一种轨道车辆及其车体底架结构的制作方法

本发明涉及一种轨道车辆及其车体底架结构，属于轨道交通车辆车体结构技术领域，特别涉及一种能够适用于铰接式转向架安装的高强度轨道车辆及其车体底架结构。

背景技术：

铰接式轻轨车辆或铰接式动车组两节相邻车体通过一个共用铰接式转向架相连，减少了列车转向架和中间车钩的数量，降低了车辆制造成本和后期维护成本，且具有重量轻、振动小、噪声低、良好的曲线通过能力等优点，受到国外用户，特别是欧洲用户的青睐。

一般列车两个头车设置动力转向架，车辆间设置不带动力的铰接式转向架。铰接式转向架与车体连接主要有两种方案：

方案1：铰接式转向架通过2个空气弹簧连接2个车体，相邻的两节车体端头需要设计专门的铰接装置，由于铰接装置需要承载各个方向的动态载荷，一般采用高强钢，铰接装置与车体采用铆接或螺栓连接，导致车体端头结构复杂且重量重，如铰接装置采用碳纤维等轻量化复合材料，成本会增加较多。

方案2：铰接式转向架通过4个空气弹簧连接2个车体，不需设计专门的铰接装置，车体结构相对简单。

中国发明专利cn107187458b涉及一种铰接式铝合金动车组车体底架端部结构，但该底架结构仅适用于非动力铰接式转向架。动力铰接式转向架由于装有牵引电机和齿轮箱，在空气弹簧泄气或损坏的情况下牵引电机和齿轮箱会与车体牵引梁发生干涉，造成车体损伤或车辆脱轨的严重后果。如采取简单的挖缺方案虽然可以解决转向架干涉问题，但无法满足车体强度设计要求。与非动力铰接式转向架相比，动力铰接式转向架传递给车体的牵引力和制动力更大，对车体相应安装结构的强度和疲劳性能提出了更高的要求。

随着社会的发展，时间对人们越来越重要，列车提速运营势在必行，为满足列车高速运营的要求，通过在车辆间采用动力转向架增加牵引能力是行业常用的解决方案（虽然通过增大单个电机的功率，可提高牵引能力，但提高的能力十分有限），因此急需重新开发一种满足动力铰接式转向架安装的高强度车体底架结构。

综上所述，底架结构位于转向架上方，由于车辆地板面高度是一定的，即底架上平面高度是一定的，因此底架结构设计空间大小取决于转向架高度，转向架高度主要由轮对、空气弹簧、牵引电机和齿轮箱决定，由于动力铰接式转向架装有牵引电机和齿轮箱，而牵引电机和齿轮箱类似标准产品，尺寸较大且没法减小，设备上部侵入了原底架结构设计空间，导致底架结构设计空间减小，特别不利于直接承载部件铰接牵引装置安装座的设计。另外动力铰接式转向架传递给铰接牵引装置安装座的牵引力和制动力更大，要求底架结构能承受更大的载荷。因此在设计空间减小的前提下设计出承载性能更高且满足动力铰接式转向架安装的底架结构，是一个亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种轨道车辆及其车体底架结构，该底架结构可以解决动力铰接式转向架与车体的安装、干涉及承载要求更高的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道车辆车体底架结构，其结构特点是，包括底架边梁、端部结构、短地板、长地板组装和过渡筋板；所述端部结构与所述底架边梁连接形成整体框架承载结构，所述短地板和长地板组装设置在所述整体框架承载结构内而形成底架结构；

所述端部结构主要由铰接牵引装置安装座、枕梁、封板、牵引梁、横梁和盖板组成；所述铰接牵引装置安装座、枕梁、牵引梁和横梁一起形成一个卧倒的工字形结构；

所述铰接牵引装置安装座在横向方向通过枕梁与底架边梁相连，在纵向方向依次通过牵引梁、盖板、横梁与长地板组装相连；所述长地板组装的两端分别连接相应的底架边梁。

由此，本发明取消了以往项目在底架边梁表面通过焊接过渡安装座与转向架连接，消除了焊缝疲劳破坏的隐患，大大提高了车辆运营的安全性和可靠性，进而可以满足承载要求更高的要求。同时，上述底架在实际使用过程中，解决了动力铰接式转向架与车体干涉的问题，转向架产生的牵引、制动力通过铰接牵引装置传递给铰接牵引装置安装座，横向通过枕梁传递给底架边梁，纵向通过牵引梁和盖板传递给横梁，通过横梁纵向传递给长地板组装，横向传递给底架边梁，传力路径顺畅，且大部分通过刚度较大的底架边梁传递，缓解了由横梁传递给长地板组装的力，降低了长地板连接焊缝处的应力集中，有利于长地板轻量化设计。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

