一种车顶边梁、车顶、轨道车辆及车顶制备方法与流程

本发明涉及一种车顶边梁、车顶及轨道车辆，轨道轨道车辆技术领域，尤其是车顶边梁技术领域。

背景技术：

地铁车辆用户数量多，对车辆技术个性化要求也多。目前仅客室空调送回风的种类就有端送端回、底送底回、端送底回三大类。在底送底回中又区分集中回风和分散回风两种。而a、b型车制冷制热量需求不同，北方和南方气候差异大，导致空调功率不一致，对空调自身的规格大小产生较大影响，进而导致车体的空调机组安装平台结构类型多样。对于车体来讲，车顶主要包括高低顶、通长低圆弧顶两种结构。

高低顶车体结构充分利用车辆限界空间，在空调机组分布部位车体适当下沉，设置高度较低的空调安装平台，在其余部位为高圆弧结构，整体结构刚度大，车辆顶部连续性好，外观美观；但目前高低顶断面的车体，空调安装平台基本是采用平顶结构，制造过程中容易产生焊接变形，车辆运营过程中容易积水，带来安全隐患。如专利文献1（申请号为cn201180067434）公开的车顶边梁型材带有高接头和平接头两种接头，其平接头水平地朝向车厢内侧，其平顶结构容易产生焊接变形，在运行过程中车辆振动释放焊接残余应力，会产生向下凹陷的风险，导致产生积水。另外，该专利文献1中的车顶边梁同时具有高接头和平接头，但实际使用时，车顶的任意一段仅仅利用高接头或平接头，这就没有充分的利用车顶边梁，并且导致车体的重量增加，浪费材料。

通长低圆弧顶车体的车顶一般为微圆弧状，方便排水，结构简单，制造成本低，加装设备方便，重量更轻，但车体刚度有所降低，空调机组大范围裸露在乘客的视野中，结构连续性较差、不够美观。目前普遍采取的措施是在车头部位通常要加装玻璃钢导流罩，以方便车头造型连续、流畅，并降低列车运行过程中的空气阻力。但对于空调布置在纵向中部的车辆（时速120公里车辆的空气阻力影响更大，因此通常需要设置导流罩来降低运行阻力）来说，司机室头罩距空调距离较长，甚至会达到5米以上，且导流罩还要考虑承受检修人员的重量，强度要求高，此时增设过长的导流罩将显著增加车辆重量，列车轴重控制变得异常困难。

技术实现要素：

为了使车顶具有高低顶，同时降低车顶边梁的重量，本发明提供一种车顶边梁。具体技术方案如下。

一种车顶边梁，其特征在于：包括车顶主边梁和辅助边梁；所述车顶主边梁为一体结构，其包括基体和连接部，所述基体的下端用于连接车体的侧墙，所述连接部用于连接第一车顶，所述基体在纵向上为通常结构；所述辅助边梁的下端与所述基体焊接固定，所述辅助边梁的上端用于连接第二车顶；在纵向方向上，部分所述基体对应设置有所述辅助边梁，部分所述基体对应设置有所述连接部，设置辅助边梁的部分没有所述连接部；所述第二车顶高于所述第一车顶。

进一步地，所述车顶主边梁和辅助边梁均为型材，车顶边梁的加工方式为：通过挤压得到具有通长结构的基体和连接部，然后将部分连接部通过机加工方式去除形成车顶主边梁，在去除连接部的位置焊接固定辅助边梁。

采用上述的技术方案，能够较为简便地实现车体的高低顶加工；简单来说，第一车顶（低车顶）连接在车顶主边梁的连接部上，纵向方向上的部分车顶主边梁没有连接部，该没有连接部的区段通过焊接固定连接辅助边梁，从而可以将第二车顶（高车顶）连接在辅助边梁上。需要说明的是：纵向方向（纵向）是指车体的长度方向，横向方向是车体的宽度方向；通常结构是基体在纵向上的长度不小于整个车体车顶在纵向上的长度。其中，在横截面中观察，机加工方式去除的部分就是连接部，剩余部分就是基体。

