动车组车体底架结构

技术领域

本发明属于轨道车辆技术领域，具体涉及一种动车组车体底架结构。

背景技术

轨道车辆的车体强度级别均需满足行业标准要求，目前，对于时速较高的动车组而言，运行时加载到车体底架上的纵向压缩力可达2000kN，拉伸力可达1500kN，其中，纵向压缩载荷会直接作用于牵引梁上，然后再通过轨内纵梁逐级向底架中间传递，随着载荷的逐渐延伸传递，最终会在底架地板上分散均衡。

目前，轨道车辆底架结构的纵向梁通常都是采用上下翼面等宽的槽形碳钢，这种结构的底架，由于纵向梁翼面与底架地板之间的负载传递区域集中，因此与纵向梁对应连接区域的底架地板上所承受的纵向力偏大，在满足常规列车载荷的情况下，若在高速动车上采用同样的底架结构，不仅需要增加纵向梁向底架中间方向的延伸长度，还需要增加底架地板的板厚或提高底架地板的板材强度等级，从而会引起底架结构重量和材料成本的大幅增加。

发明内容

本发明实施例提供一种动车组车体底架结构，旨在解决当前动车组底架结构重量大、成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种动车组车体底架结构，包括架构总成和铺设于架构总成上的波纹底板，架构总成包括两个端梁、两个边梁、两组牵引梁、纵向间隔分布的多条横梁，以及两组轨内纵梁，两组轨内纵梁分别与两组牵引梁连接并朝向架构总成的中部延伸；每组轨内纵梁均包括两组槽形梁，两组槽形梁以架构总成的纵向中轴线为中心对称且间隔分布，槽形梁的一端与相应的牵引梁固定连接，另一端沿架构总成的纵向延伸并至少跨越三条横梁；其中，槽形梁具有与波纹底板贴合并固定连接的翼面，翼面的横向宽度自牵引梁朝向槽形梁的延伸端逐渐增大。

在一种可能的实现方式中，每组槽形梁包括多段沿架构总成的纵向对齐的梁体，各段梁体的两端分别与相邻两条横梁抵接并焊接固定。

一些实施例中，槽形梁的延伸端设有背靠背或面对面贴合固定的两条横梁，定义两条横梁为组合梁，组合梁背离架构总成中部的侧壁与槽形梁的延伸端焊接固定；其中，组合梁朝向架构总成中部的一侧设有加强波纹板，加强波纹板的一端与组合梁的侧壁焊接固定，另一端与其中一个横梁焊接固定，且加强波纹板至少跨越一条横梁；加强波纹板与波纹底板固定连接且两者的波纹槽对齐。

示例性的，加强波纹板包括多段，其中一段加强波纹板位于组合梁与靠近组合梁的横梁之间，其余加强波纹板朝向架构总成中部依次排列，并分别分布于相邻的两个横梁之间，且其余加强波纹板的两端分别与相应两条横梁的侧壁焊接固定。

举例说明，各段加强波纹板的横向宽度自组合梁向架构总成的中部逐渐增大，且与组合梁连接的加强波纹板的横向宽度大于两组槽形梁的最大横向宽度。

在一种可能的实现方式中，与加强波纹板朝向架构总成中部的一端固定连接的横梁为过渡梁，过渡梁朝向架构总成中部的一侧设有加强平板，加强平板的一端与过渡梁的侧壁焊接固定，另一端与相邻于过渡梁的横梁的侧壁焊接固定。

一些实施例中，加强平板的横向宽度大于加强波纹板的最大横向宽度。

示例性的，其中一个边梁上具有与车门位置对应的断口，且该边梁的断口部位通过门槛梁总成连接固定；其中，门槛梁总成包括内侧梁和脚蹬梁；其中，内侧梁与边梁朝向架构总成中部的侧壁贴合固定，且两端分别与边梁位于断口两侧的部位交错；脚蹬梁与边梁的底壁贴合固定，且两端分别与边梁位于断口两侧的部位交错；脚蹬梁和内侧梁位于断口之内的部位形成台阶结构。

举例说明，内侧梁朝向架构总成之外的一侧设有与断口对齐的凹槽，脚蹬梁朝向架构总成中部的侧壁与凹槽的槽底平齐，脚蹬梁朝向架构总成之外的侧壁与边梁背离内侧梁的侧壁平齐；其中，脚蹬梁位于断口两侧的部位与边梁的底壁和内侧梁的底壁一并焊接固定。