在其中一个优选的实施例中，所述牵引梁一端与横梁连接且位于横梁的中间，另一端与铰接牵引装置安装座相连；所述枕梁连接铰接牵引装置安装座和底架边梁；

优选所述盖板中间开u形口；所述盖板两侧设弧形边；优选所述盖板端头宽度与横梁的凹型缺口深度一致；更优选所述盖板的正面呈π形结构。

在其中一个优选的实施例中，所述底架边梁的上表面不低于所述枕梁的上表面；优选所述底架边梁的上表面比枕梁高，该底架边梁内部设横筋，横筋的上表面与枕梁上表面等高；优选在底架边梁下表面设第一螺栓孔和止挡孔；所述横筋与底架边梁下表面形成矩形腔，转向架的抗侧滚装置和抗蛇形装置通过螺栓和所述矩形腔内的螺纹块与底架边梁连接在一起。

在其中一个优选的实施例中，所述铰接牵引装置安装座主体结构包括主要由第一下腹板、上腹板和多块立板组成的侧卧的目字形结构，以及位于两侧并且主要由安装板、侧立板、第二下腹板、中腹板和上腹板组成的曰字形结构构成，该目字形结构和曰字形结构一起形成多腔箱体结构；优选所述安装板伸出第一下腹板，在安装板背面设支撑筋板，该支撑筋板与立板一一对齐，并通过加工第一下腹板在支撑筋板间形成工艺孔；优选安装板上开设有弧形；优选所述中腹板与上腹板之间的距离同短地板的厚度，且该距离与枕梁的内部筋板等高；所述安装板、侧立板、第二下腹板和上腹板与枕梁对齐，在第二下腹板端头处开设有矩形缺，该矩形缺上设有封板。

由此，本发明形成一个各个方向承载性能优异的多腔箱体结构，在有限的空间里实现了安装结构，又满足了强度和疲劳性能的要求。

为了减少力从铰接牵引装置安装座向短地板的传递，在其中一个优选的实施例中，与牵引梁相连的所述上腹板为变截面腹板。

在其中一个优选的实施例中，所述牵引梁主要由上板、竖板、横筋板和下板组成的目字形结构和位于两侧的过渡型材组成；靠近下板的横筋板与过渡型材平齐，并与短地板等高；优选所述短地板采用双层型腔结构；优选过渡型材的端头设用于与短地板连接的连接接头；优选所述上板中间位置加工出u形口，大小与盖板的u形口相同，通过将部分上板和部分竖板加工成弧形缺。

在其中一个优选的实施例中，所述横梁主要由多个型腔构成的矩形梁、过渡型腔和翼板组成；所述长地板组装主要由长地板和地板连接板组成，其中地板连接板采用卧倒的h形型材；所述横梁一侧设有与短地板相连的短地板连接接头，该横梁另一侧设多个过渡型腔。

在其中一个优选的实施例中，所述短地板连接接头和翼板中间部分加工出凹型缺口，用于与牵引梁和盖板连接；优选所述过渡型腔上部设搭接台，下部设搭接筋板；所述长地板通过地板连接板安装在横梁的搭接台和搭接筋板上。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种轨道车辆，其包括1个铰接式的转向架与2个所述的轨道车辆车体底架结构；所述转向架通过铰接牵引装置与铰接牵引装置安装座相连，该铰接牵引装置安装座在横向方向通过枕梁与底架边梁相连，在纵向方向依次通过牵引梁、盖板、横梁与长地板组装相连，该长地板组装的两端分别连接相应的底架边梁。

由此，本发明的转向架产生的牵引、制动力通过铰接牵引装置传递给铰接牵引装置安装座，横向通过枕梁传递给底架边梁，纵向通过牵引梁和盖板传递给横梁，通过横梁纵向传递给长地板组装，横向传递给底架边梁，传力路径顺畅，且大部分通过刚度较大的底架边梁传递，缓解了由横梁传递给长地板组装的力，降低了长地板连接焊缝处的应力集中，有利于长地板轻量化设计。

在其中一个优选的实施例中，所述底架边梁分别与抗蛇形装置和抗侧滚装置相连；所述枕梁与空气弹簧相连；所述铰接牵引装置安装座与铰接牵引装置相连。

以下对本发明的技术方案做进一步详细的介绍：

本发明的轨道车辆车体底架结构的端部结构通过枕梁和横梁与底架边梁连接形成整体框架承载结构，然后在框架内落入短地板和长地板组装形成底架结构。在底架边梁下表面设螺栓孔和止挡孔，通过螺纹块和螺栓与转向架的抗侧滚装置和抗蛇形装置直接连接，取消了以往项目在底架边梁表面通过焊接过渡安装座与转向架连接，消除了焊缝疲劳破坏的隐患，大大提高了车辆运营的安全性和可靠性。

