一种双层车辆及其中间支撑结构，该中间支撑结构包括底座部分和支撑部分；所述支撑部分包括第一水平部、第一竖直部、以及连接第一水平部和第一竖直部的第一倾斜部，所述第一倾斜部包括设置在第一水平部上的尾部、设置在第一竖直部顶端的头部、以及连接头部和尾部的背部；所述背部包括下背部和上背部，所述上背部与水平面的夹角小于下背部与水平部的夹角；所述尾部与下背部连接的位置形成第一拐点，所述上背部和下背部连接的位置形成第二拐点；所述支撑部分还设有前撑部，所述前撑部的一端设置在上背部，前撑部的另一端设置在第一竖直部。本发明中间支撑结构既能缓解车门门角的应力集中程度，还能配合楼梯的安装，节省空间。
1.一种中间支撑结构，包括底座部分(B)和支撑部分(A)；所述支撑部分(A)包括第一水平部(2g-1)、第一竖直部(2f-1)、以及连接第一水平部(2g-1)和第一竖直部(2f-1)的第一倾斜部，所述第一倾斜部包括设置在第一水平部上的尾部(2d)、设置在第一竖直部(2f-1)顶端的头部(2a)、以及连接头部(2a)和尾部(2d)的背部(2c)；其特征在于，所述背部(2c)包括下背部(2c-2)和上背部(2c-1)，所述上背部(2c-1)与水平面的夹角小于下背部(2c-2)与水平面的夹角；所述尾部(2d)与下背部(2c-2)连接的位置形成第一拐点(N)，所述上背部(2c-1)和下背部(2c-2)连接的位置形成第二拐点(L)；所述支撑部分(A)还设有前撑部(2e)，所述前撑部(2e)的一端设置在上背部(2c-1)，前撑部(2e)的另一端设置在第一竖直部(2f-1)。
2.如权利要求1所述的一种中间支撑结构，其特征在于，所述背部(2c)与头部(2a)通过颈部(2b)连接，所述颈部的厚度(h2)、背部的厚度(h1)以及第一竖直部(2f-1)的厚度(h3)依次递减。
3.如权利要求1所述的一种中间支撑结构，其特征在于，所述前撑部(2e)的另一端设置在第一竖直部(2f-1)与第一水平部(2g-1)的交接处。
4.如权利要求1所述的一种中间支撑结构，其特征在于，所述第一拐点(N)设置在下背部(2c-2)外侧与上背部(2c-1)内侧延长线的交点(M)位置附近，且更靠近底座部分(B)。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种中间支撑结构，其特征在于，所述底座部分(B)包括第二水平部(2g-2)、第三水平部(2g-3)、第二竖直部(2f-2)和第二倾斜部(2h)，所述第二水平部(2g-2)的长度大于第三水平部(2g-3)，所述第二水平部(2g-2)的一端通过第二竖直部(2f-2)与第三水平部(2g-3)的一端连接，所述第二水平部(2g-2)的另一端通过第二倾斜部(2h)与第三水平部(2g-3)的另一端连接；所述第二水平部(2g-2)与支撑部分(A)的第一水平部(2g-1)固定连接，所述第二竖直部(2f-2)与支撑部分(A)的第一竖直部(2f-1)固定连接，且处于同一竖直面上。
6.如权利要求5所述的一种中间支撑结构，其特征在于，所述中间支撑结构(2)由两块平行设置且固定连接的三角状的支撑板(21)形成，每一支撑板(21)均通过假想的水平线(C)分为上、下两部分，其中上部支撑板开设有至少两个通孔，形成支撑部分(A)；下部支撑板开设有至少一个通孔，形成底座部分(B)。
7.如权利要求6所述的一种中间支撑结构，其特征在于，形成所述第一倾斜部的支撑板处通过背部盖板(22)连接，形成所述第一竖直部(2f-1)和第二竖直部(2f-2)的支撑板处通过腹部盖板(24)连接，形成所述前撑部(2e)的支撑板处、形成所述第一水平部(2g-1)的支撑板处均通过中间连接板(23)连接，所述背部盖板(22)、腹部盖板(24)和中间连接板(23)均开设有多个U型孔。
8.一种双层车辆，包括车体(1)，楼梯(4)、上层地板(13)、中层地板(11)、斜坡底板(14)和下层地板(12)，其特征在于，还包括如权利要求1～7任一项所述的中间支撑结构(2)，所述中间支撑结构(2)的头部(2a)与上层地板(13)的连接型材(131)连接，所述中间支撑结构的尾部(2d)与中层地板(11)连接，所述底座部分(B)固定在斜坡底板(14)和下层地板(12)上；所述楼梯(4)的扶手部(3)包括扶手(31)和扶手部夹层(32)，所述扶手部夹层(32)内部为中空结构，且宽度大于中间支撑结构(2)的宽度，所述中间支撑结构(2)上设有扶手(31)的安装结构。
