以下問題：

1）防爬器距軌面高度調節范圍受到了限制，降低了與既有線路車輛防爬器嚙合匹配程度，難以滿足EN 15227標準規定爬車要求；

2）底架邊梁需延伸出防爬器安裝板較長的距離，導致頭罩的圓弧拐點前移，頭罩的圓弧段長度和形狀受限，對造型設計極其不利，易造成各種車型的外觀造型缺乏變化的感覺。

技術實現要素：

本發明旨在提供一種軌道車輛頭車結構，該防爬器安裝結構的T型雙層箱型結構具有很好的縱向和垂向強度及剛度，單個防爬器安裝區域能滿足600kN的縱向壓縮力和13t的垂向重量，大幅減少了對底架邊梁前端強度的依賴，解決了與既有線路車輛的匹配問題。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種軌道車輛頭車結構，包括車體主結構、司機室骨架和防爬器安裝結構；其結構特點是，所述防爬器安裝結構為T型雙層箱型結構，該防爬器安裝結構的兩側端分別與相應側的底架邊梁及車鉤安裝座固定相連，該防爬器安裝結構的上方覆蓋有司機室地板。

由此，T型雙層箱型結構的防爬器安裝結構與底架邊梁和車鉤安裝座相連，構成了防爬器的安裝結構，同時弱化底架邊梁前端結構，為實現頭罩的大圓弧造型提供了條件。

本發明具有很好的縱向和垂向強度及剛度，單個防爬器安裝區域能承受600kN的縱向壓縮力和13t的垂向重量，縱向方向調節量大，可無限接近車體地板面，解決了與既有線路車輛的匹配問題。大幅減少了對底架邊梁前端強度的依賴，有利于實現流線型造型。

根據本發明的實施例，還可以對本發明作進一步的優化，以下為優化后形成的技術方案：

優選地，所述防爬器安裝結構的前端用于安裝防爬器，該防爬器安裝結構的后端與牽引梁翼板固定相連；優選所述牽引梁翼板設置在司機室地板和客室地板的結合處；優選所述防爬器包括安裝法蘭，吸能元件，吸能元件安裝盒和防爬元件；更優選所述防爬器為抽屜型鋁蜂窩式防爬器。

優選地，所述防爬器安裝結構包括防爬器安裝板、防爬器撐板和防爬器連接座；所述防爬器安裝板和防爬器連接座的兩端分別固定在相應側的底架邊梁及車鉤安裝座上，所述防爬器撐板固定連接在所述牽引梁翼板與防爬器連接座之間；優選所述防爬器撐板和防爬器連接座上開有工藝孔；優選所述防爬器安裝板上開設有開口向上的U型孔，所述防爬器撐板為U型結構，所述防爬器撐板和司機室地板之間形成腔體內設有所述吸能元件安裝盒，該吸能元件安裝盒內裝有吸能元件；更優選所述吸能元件為壓潰吸能元件，更優選為鋁蜂窩或鋁泡沫。

優選地，所述防爬器撐板與司機室地板圍成的箱體結構，該箱體結構替代所述吸能元件安裝盒用于安裝獨立的吸能元件。

優選地，所述防爬器通過位于兩側的安裝法蘭固定在防爬器安裝板上；優選所述防爬器上下方向均沒有凸起的法蘭邊，防爬元件和吸能元件分別位于安裝法蘭的前后方，所述吸能元件安裝盒與安裝法蘭緊固相連。

優選地，所述吸能元件安裝盒的兩側設置有防爬器撐板，在牽引梁翼板后方對齊設置有過渡板。

優選地，所述司機室地板下方設有立柱角撐，該立柱角撐分別與司機室中間立柱和防爬器連接座對齊連接；優選所述車體主結構、司機室骨架、立柱角撐和防爬器安裝結構為一體化成型結構；更優選為所述車體主結構、司機室骨架、立柱角撐和防爬器安裝結構之間焊接形成一體化結構。

優選地，所述防爬器安裝板一端與立柱角撐的后邊緣對齊設置，該防爬器安裝板的另一端與底架邊梁相連，該底架邊梁最前端x點與防爬器安裝板的距離d1至少為30mm；優選所述底架邊梁前端外側加工出圓弧缺口，并在圓弧缺口處設置有同樣圓弧半徑的邊梁封板；更優選地，所述圓弧缺口的圓弧起始點y在防爬器連接座區域內調節。