本发明的端部结构主要由铰接牵引装置安装座、枕梁、封板、牵引梁、横梁和盖板组成。铰接牵引装置安装座、枕梁、牵引梁和横梁形成一个卧倒的工字形结构，工字形结构重量轻，强度高、刚度好、抗扭、抗剪能力强。牵引梁一端与横梁连接且位于横梁的中间，另一端与铰接牵引装置安装座相连。枕梁连接铰接牵引装置安装座和底架边梁。

本发明的铰接牵引装置安装座主体结构由第一下腹板、上腹板和立板组成的侧卧的目字形结构和两侧由安装板、侧立板、第二下腹板、中腹板和上腹板组成的曰字形结构构成，形成一个各个方向承载性能优异的多腔箱体结构，在有限的空间里实现了安装结构，又满足了强度和疲劳性能的要求。通过将牵引梁部分上板和竖板加工成弧形缺，在缺口处焊接盖板，形成箱体结构，既保证了牵引梁结构强度又解决了与转向架上的牵引电机、齿轮箱的干涉问题。

本发明的横梁主要由多个型腔组成矩形梁、过渡型腔和翼板组成。过渡型腔上下板逐渐减薄，缓解通过横梁传递到长地板组装的力，提高了长地板连接焊缝的安全裕量。长地板组装主要由长地板和地板连接板组成，其中地板连接板采用卧倒的h形型材，与横梁采用搭接方式连接，方便现场调节和装配，提高了生产效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的轨道车辆及其车体底架结构，可适用于非动力铰接式转向架和动力铰接式转向架，可根据列车编组长短，载客量和运营速度等要求灵活配置动力铰接式转向架数量，快速响应不同用户的需求，缩短设计开发周期，提高了车辆的市场竞争力。

本发明的轨道车辆及其车体底架结构，结构简单，重量轻，强度高，模块化程度高，便于批量化生产，具有良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1：本发明一个实施例的底架结构示意图；

图2：端部结构示意图；

图3：铰接牵引装置安装座图；

图4：牵引梁结构示意图；

图5：横梁与长地板组装连接示意图；

图6：底架结构受力和传力方向示意图；

图7：本发明一个实施例的轨道车辆底架结构与转向架连接示意图。

在图中

1-底架边梁，1a-横筋，1b-矩形腔，1c-第一螺栓孔，1d-止挡孔，2-端部结构，21-铰接牵引装置安装座，21a-安装板，21b-第二螺栓孔，21c-支撑筋板，21d-工艺孔，21e-第一下腹板，21f-第二下腹板，21g-立板，21h-变截面腹板，21i-侧立板，21j-上腹板，21k-中腹板，21m-矩形缺，21n-弧形，22-枕梁，23-封板，24-牵引梁，24a-上板，24b-弧形缺，24c-横筋板，24d-竖板，24e-下板，24f-过渡型材，24g-连接接头，25-横梁，25a-凹型缺口，25b-短地板连接接头，25c-翼板，25d-搭接台，25e-过渡型腔，25f-搭接筋板，26-盖板，26a-u形口，26b-弧形边，3-短地板，4-长地板组装，41-地板连接板，42-长地板，5-过渡筋板，5a-圆弧，6-转向架，61-抗蛇形装置，62-抗侧滚装置，63-空气弹簧，64-铰接牵引装置。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1-图2所示，本实施例的轨道车辆底架结构主要由底架边梁1、端部结构2、短地板3、长地板组装4和过渡筋板5组成。端部结构2通过枕梁22和横梁25与底架边梁1连接形成整体框架承载结构，然后将短地板3和长地板组装4装入框架，通过焊接形成底架结构。底架边梁1的高度可根据限界和强度要求进行设计，与枕梁22等高或比枕梁22高都可。当底架边梁1比枕梁22高时，底架边梁1内部设横筋1a，位置与枕梁22表面等高。在底架边梁1下表面设第一螺栓孔1c和止挡孔1d，止挡孔1d在螺栓松动的情况下起限位和承载作用，横筋1a与底架边梁下表面形成2个矩形腔1b，将螺纹块滑入矩形腔1b，通过螺纹块和螺栓将转向架6的抗侧滚装置62和抗蛇形装置61与底架边梁1连接在一起，取消了以往项目在底架边梁1下表面通过焊接过渡安装座与转向架6连接，此连接方式将焊缝承载转变成母材承载（焊缝许用应力远小于母材许用应力），消除了焊缝疲劳破坏的隐患，大大提高了车辆运营的安全性和可靠性。为降低横梁25与底架边梁1连接处的应力集中，在横梁25与底架边梁1的4个直角连接处增加过渡筋板5，其圆弧5a大小形状根据有限元仿真分析结果确定。