9.如权利要求8所述的一种双层车辆，其特征在于，靠近楼梯(4)的下层地板(12)位置设置有客室门洞(1a)，所述客室门洞(1a)的下门角(16)设置为台阶状，且下门角(16)的台阶长度(t)大于100mm。
10.如权利要求8所述的一种双层车辆，其特征在于，所述上层地板(13)的连接型材(131)宽度小于上层地板(13)，且连接型材(131)的两端均设有圆弧过渡。
一种双层车辆及其中间支撑结构
技术领域
[0001] 本发明属于轨道车辆技术领域，涉及一种双层车辆及其中间支撑结构。
背景技术
[0002] 双层车辆的客室门有两种布置方式，一种是在靠近端部的中层地板区域，如大连交通大学张军与中车唐山公司合作的《双层动车组车体结构灵敏度研究》文献中显示的双层车客室车门位于车辆两端位置；一种是在下层地板区域，如申请号为EP3248853的双层客运车的客室门位于靠近楼梯的下层地板位置。由于后者车门门洞处在地板刚度突变部位，其门角通常比前者更容易出现应力集中现象。为了解决该问题，通常需要把门洞门角处部位的型材加厚，但是对于大型中控结构的车体来说，型材加厚意味着整个车辆长度方向会加厚，对于应力值本身不大的非门洞处部位来讲，间接增大了其无效质量，不利于车体的轻量化，且将增加能耗。
[0003] 此外，为了让乘客到达上层地板空间，要设置用于上下行走的楼梯及其安装结构。现有的楼梯安装结构也分两种：一种是通过如铆接、螺栓等机械连接的方式，直接将楼梯固定在上层地板、中层地板、下层地板及斜坡上。另一种方式是提供焊接方式的支撑结构，该种支撑结构包括设置在斜坡地板、下层地板上的底座部分和传递纵向载荷的支撑部分，并在该支撑部分上提供安装接口，从而连接上层地板和中层地板，其中上层地板处的安装接口和中层地板的安装接口之间为线性结构。由于楼梯通常布置在中层地板与下层地板之间的斜坡地板上，支撑结构往往要传递巨大的纵向载荷力。尤其当客室车门布置在靠近楼梯的下层地板位置时，支撑结构传递载荷的作用会更明显，对其结构形状要求更高，而现有的支撑结构传递纵向载荷的效果不佳，从而无法解决车门门角应力集中的问题。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是：当双层车辆的客室车门布置在靠近楼梯的下层地板区域时，提供一种既能避免车门门角应力集中、又能满足楼梯安装、传递纵向载荷的双层车辆及其中间支撑结构。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种中间支撑结构，包括底座部分和支撑部分；所述支撑部分包括第一水平部、第一竖直部、以及连接第一水平部和第一竖直部的第一倾斜部，所述第一倾斜部包括设置在第一水平部上的尾部、设置在第一竖直部顶端的头部、以及连接头部和尾部的背部；所述背部包括下背部和上背部，所述上背部与水平面的夹角小于下背部与水平部的夹角；所述尾部与下背部连接的位置形成第一拐点，所述上背部和下背部连接的位置形成第二拐点；所述支撑部分还设有前撑部，所述前撑部的一端设置在上背部，前撑部的另一端设置在第一竖直部。
[0006] 上述方案中，当中间支撑结构安装在双层车辆上时，头部与上层地板连接，尾部与中层地板连接，底座部分与斜坡底板、下层地板连接；因此，双层车辆受到纵向拉力时，通过中间支撑结构可分为上下两道力流，使得位于下层地板的车门门角处只需承受下道力流，缓解了车门门角的应力集中程度；其次，由于第一拐点和第二拐点的存在，上道力流可经由背部、前撑部传递给第一竖直部，使得整个支撑部分的受力分布较均匀；最后，第一倾斜部可配合楼梯的安装，节省空间。
[0007] 优选的，所述背部与头部通过颈部连接，所述颈部的厚度、背部的厚度以及竖直部的厚度依次递减，有利于支撑部分上力的均匀分布。
[0008] 优选的，所述前撑部的另一端设置在第一竖直部与第一水平部的交接处，可加强支撑部分的稳定性。