優選地，所述司機室地板最前端與防爬器安裝板的距離d2不超過230mm。

優選地，所述防爬器的上邊緣和司機室地板之間具有間隙，優選所述間隙h為5mm以上。

優選地，所述防爬器連接座整體呈L型，該防爬器連接座在支撐前方的防爬器安裝板的同時與上方的司機室地板固定相連形成橫向的箱型結構，防爬器撐板連接牽引梁翼板與防爬器安裝板，并與司機室地板形成縱向的箱型結構；在防爬器安裝板的后方，橫向的箱型結構橫跨縱向的箱型結構，從而形成所述T型雙層箱型結構；優選防爬器安裝板的厚度在20mm以上。

所述車體主結構主要包括客室區域的頂蓋、側墻、底架和端墻，所述底架從客室區域延伸至司機室區域，并在司機室區域設置有車鉤安裝座、司機室地板、司機室前地板、底架邊梁、過渡板、牽引梁翼板、客室地板和邊梁封板；其中車鉤安裝座位于車體前端的中心，車鉤安裝座上方覆蓋有司機室地板、司機室前地板及客室地板，車鉤安裝座的兩側通過牽引梁翼板連接到底架邊梁上。

優選地，所述司機室骨架固定在車體主結構的司機室區域的底架上方；所述司機室骨架包括司機室中間立柱、司機室前門立柱、整體上門角和司機室門上橫梁；所述司機室中間立柱的下方設置有立柱角撐，且司機室中間立柱的下端與立柱角撐對齊，該司機室中間立柱的上方與車體主結構連接；所述司機室前門立柱、整體上門角和司機室門上橫梁構成了司機室車門的門框骨架結構；所述司機室車門的下端與底架邊梁連接，該司機室車門的上端與車體主結構連接；優選在司機室車門的上端與車體主結構的兩個呈直角型的連接處設置有圓弧半徑與整體上門角接近中空門角。

優選地，所述車體主結構前端的底架邊梁和司機室地板上方固定有頭罩，該頭罩分別與司機室前門立柱、整體上門角及司機室門上橫梁固定連接。

優選地，所述車體主結構前端的底架邊梁和司機室地板上方固定有導流罩，該導流罩上部的輪廓線與所述頭罩下部的輪廓線一致；優選邊梁封板的圓弧半徑設置與頭罩下部輪廓線一致。

優選地，所述司機室骨架還包括從整體上門角的基材延伸出的門框擋板；優選所述整體上門角內側設有凹形腔；更優選所述整體上門角的兩端的直線段設有連接接頭，該連接接頭的外輪廓形狀及板厚尺寸分別與司機室前門立柱、司機室門上橫梁的斷面一致。

藉由上述結構，本發明的主要內容包括；

1、防爬器安裝結構設置為T型雙層箱型結構，兩側分別與底架邊梁及車鉤安裝座相連，上方覆蓋有司機室地板，后方與牽引梁翼板相連并對應設置了過渡板，具有良好的抵抗縱向和垂向力的強度；

2、防爬器安裝板開有大型的U型孔，用來安裝貫穿式的防爬器裝置，特別適合吸能元件設置在安裝板后方的防爬器，例如抽屜型鋁蜂窩式防爬器；

3、利用防爬器安裝結構本身具有的強度，縮短了底架邊梁前端長度，設置了圓弧封板結構，有利于頭罩及導流罩大圓弧造型的設計；

4、將司機室上門角優化為整體門角結構，降低頭罩上部圓弧切點位置，使造型更具流線型；整體門角結構自帶圓弧造型，焊縫避開高應力區域，且帶有內腔結構用于車門門驅機構及毛刷的安裝。

5、本發明利用防爬器安裝結構對底架邊梁強度依賴程度的降低，減弱前端的底架邊梁并將圓弧造型的拐點后移，同時將司機室上門角設計為自帶圓弧造型的整體門角結構將上部圓弧切點位置降低，大幅提高了頭罩曲面造型的設計靈活性。此外，通過地板下方的立柱角撐結構將防爬器安裝結構、司機室骨架結構和車體主結構連接起來構成了整體承載結構，車體強度滿足EN12663標準及EN15227標準要求。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明的防爬器安裝結構顯著提高了防爬器高度方向的調節范圍，解決了與既有線路的防爬器匹配兼容問題，其T型雙層箱型結構具有很好的縱向和垂向強度及剛度，單個防爬器安裝區域能滿足600kN的縱向壓縮力和13t的垂向重量；大幅減少了對底架邊梁前端強度的依賴，非常利于頭罩圓弧造型設計；該發明車體產品強度性能良好，結構簡單，工藝性好，通用性強；使用該發明的車輛外觀美觀、可塑性強，特別適合變化多樣且具有現代感造型的軌道車輛。

本發明的軌道車體的車體強度能滿足EN12663標準及EN15227標準要求。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的結構原理圖；