相比于现有技术，本申请的优势在于，用于连接不同车顶的车顶边梁通过不同的方式形成，不会闲置车顶边梁的接头，在实现高低顶的同时，最大限度地降低了车顶边梁的重量。而且一般情况下，高车顶的纵向长度是远小于低车顶的纵向长度的，即机加工去除的材料也是有限地。当车顶边梁应用于仅有第一车顶（低车顶）的中间车体时，不需要对车顶边梁进行机加工，也不需要设置辅助边梁；这就有利于将整列车辆的车顶边梁模块化、通用化。

进一步地，在纵向方向上，相比于所述连接部所述辅助边梁位于车体的前部。采用这种设置方式，客室空调机组可以设置车体的中部，位于第一车顶（低车顶）上，第二车顶（高车顶）位于车体的前部，可将客室空调机组的外轮廓设置为与第二车顶（高车顶）的外轮廓基本一致，保持车顶外表面光顺连续，采用高低顶提高了车体整体强度的同时，也可以取消现有技术中的玻璃钢导流罩，进一步地降低了车体的重量。

进一步地，所述连接部的内侧设置有c型材，所述辅助边梁的内侧也设置有c型材，沿着纵向方向观察，所述连接部的c型材和所述辅助边梁的c型材相互重合。第一车顶区段的客室车门安装接口与第二车底区段的客室车门安装接口完全一致，也就是车体的安装结构并不会因车顶的高低不同而存在差异。

进一步地，所述基体的具有雨檐，所述雨檐同时位于所述连接部和所述辅助边梁的外侧。雨檐是一个开口向上的凹槽结构，用于收集、引导车顶（第一车顶和第二车顶）上的雨水。通过雨檐的设置，解决现有技术中平车顶容易积水的问题。外侧是相对于车体的内外来限定的。

进一步地，所述基体的上部具有连接横筋，所述连接部具有内侧连接筋和外侧连接筋，所述内侧连接筋和外侧连接筋分别位于所述连接横筋的两侧；当所述连接部通过机加工方式去除后，所述连接横筋的两端具有焊接接头；所述辅助边梁与所述焊接接头焊接固定。

进一步地，所述辅助边梁具有呈三角形的内侧连接筋、内筋和连接横筋，且所述辅助边梁的连接横筋的两端还具有用于所述基体焊接连接的焊接接头；且沿着纵向方向观察，所述连接部的内侧连接筋和所述辅助边梁的内侧连接筋相互重合，所述连接部的外侧连接筋和所述辅助边梁的内筋相互重合。这样设置，有利于提升辅助边梁与连接部在车体纵向上的连续性，提高车体的整体强度。

基于同一发明构思，本发明还涉及一种车顶，其包括上述的车顶边梁，且第一车顶为低圆弧顶，第二车顶为高圆弧顶。

进一步地，第一车顶和第二车顶之间采用隔墙进行连接，隔墙的上端设置f型接头，下端设置l型接头；所述f型接头同时与第二车顶的上表面和下表面相连，所述l型接头与所述第一车顶的下表面相连。这样设置，允许车顶在制造时在垂向方向保持一定的调节量。

基于同一发明构思，本发明还涉及一种轨道车辆，其包括上述的车顶边梁，所述车顶主边梁的基体的下端与门立柱的上端连接，所述基体的一部分通过机加工去除形成弧形门角。

进一步地，所述基体的下端具有内侧立筋和外侧立筋，在所述弧形门角处，所述内侧立筋的半径r1比外侧立筋的半径r2小。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果。

1）可只在头车前端具设有高圆弧顶，具有通长顶结构简单的优势，排水便捷，有效避免车顶积水，同时具有高低顶气动阻力小、外观连续等特点。

2）低圆弧顶和高圆弧顶可设为单独的模块，方便安装。空调机组分布在中间适用于时速120km及以上地铁车辆，对于时速80km的车辆空调可分布在1/4、3/4处或者车辆两端，此时可取消高圆弧顶结构，包括头车、中间车可全部采用低圆弧顶。不需要对侧墙、底架等部件做相应更改，也不影响车门等设备安装，车顶边梁的模块化程度高、通用性强。