一些实施例中，内侧梁内间隔分布有多个加强筋板，边梁与内侧梁交错贴合的部位内也间隔分布有多个加强筋板。

本发明提供的动车组车体底架结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明动车组车体底架结构，采用对称分布的两组槽形梁作为轨内纵梁，由于槽形梁与波纹底板贴合固定的翼面宽度自牵引梁向架构总成的中部逐渐加宽，因此翼面与波纹底板之间的接触宽度逐渐增大，能够使牵引梁传递至槽形梁上的纵向负载通过翼边逐渐分散传递至波纹底板上，在此基础上，槽形梁最少只需跨越三条横梁即可使纵向负载完全分散传递至波纹底板上，由于纵向负载完全分散后的区域内不再借助于轨内纵梁承载纵向力，因此能够降低轨内纵梁的延伸长度，不仅能够降低底架重量，还能够减少槽形梁用料，从而节约成本，同时位于轨内纵梁上方区域的波纹底板与翼边之间逐渐增宽的接触面积，有利于槽形梁上的纵向负载呈发散状态通过翼边向波纹底板传递，从而避免该区域内的波纹底板上出现负载载荷集中，使波纹底板能够在不增加厚度或材料强度的情况下满足动车组底架的纵向力承载要求，从而能够进一步降低重量，避免因采用高强度材料而增加成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的动车组车体底架结构(靠近一端的局部)的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的动车组车体底架结构的局部仰视结构示意图；

图3为本发明实施例采用的轨内纵梁的连接结构示意图；

图4为本发明实施例提供的动车组车体底架结构在加强平板区域的断面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的动车组车体底架结构在加强波纹板区域的断面结构示意图；

图6为本发明实施例采用的加强波纹板(其中一段)的结构示意图；

图7为本发明实施例采用的门槛梁总成的结构示意图；

图8为本发明实施例采用的门槛梁总成的断面结构示意图；

图9为本发明实施例采用的内侧梁的结构示意图。

图中：10、波纹底板；20、端梁；30、边梁；300、断口；40、牵引梁；50、横梁；501、组合梁；502、过渡梁；60、轨内纵梁；600、槽形梁；601、翼面；602、避让豁口；70、加强波纹板；80、加强平板；90、门槛梁总成；91、内侧梁；911、凹槽；912、加强筋板；92、脚蹬梁。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者若干个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。具体的，本发明的描述中“纵向”和“横向”分别代表车体的长度方向和宽度方向。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的动车组车体底架结构进行说明。所述动车组车体底架结构，包括架构总成和铺设于架构总成上的波纹底板10，架构总成包括两个端梁20、两个边梁30、两组牵引梁40、纵向间隔分布的多条横梁50，以及两组轨内纵梁60，两组轨内纵梁60分别与两组牵引梁40连接并朝向架构总成的中部延伸；每组轨内纵梁60均包括两组槽形梁600，两组槽形梁600以架构总成的纵向中轴线为中心对称且间隔分布，槽形梁600的一端与相应的牵引梁40固定连接，另一端沿架构总成的纵向延伸并至少跨越三条横梁50；其中，槽形梁600具有与波纹底板10贴合并固定连接的翼面601，翼面601的横向宽度自牵引梁40朝向槽形梁600的延伸端逐渐增大。

需要说明的是，架构总成所采用的端梁20、边梁30、牵引梁40、横梁50在未进一步限定的情况下均与现有技术中的结构相同，本实施例中关键在于利用轨内纵梁60将牵引梁40的纵向负载分散传递至波纹底板10，利用翼边与波纹底板10之间贴合固定宽度逐渐增大的方式，使纵向负载分散为整个波纹底板10的宽度受力，从而达到架构总成的中部区域不再依赖轨内纵梁60的目的，也就是说，轨内纵梁60在跨越三条横梁50之后，具体的，轨内纵梁60的延伸端与第四根横梁50固定连接即可，此时纵向负载基本分散至波纹底板10的整个宽度上，因此轨内纵梁60一位端第四根横梁50和二位端第四根横梁50之间的区域可不再设置轨内纵梁60。

在此应当强调的是，现有技术中由于轨内纵梁60与波纹底板10之间的连接接触面积小，因此轨内纵梁60上的纵向负载只能传递至靠近轨内纵梁60的局部区域，因此该区域的载荷集中现象明显，因此需要补强该区域的波纹底板10，一种途径是增大板厚，另一种途径是增强材料本身强度等级。在本实施例中，通过采用翼边逐渐加宽的槽形梁600作为轨内纵梁60，从而能够逐渐增加轨内纵梁60与波纹底板10的连接宽度，从而使纵向载荷逐渐发散至波纹底板10的整个面宽上，消除载荷集中，无需更换更厚或者材料强度等级更高的波纹底板10，不仅在于避免重量和成本增加，而且还能在一定程度缩短轨内纵梁60的延伸长度，从而促进底架轻量化，节约材料成本。