[0009] 优选的，所述第一拐点设置在下背部外侧与上背部内侧延长线的交点位置附近，且更靠近底座部分,由此，可以通过调整背部厚度来调整第一拐点的位置，使得背部和第一竖直部受力均匀。
[0010] 优选的，所述底座部分包括第二水平部、第三水平部、第二竖直部、第二倾斜部，所述第二水平部的长度大于第三水平部，所述第二水平部的一端通过第二竖直部与第三水平部的一端连接，所述第二水平部的另一端通过第二倾斜部与第三水平部的另一端连接；所述第二水平部与支撑部分的第一水平部固定连接，所述第二竖直部与支撑部分的第一竖直部固定连接，且处于同一竖直面上。
[0011] 上述方案中，第二倾斜部用于与斜坡底板连接，第三水平部与下层地板连接，从而为支撑部分提供足够的刚度支撑；连接部的设置则有利于增强底座的刚度。
[0012] 优选的，所述中间支撑结构由两块平行设置且固定连接的三角状的支撑板形成，每一支撑板均通过假想的水平线分为上、下两部分，其中上部分支撑板开设有至少两个通孔，形成支撑部分；下部分支撑板开设有至少一个通孔，形成底座部分。
[0013] 优选的，形成所述第一倾斜部的支撑板处通过背部盖板连接，形成所述第一竖直部和第二竖直部的支撑板处通过腹部盖板连接，形成所述前撑部的支撑板处、形成所述第一水平部的支撑板处均通过中间连接板连接，所述背部盖板、腹部盖板和中间连接板均开设有多个U型孔。
[0014] 在满足两块支撑板固定连接的基础上，为配合刚度需要，在背部盖板、腹部盖板和中间连接板均开设有多个U型孔。
[0015] 本发明还提供一种双层车辆，包括车体、楼梯、上层地板、中层地板、斜坡底板和下层地板，还包括上述的一种中间支撑结构，所述中间支撑结构的头部与上层地板的连接型材连接，所述中间支撑结构的尾部与中层地板连接，所述底座部分固定在斜坡底板和下层地板上；所述楼梯的扶手部包括扶手和扶手部夹层，所述扶手部夹层的内部为中空结构，且宽度大于中间支撑结构的宽度，所述中间支撑结构上设有扶手的安装结构。
[0016] 上述设置中，中间支撑结构在承载车辆纵向力的同时，还可满足楼梯安装的需求。
[0017] 优选的，靠近楼梯的下层地板位置设置有客室门洞，所述客室门洞的下门角设置为台阶状，且下门角的台阶长度大于100mm；从而有效缓解门角的应力。
[0018] 优选的，所述上层地板的连接型材宽度小于上层地板，且连接型材的两端均设有圆弧过渡；从而起到刚度过渡作用，避免中间支撑结构的头部与上层地板的主体结构相连导致焊缝处应力过大的问题。
[0019] 本发明的有益效果是：1）本发明的中间支撑结构巧妙运用了仿生学，借鉴了熊类、虎狮等动物的蹲姿，为了把背部受力分担到竖直部，把中间支撑结构的背部设计为上、下两部分，并设置前撑结构，使车辆在受纵向拉压力时，中间支撑结构的背部和竖直部结构应力分布较均匀，在满足强度要求的前提下提高了材料利用率，进一步实现车体轻量化；2）通过设置中间支撑结构，可以有效缓解车门门角的应力集中程度，从而适当减薄车体断面型材厚度，有利于实现车辆轻量化；3）中间支撑结构与车体中心线呈一定角度，与内装的楼梯形状匹配，能够满足楼梯的安装需要，提升车内美观度；4）中间支撑结构简单，易于模块化生产。
附图说明
[0020] 图1是本发明中间支撑结构的示意图；
[0021] 图2是本发明中间支撑结构的内部示意图；
[0022] 图3是本发明中间支撑结构的正视图;
[0023] 图4是本发明的双层车辆车体的结构示意图；
[0024] 图5是图4的A方向的剖视图（含内装）；
[0025] 图6是图4的B-B剖视图（含内装）；
[0026] 图7是图6的C-C剖视图；
[0027] 图8是本发明的中间支撑结构与车体连接的结构示意图；
[0028] 图9是图8中I部分的局部放大图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0030] 如图1～3所示，中间支撑结构2由两片平行的支撑板21、背部盖板22、若干片中间连接板23、腹部盖板24及头部连接板25构成。以假想的水平线C为分界线，中间支撑结构2分为支撑部分A和底座部分B两个区域。水平线C以上的区域为支撑部分A；水平线C以下的区域为底座部分B。