3）相对于车顶增设玻璃钢导流罩，设置高弧顶可取消相应部位的低圆弧顶，重量更轻，使用寿命更长，性能更可靠。

4）车顶主边梁基体通长不打断，强度连续性好。

5）仅在局部的高圆弧顶部分加工掉车顶主边梁的连接部，加工量非常少，成本低，经济实惠。

附图说明

图1是本发明的头车车体结构示意图；

图2是中间车车体结构示意图；

图3是车体断面示意图；

图4是车顶主边梁第一断面示意图（具有连接部的区段）；

图5是车顶主边梁第二断面示意图（没有连接部的区段）；

图6是辅助边梁断面示意图；

图7是辅助边梁与车顶主边梁基体组焊示意图；

图8是辅助边梁与车顶主边梁接口示意图；

图9是车顶主边梁与低圆弧顶的连接示意图；

图10是低圆弧顶断面与高圆弧顶的连接示意图；

图11是客室上门洞结构的平面示意图；

图12是客室上门洞结构的立体示意图。

图中：车顶1，低车顶1a，高车顶1b，车顶主边梁11，连接部11a，基体11b，c型材111，内侧连接筋112，外侧连接筋113，连接横筋114，雨檐115，连接接头一116，立筋一116a，内侧立筋117,外侧立筋118，低圆弧顶12，连接接头二121，立筋二121a，高圆弧顶13，辅助边梁14，c型材二141，内侧连接筋二142，外侧连接筋二143，连接横筋144，斜筋145，连接接头三146，内筋147，隔墙15，f型接头15a，l型接头15b，连接板16，侧墙2,门立柱21,司机室骨架3,底架4,客室空调机组5，焊枪6，车门7；

焊接接头112w，113w，142w，143w；

焊缝w1，w2，w3，w4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

轨道车辆结构如图1（头车车体结构示意图）、图2（中间车车体结构示意图）所示：轨道车辆主要包括车顶1，侧墙2，司机室骨架3，底架4和客室空调机组5，其中，头车的车顶1包括低圆弧顶1a和高车顶1b，高车顶1b位于司机室骨架3与客室空调机组5之间，高车顶1b位于车体的前部，其余部位为低车顶1a，中间车不包含司机室骨架5，且车顶1全部为低车顶1a。

图3为车体断面示意图，低车顶1a由主要包括车顶主边梁11和低圆弧顶12（第一车顶的示例），高车顶1b主要包括车顶主边梁11、辅助边梁14和高圆弧顶13（第二车顶的示例），低车顶1a和高车顶1b的下方与侧墙2的连接方式一致，保证侧墙2、底架4的结构保持模块化不变。

客室空调机组5的外轮廓与高车顶1b外轮廓基本一致，保持车顶外表面光顺连续。

图4为车顶主边梁第一断面示意图（具有连接部的区段）。车顶主边梁11包括连接部11a和基体11b，在连接部11a和基体11b两部分内侧都设有c型材111，基体11b靠近连接部11a的部位设有连接横筋114，连接部11a位于连接横筋114上部，连接部11a的型腔内部设有内侧连接筋112，外侧设有外侧连接筋113，端顶部设有用于连接低圆弧顶12的连接接头一116。基体还具有位于外侧的雨檐115，用于加工成上门角的一片内侧立筋117、两片外侧立筋118及其他筋板；基体11b在纵向上为通常结构。雨檐115同时位于连接部11a和辅助边梁14的外侧.