如图2所示，端部结构2主要由铰接牵引装置安装座21、枕梁22、封板23、牵引梁24、横梁25和盖板26组成。铰接牵引装置安装座21、枕梁22、牵引梁24和横梁25形成一个卧倒的工字形结构，工字形结构重量轻，强度高、刚度好、抗扭、抗剪能力强。牵引梁24一端与横梁25连接且位于横梁25的中间，另一端与铰接牵引装置安装座21相连。枕梁22连接铰接牵引装置安装座21和底架边梁1。盖板26中间开u形口26a，用于减重和焊接操作空间，两侧设弧形边26b，缓解盖板26与横梁25连接处的应力集中。盖板26端头宽度与横梁25的凹型缺口25a深度一致，焊接后成一直线，避免由于结构刚度突变造成局部应力集中。盖板26正面如π形结构，重量轻、传力好，盖板26侧面弧度与牵引梁24的弧形缺24b一致。

图3为铰接牵引装置安装座图。铰接牵引装置安装座21可由多个结构焊接而成或由一个整体锻件加工而成，优选锻件，因为锻件强度高，塑性好，焊缝少，承载能力强。铰接牵引装置安装座21主体结构由第一下腹板21e、上腹板21j和4个立板21g组成的侧卧的目字形结构和两侧由安装板21a、侧立板21i、第二下腹板21f、中腹板21k和上腹板21j组成的曰字形结构构成，形成一个各个方向承载性能优异的多腔箱体结构。安装板21a伸出第一下腹板21e，其上设第二螺栓孔21b。在安装板21a背面设支撑筋板21c，通过圆弧逐渐过渡连接至第一下腹板21e，支撑筋板21c与立板21g一一对齐，通过加工第一下腹板21e在支撑筋板21c间形成工艺孔21d，用于螺栓安装操作空间。第二下腹板21f可根据转向架空气弹簧高度设计为与第一下腹板21e不等高或等高，同时将安装板21a加工出弧形21n，缓解安装板21a与第二下腹板21f连接处的应力集中。中腹板21k与上腹板21j之间的距离同短地板3的厚度，且与枕梁22内部筋板等高。安装板21a、侧立板21i、第二下腹板21f和上腹板21j与枕梁22对齐，在第二下腹板21f端头处加工出矩形缺21m，用于中腹板21k与枕梁22内部筋板施焊的操作空间，然后通过封板23将矩形缺21m封上。通过将与牵引梁24相连的上腹板21j加工成变截面腹板21h，从而减少力从铰接牵引装置安装座21向短地板3的传递。

图4为牵引梁结构示意图。牵引梁24主要由上板24a、竖板24d、横筋板24c和下板24e组成的目字形结构和两侧的过渡型材24f组成，其中靠近下板24e的横筋板24c与过渡型材24f平齐，与短地板3等高。短地板3采用双层型腔结构，有利于降低转向架传递到车内的轮轨噪音，提高车辆乘坐舒适性。过渡型材24f的端头设连接接头24g，用于与短地板3连接。上板24a中间加工出u形口，大小与盖板26的u形口26a相同，通过将部分上板24a和部分竖板24d加工成弧形缺24b，避免上板24a和部分竖板24d与转向架6上的牵引电机、齿轮箱发生干涉。

图5为横梁与长地板组装连接示意图。横梁25主要由多个型腔组成矩形梁、过渡型腔25e和翼板25c组成。横梁25一侧设有短地板连接接头25b，与短地板3相连，将短地板连接接头25b和翼板25c中间部分加工出凹型缺口25a，用于与牵引梁24和盖板26连接。横梁25另一侧设多个过渡型腔25e，过渡型腔上下板逐渐减薄，缓解通过横梁25传递到长地板组装4的力，提高了长地板连接焊缝的安全裕量。过渡型腔25e上部设搭接台25d，下部设搭接筋板25f。长地板组装4主要由长地板42和地板连接板41组成，其中地板连接板41采用卧倒的h形型材。长地板42通过地板连接板41落在横梁25的搭接台25d和搭接筋板25f，由于采用搭接连接形式，方便现场调节和装配，提高了生产效率。

图7为一种轨道车辆采用上述底架结构与转向架连接示意图。轨道车辆包括1个铰接式转向架和通过1个铰接式转向架相连的2个底架。其中，抗蛇形装置61和抗侧滚装置62与底架边梁1相连，空气弹簧63与枕梁22相连，铰接牵引装置64与铰接牵引装置安装座21相连。

结合图6所示，转向架6产生的牵引力、制动力通过铰接牵引装置64传递给铰接牵引装置安装座21，横向通过枕梁22传递给底架边梁1，纵向通过牵引梁24和盖板26传递给横梁25，再通过横梁25纵向传递给长地板组装4，横向传递给底架边梁1，由此可见底架结构传力路径顺畅，且大部分通过刚度较大的底架边梁1传递，减小了由横梁25传递给长地板组装4的力，降低了长地板连接焊缝的应力集中，有利于长地板42进行轻量化设计。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。