圖2為本發明所述車體結構正視圖；

圖3為本發明圖2中的A-A剖視圖；

圖4為本發明圖3中的B-B剖視圖；

圖5為本發明圖3中的C-C剖視圖；

圖6為本發明司機室上門角示意圖；

圖7為本發明頭罩導流罩安裝示意圖；

圖8是本發明另一種實施例的局部示意圖。

在圖中

1-車體主結構；11-車鉤安裝座；12-司機室地板；13-司機室前地板；14-底架邊梁；14a-圓弧缺口；15-過渡板；16-牽引梁翼板；17-客室地板；18-邊梁封板；2-司機室骨架；21-司機室中間立柱；22-司機室前門立柱；23-整體上門角；23a-門角外圓弧；23b-門框擋板；23c-門角內圓弧；23d-凹形腔（；23e-連接接頭；24-司機室門上橫梁；3-立柱角撐；4-防爬器安裝結構；41-防爬器安裝板；41a-U型孔；42-防爬器撐板；43-防爬器連接座；5-中空門角；6-防爬器；61-安裝法蘭；62-吸能元件；63-吸能元件安裝盒；64-防爬元件；7-頭罩；8-導流罩。

具體實施方式

以下將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現“上”、“下”、“左”、“右”字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，并不對結構起限定作用。

一種軌道車輛頭車，如圖1所示，主要由車體主結構1、司機室骨架2、立柱角撐3和防爬器安裝結構4通過焊接方式連為一體。車體主結構1主要包括客室區域的頂蓋、側墻、底架、端墻等基本構件，本發明的底架延伸至司機室區域，并在該區域設置了車鉤安裝座11，司機室地板12，司機室前地板13，底架邊梁14，過渡板15，牽引梁翼板16，客室地板17、邊梁封板18等結構，其中車鉤安裝座11位于車體前端的中心，上方覆蓋了司機室地板12、司機室前地板13及客室地板17，兩側有牽引梁翼板16連接到底架邊梁14，并在連接處設置了過渡板15加強牽引梁翼板16的縱向抗壓強度，底架邊梁14的前端外側加工出圓弧造型，其缺口四周與邊梁封板18焊接密封。

司機室骨架2焊接在車體主結構1司機室區域的底架上方，在司機室中間立柱21的下方設置了立柱角撐3，與車鉤安裝座11連接為一體，在垂向方向具有很好的強度。防爬器安裝結構4位于車體前端兩側，由防爬器安裝板41、防爬器撐板42和防爬器連接座43構成，其中防爬器安裝板41和防爬器連接座43分別與車鉤安裝座11和底架邊梁14相連，防爬器撐板42直抵后方的牽引梁翼板16。在爬器安裝板41與司機室地板12連接處設有大型的U型孔，用來安裝貫穿式的防爬器，防爬器的高度可無限接近地板面。防爬器撐板42和防爬器連接座43上開有工藝孔，提供防爬器安裝所需空間。

圖2是車體結構正視圖。司機室骨架2主要由司機室中間立柱21，司機室前門立柱22，整體上門角23，司機室門上橫梁24等構成。司機室中間立柱21下方與立柱角撐3對齊，上方與車體主結構1連接；機室前門立柱22、整體上門角23，司機室門上橫梁24構成了司機室車門的門框骨架結構，下方與底架邊梁14連接，上方與車體主結構1連接，并在兩個呈直角型的連接處設置了圓弧半徑與整體上門角23接近中空門角5，有效減緩門角處的應力集中程度，同時外觀看起來更協調。防爬器6

圖3為圖2中的A-A剖視圖。防爬器安裝結構4可用來安裝防爬器6，防爬器6包括安裝法蘭61，吸能元件62，吸能元件安裝盒63和防爬元件64。其中安裝法蘭61位于防爬器6的兩側，依靠螺栓固定在防爬器安裝結構4的防爬器安裝板41上，防爬器6上下方向沒有凸起的法蘭邊，高度上可以無限接近司機室地板12。防爬元件64和吸能元件62分別位于安裝法蘭61的前后方，可避免防爬器6前端與安裝法蘭61距離過長，在防爬器安裝板41平面微小的不平整或者在不同載荷下車體撓度變化情況下，引起防爬器6前端明顯的上翹或者下垂。吸能元件62放置在吸能元件安裝盒63內，吸能元件安裝盒63與安裝法蘭61緊固相連，在受到吸能元件62動作產生的壓縮力時保持相對固定，當防爬元件64受到撞擊力時，將直接壓縮吸能元件62而穩定吸收能量，緩解突然的撞擊力。