图5为车顶主边梁第二断面示意图（没有连接部的区段）。具有通长结构包括连接部11a和基体11b的型材通过机加工铣掉部分连接部11a后，在横截面视图中剩下的部分就是基体11b，并在内侧连接筋112部位加工出焊接接头112w，在外侧设有外侧连接筋113加工出焊接接头113w，焊接接头112w和焊接接头113w分别位于连接横筋114的两端。焊接接头113w距离雨檐115顶端有一定距离。

图6为辅助边梁示意图。辅助边梁14包括c型材二141，位于下部的内侧连接筋二142，内筋147，外侧连接筋二143，连接横筋144，与c型材二141连接的斜筋145以及位于顶部的用于连接高圆弧顶13的连接接头三146，内侧连接筋二142、内筋147和连接横筋144呈三角形。在连接横筋144的内外两侧，外侧连接筋二143、连接横筋144的延伸部位分别设有焊接接头142w和焊接接头143w，焊接接头142w和焊接接头143w分别位于连接横筋114的两端。

车顶边梁包括车顶主边梁11和辅助边梁14；在纵向方向上，部分基体11b对应设置有辅助边梁14，部分基体11b对应设置有连接部11a，设置辅助边梁14的部分没有连接部11a。

图7为辅助边梁与车顶主边梁基体组焊示意图。辅助边梁14的焊接接头142w和焊接接头143w分别与车顶主边梁11下部基体11b的焊接接头112w和焊接接头113w对接相连，并利用焊枪6连接起来，在内外两侧分别形成焊缝w1和焊缝w2。且焊缝w1和焊缝w2内部在辅助边梁14有连接横筋144作支撑，在基体11b部分有连接横筋114作支撑，使焊缝w1和焊缝w2在施焊过程中能很好抵抗焊接热变形。

此外，通过调整焊缝w2和焊缝w1的坡口形状以及选择焊缝的分布位置，使c型材二141、雨檐115分别与焊枪6在施焊焊缝w2和焊缝w1时，有足够大的空间以保证能正常施焊。

图8是辅助边梁与车顶主边梁接口示意图。辅助边梁14与车顶主边梁11的基体11b组焊组焊后，其c型材二141与车顶主边梁11的连接部11a的c型材111在断面上重合（即沿着纵向方向观察，连接部的c型材和辅助边梁的c型材相互重合），保持高车顶1b的客室车门安装接口与低车顶1a区域一致。

辅助边梁14的内侧连接筋二142与连接部11a的内侧连接筋112在断面上重合，其内筋147与连接部11a的外侧连接筋113能在断面上重合，使辅助边梁14与连接部11a在两者相连的部位结构连续性，确保两者的连接强度。

图9是车顶主边梁与低圆弧顶连接结构。车顶主边梁11的连接部11a与低圆弧顶12中连接接头二121的连接部位设有立筋一116a和立筋二121a，把焊缝w3和焊缝w4根部分别对齐立筋一116a和立筋二121a，在施焊过程中能很好抵抗焊接热变形。

图10为低圆弧顶断面与高圆弧顶连接结构。低圆弧顶12和高圆弧顶13之间采用隔墙15进行连接，隔墙上端设置f型接头15a，下端设置l型接头15b。f型接头15a与高圆弧顶13的上下表面相连，使车顶1制造时在纵向方向保持一定调节量。连接板16和l型接头15b分别与低圆弧顶12的上下表面相连，连接板16与l型接头15b焊接固定，连接板16为活动结构，使车顶1在制造时在垂向方向保持一定的调节量。

图11、图12为客室上门洞结构示意图。车顶主边梁11的基体11b的下端与门立柱21的上端连接，基体11b的一部分通过机加工去除形成弧形门角。由于车顶主边梁11与门立柱21在门角部位是对齐设置，门立柱21内侧会把垂向力和横向力传递给车顶主边梁11的内侧立筋117，应力集中现象严重，因此在车顶主边梁11内侧立筋117加工出的半径r1比外侧立筋118加工出的半径r2略小，比如半径r1设置为50-70mm，r2设置为100mm。这样可以适当把内侧立筋117的应力转移到外侧立筋118，使门角区域的应力分布状态更加均匀化，提高车体薄弱部位的安全裕量。同时还可确保塞拉门的摆臂机构的运动空间，车顶主边梁11的基体11b是通长布置的，因此每个客室门角结构可以保持一致。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，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。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。