本实施例提供的动车组车体底架结构，与现有技术相比，采用对称分布的两组槽形梁600作为轨内纵梁60，由于槽形梁600与波纹底板10贴合固定的翼面601宽度自牵引梁40向架构总成的中部逐渐加宽，因此翼面601与波纹底板10之间的接触宽度逐渐增大，能够使牵引梁40传递至槽形梁600上的纵向负载通过翼边逐渐分散传递至波纹底板10上，在此基础上，槽形梁600最少只需跨越三条横梁50即可使纵向负载完全分散传递至波纹底板10上，由于纵向负载完全分散后的区域内不再借助于轨内纵梁60承载纵向力，因此能够降低轨内纵梁60的延伸长度，不仅能够降低底架重量，还能够减少槽形梁600用料，从而节约成本，同时位于轨内纵梁60上方区域的波纹底板10与翼边之间逐渐增宽的接触面积，有利于槽形梁600上的纵向负载呈发散状态通过翼边向波纹底板10传递，从而避免该区域内的波纹底板10上出现负载载荷集中，使波纹底板10能够在不增加厚度或材料强度的情况下满足动车组底架的纵向力承载要求，从而能够进一步降低重量，避免因采用高强度材料而增加成本。

具体的，在本实施例中，每组槽形梁600包括多段沿架构总成的纵向对齐的梁体，各段梁体的两端分别与相邻两条横梁50抵接并焊接固定。每段槽形梁600与相应的两个横梁50之间实际上采用塞焊的方式固定连接，将一段槽形梁600塞入相邻的两个横梁50之间，使其两端分别与两个横梁50相对的侧壁进行抵接并焊接固定，在此应当理解的是，通常横梁50也是槽型，且各条横梁50的槽口朝向一致，因此相邻的两个横梁50相对的侧壁一个为竖直平面，另一个为槽口侧，此时槽形梁600的一端直接切割形成竖直平口与竖直平面进行焊接固定即可，另一端则需要对翼边进行切割形成避让豁口602，然后槽形梁600的端部伸入横梁50的槽口内与横梁50的槽底壁焊接固定，同时避让豁口602的止口壁与横梁50的槽口壁抵接并焊接固定，也就是说，避让豁口602的切割长度为横梁50的槽口深度；此外，需要注意的是，各段槽形梁600焊接固定后应当沿架构总成的纵向对齐，确保纵向载荷的传递平衡性。

为了进一步提升纵向载荷的分散传递效果，请参阅图1至图5，槽形梁600的延伸端设有背靠背或面对面贴合固定的两条横梁50，定义两条横梁50为组合梁501，组合梁501背离架构总成中部的侧壁与槽形梁600的延伸端焊接固定；其中，组合梁501朝向架构总成中部的一侧设有加强波纹板70，加强波纹板70的一端与组合梁501的侧壁焊接固定，另一端与其中一个横梁50焊接固定，且加强波纹板70至少跨越一条横梁50；加强波纹板70与波纹底板10固定连接且两者的波纹槽对齐。

槽形梁600的延伸端采用两条横梁50形成组合梁501，从而能够提高轨内纵梁60末端区域的结构强度，且由于组合梁501与波纹底板10在宽度上形成整体连接，因此能够利用组合梁501的宽度(两条横梁50的宽度之和)提高对该区域波纹底板10的加强效果；在此基础上，在轨内纵梁60的延伸端之外增设加强波纹板70，将加强波纹板70与波纹底板10的槽口相对贴合固定，加强波纹板70的作用一方面在于对波纹底板10处于轨内纵梁60延伸端之外(容易出现载荷集中)的区域进行补强，另一方面在于加强波纹板70与轨内底板之间为整体接触，因此力传递更加均衡，从而将自轨内纵梁60传递而来的纵向负载进一步发散，可以理解为轨内纵梁60利用其渐宽的翼边将纵向负载由点转换成线(即宽度方向的一段区域)，而加强波纹板70又将轨内纵梁60上的线转换成面(即加强波纹板70能够覆盖的整个面区域)，从而实现对纵向负载的二次发散，能够进一步提高纵向负载传递至波纹底板10上之后在宽度范围的均衡性。

具体的，为了保证横梁50的结构完整性，请参阅图2及图6，加强波纹板70包括多段，其中一段加强波纹板70位于组合梁501与靠近组合梁501的横梁50之间，其余加强波纹板70朝向架构总成中部依次排列，并分别分布于相邻的两个横梁50之间，且其余加强波纹板70的两端分别与相应两条横梁50的侧壁焊接固定。