在吸能元件安裝盒63兩側，設置了防爬器撐板42抵抗縱向的撞擊力，在牽引梁翼板16后方，對齊設置了過渡板15，以提供更好的縱向強度。防爬器安裝板41的一側與車鉤安裝座11焊接，并對齊立柱角撐3的后邊緣，在橫向方向具有良好的強度。防爬器安裝板41的另一側與底架邊梁14相連，底架邊梁14最前端x點與防爬器安裝板41的距離d1最小為30mm，可為圓弧造型提供了足夠的空間，底架邊梁14前端外側加工出圓弧缺口14a，并在缺口處焊接了具有同樣圓弧半徑邊梁封板18進行密封并保持一定的強度，圓弧缺口14a的圓弧起始點y可在防爬器連接座43區域內調節。

為提高防爬器安裝板41與安裝法蘭61接觸面的平面度，覆蓋在防爬器安裝結構4上方的司機室地板12最前端與防爬器安裝板的距離d2宜在230mm以內，以便進行焊接后的整體銑切加工，加工完后再焊接司機室前地板13，可保持整體的圓弧造型。

圖4為圖3中的B-B剖視圖。防爬器6上邊緣和司機室地板12的間隙h可接近于0，考慮到安裝維護性，可保留5mm以上的間隙為宜。防爬器連接座43呈L型，支撐前方的防爬器安裝板41同時與上方的防爬器撐板42焊接形成T字形雙層的箱型結構，在縱向和橫向方向上都具有很好的剛度和強度，可傳遞巨大的縱向力和垂向力。牽引梁翼板16的前后方分別為司機室地板12和中空型材的客室地板17，過渡板15焊接在牽引梁翼板16和客室地板17之間，可將前方司機室地板12以及防爬器撐板42的縱向力部分過渡到中空型材的客室地板17上，避免剛度突變引起的結構失穩，同時給前方結構提供有力支撐。

此外，選用的扁平形防爬器可取消了連接座上下方向的法蘭邊，進一步拉近和防爬器和車體地板面的距離，提高防爬器與既有線路車輛的匹配程度。

圖5為圖3中的C-C剖視圖。防爬器安裝板41及防爬器連接座43兩側分別與車鉤安裝座11和底架邊梁14相連，防爬器連接座43腔內有U型的防爬器撐板42，防爬器撐板42和司機室地板12的方向腔內，塞進了裝有吸能元件62的吸能元件安裝盒63，吸能元件62可為鋁蜂窩、鋁泡沫等可壓潰吸能的結構。立柱角撐3位于司機室地板12下方，分別與司機室中間立柱21及防爬器連接座43對齊連接，在車頭前端構成了整體的承載結構。

圖6是司機室上門角示意圖。整體上門角23是通過鍛壓成型，或者是對擠壓型材進行機加工掏空而成，保證內部各處都有足夠的強度。位于整體上門角23外側的門角外圓弧23a的半徑尺寸可根據頭罩造型調整；門框擋板23b用于司機室門的止擋，直接從整體上門角23的基材延伸出；門角內圓弧23c與中空門角5的半徑相似，同樣直接由整體上門角23的基材加工而成；整體上門角23內側設有凹形腔23d，用于提供司機室門驅機構的安裝空間，同時提供毛刷的安裝面，并利用凹形腔的下壁遮擋毛刷的根部結構，外觀性良好；在整體上門角23的兩端的直線段設有連接接頭23e，接頭處的外輪廓形狀及板厚尺寸分別與司機室前門立柱22、司機室門上橫梁24的斷面一致，焊接工藝性好。整體上門角23剛度突變處均由基材加工而成，與焊縫接頭保持適當距離，避免門角高應力區域出現焊縫，降低其的許用強度。

圖7是頭罩導流罩安裝示意圖。頭罩7固定在車體主結構1前端的底架邊梁14及司機室地板12上方，并與司機室前門立柱22、整體上門角23及司機室門上橫梁24連接。導流罩8位于底架邊梁14及司機室地板12的下方，在底架邊梁14x點的平面處對接固定。導流罩8上方的輪廓線與頭罩7下方的輪廓線一致，通過x點，y點后移，并將邊梁封板18的圓弧半徑設置與頭罩下方輪廓線一致，實現車頭兩側的大圓弧曲線R1造型，同時通過整體上門角23的門角外圓弧23a設置，可降低頭罩上部的圓弧切點z點高度，實現造型曲線R2的平滑過渡，更具流線型。

對于本發明防爬器6的構造，還可以和防爬器安裝結構4部分融合，可得到防爬器動作更大行程以吸收更多的能量，結構更加簡單。具體方案如圖8所示，將防爬器安裝結構4中防爬器撐板42與司機室地板12圍成的箱體結構，直接替代吸能元件安裝盒63，用來安裝獨立的吸能元件62，在防爬器撐板42后方的牽引梁翼板16和客室地板17之間仍然設置過渡板15連接。

上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發明，而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的范圍。