应当说明，与分段式的槽形梁600连接方式相同，一段加强波纹板70在塞入两条相邻的横梁50之间后，朝向槽口侧的一端可进行切割修正，使其端部的波纹面伸入横梁50的槽口内并与槽底壁焊接固定，切割后形成的止口壁则与横梁50的槽口壁抵接并焊接固定。

本实施例中各段加强波纹板70的横向宽度自组合梁501向架构总成的中部逐渐增大，且与组合梁501连接的加强波纹板70的横向宽度大于两组槽形梁600的最大横向宽度。

根据实际纵向负载的大小可采用两段加强波纹板70，其中靠近组合梁501的一段加强波纹板70的宽度大于轨内纵梁60的最大宽度，另一段加强波纹板70的宽度则大于上一段的宽度，从而实现纵向负载的逐级发散，提高传力均衡性，减少或规避载荷集中现象。

一些可能的实现方式中，参见图2及图4，与加强波纹板70朝向架构总成中部的一端固定连接的横梁50为过渡梁502，过渡梁502朝向架构总成中部的一侧设有加强平板80，加强平板80的一端与过渡梁502的侧壁焊接固定，另一端与相邻于过渡梁502的横梁50的侧壁焊接固定。具体地，本实施例中加强平板80的横向宽度大于加强波纹板70的最大横向宽度。

通过在加强波纹板70的末端再设置一道加强平板80，将加强平板80的宽度相对于加强波纹板70再进一步增大，从而使经加强波纹板70发散后的纵向负载再进一步发散并最终传递至波纹底板10，使波纹底板10在宽度方向上的各个区域承受的载荷基本一致，从而使波纹底板10仅依靠自身的结构强度即可具备承受纵向负载的能力，无需再依赖于加厚或补强材料等级的方式，从而能够实现减重和节约成本；此外，需要说明的是，由于到达加强平板80上的纵向负载已经过加强波纹板70的发散，此时纵向负载在单位面积上已经得到较大程度的降低，因此采用加强平板80与波纹底板10固定即可满足承载需求，无需再采用重量和成本相对较高的波纹板，从而利于降低底架整体重量，并节约成本。

需要理解的是，结合图1、图7至图9，在本实施例中，其中一个边梁30上具有与车门位置对应的断口300，且该边梁30的断口300部位通过门槛梁总成90连接固定；其中，门槛梁总成90包括内侧梁91和脚蹬梁92；其中，内侧梁91与边梁30朝向架构总成中部的侧壁贴合固定，且两端分别与边梁30位于断口300两侧的部位交错；脚蹬梁92与边梁30的底壁贴合固定，且两端分别与边梁30位于断口300两侧的部位交错；脚蹬梁92和内侧梁91位于断口300之内的部位形成台阶结构。

通常车辆的一位侧设置车门，因此位于一位侧的边梁30上设置断口300，并通过门槛梁总成90连接断口300，也就是说，一位侧的边梁30实际上为两段边梁30加上一段门槛梁总成90的三段式组合结构，在此为了保证断口300处的结构强度，采用内侧梁91和脚蹬梁92分别对边梁30位于断口300两侧的内侧壁和底壁进行交错贴合并焊接固定，同时形成方便乘客上下车时踩踏的台阶结构，也就是说，在此门槛梁总成90不仅作为连接边梁30断口300的连接体，还一并形成了满足上下车踩踏需求的台阶，在满足结构强度要求的同时还实现了功能性需求。

具体的，内侧梁91朝向架构总成之外的一侧设有与断口300对齐的凹槽911，脚蹬梁92朝向架构总成中部的侧壁与凹槽911的槽底平齐，脚蹬梁92朝向架构总成之外的侧壁与边梁30背离内侧梁91的侧壁平齐；其中，脚蹬梁92位于断口300两侧的部位与边梁30的底壁和内侧梁91的底壁一并焊接固定。内侧梁91内间隔分布有多个加强筋板912，边梁30与内侧梁91交错贴合的部位内也间隔分布有多个加强筋板912。

通过设置凹槽911能够使台阶结构的台阶面宽度大于脚蹬梁92的顶面宽度，从而提高踩踏空间，同时脚蹬梁92与内侧梁91的底壁和边梁30的底壁之间均能够形成面接触，经过焊接固定后可使三者连为一体，从而提升结构强度，此外，为了进一步提高该区域的结构强度，边梁30于断口300两侧的区域内植入加强筋板912，同时内侧梁91由于凹槽911的存在，同样在其内部植入加强筋板912，以避免人员频繁踩踏而变形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。