[0031] 支撑部分A的结构具体为：在支撑板21上部用于与上层地板13连接的部位为头部2a；头部2a斜下方为颈部2b；用于与中层地板11连接的部位为尾部2d；连接颈部2b和尾部2d的部分为背部2c，头部2a、颈部2b、背部2c和尾部2d构成支撑部分A的第一倾斜部；垂直上层地板13并位于颈部2b下方的部分为第一竖直部2f-1；连接第一竖直部2f-1和尾部2d的部分为第一水平部2g-1；背部2c包括下背部2c-2和上背部2c-1，连接上背部2c-1和第一竖直部
2f-1的部分为前撑部2e；所述尾部2d与下背部2c-2连接的位置形成第一拐点N，上背部2c-1和下背部2c-2连接的位置形成第二拐点L，上背部2c-1与水平面的夹角小于下背部2c-2与水平面的夹角；优选的第一拐点N和第二拐点L均倒圆角。
[0032] 上述支撑部分A运用了仿生学，即借鉴了熊类、虎狮等动物的蹲姿，背部2c到尾部2d之间从上到下有两个拐点，分别是第二拐点L和第一拐点N，其中第一拐点N相对于第二拐点L往第一竖直部2f-1的位置收缩，有利于把背部2c的力从前撑部2e传递到第一竖直部2f-
1，使得车辆在受纵向拉压力时，中间支撑结构的背部2c和第一竖直部2f-1的应力分布较均匀。
[0033] 从厚度来比较，颈部厚度h2、背部厚度h1及第一竖直部厚度h3的数值依次递减，这样有利于力的均匀分布。
[0034] 根据受力情况，第一拐点N可在下背部2c-2外侧与上背部2c-1内侧延长线交点M附近调整。当背部2c受力较大，而第一竖直部2f-1受力较小时，除了调整颈部高度h2、背部高度h1及第一竖直部高度h3的数值外，还可调整第二拐点L及第一拐点N的位置。
[0035] 底座部分B包括第二水平部2g-2、第三水平部2g-3、第二竖直部2f-2和第二倾斜部2h，第二水平部2g-2与第一水平部2g-1固定连接，第二竖直部2f-2与第一竖直部2f-1固定连接，且处于同一竖直面上；第三水平部2g-3用于与底层地板12连接，第二倾斜部2h用于与斜坡底板14连接；第二水平部2g-2与第二倾斜部2h之间还设有连接部。其中第二水平部2g-
2与第一水平部2g-1为整个支撑部分A提供一个刚度好的底座支撑。其高度h4宜足够大。
[0036] 本实施例中，支撑板21是整体加工的板材，中间开设多个三角形通孔，三角形通孔的三个角均倒圆弧，圆弧半径一般在50mm以上，通孔与通孔之间的板宽在100-250mm之间。背部盖板22覆盖在两片支撑板22上部，腹部盖板24覆盖在两片支撑板21的竖直面。背部盖板22外边缘、腹部盖板24外边缘均与支撑板21的外边缘平齐。中间连接板23位于两块支撑板21通孔与通孔之间的板中心处，用于增强局部刚度，中间连接板23长度与对应的通孔边缘长度相近，确保中间连接板23的端部有足够的施焊空间。为配合刚度需要，背部盖板22、中间连接板23及腹部盖板24设有不同长度和不同间距的U型孔。
[0037] 如图4～9所示，一种双层车辆，包括车体1，中间支撑结构2，楼梯扶手部3，楼梯4，屏风5及座椅6组成。其中车体1地板结构包括位于两端的中层地板11和位于车辆中心的下层地板12，上层地板13组成，中层地板11高于下层地板12，同时低于上层地板13，在中层地板11和下层地板12之间设有斜坡地板14，在斜坡地板14上方设有中间支撑结构2用于连接和支撑上层地板13，并把中层地板11传递过来的纵向力分流为上下两道力流，有效缓解了单靠下层地板12传递底架纵向力导致的巨大应力集中和刚度突变引起的局部失稳现象。
[0038] 如图8～9所示，中间支撑结构2位于斜坡地板14上方，并与中层地板11，下层地板12，上层地板13相连。在上层地板13端部设有上层地板连接型材131，用于和中间支撑结构2的头部2a处头部连接板25焊接相连。上层地板连接型材131采用两端高度不一致的整体件，由中空型材整体加工出，和楼梯扶手部3与车辆中心的夹角匹配。在上层地板连接型材131两端设有圆弧过渡，确保上层地板连接型材131与上层地板13的焊缝应力不超标。上层地板连接型材131宽度比上层地板13窄，可以起到刚度过渡作用，避免中间支撑结构2的头部2a与上层地板13主体结构直接相连导致焊缝处应力过大的问题。
[0039] 在车体1顶部的两端即中层地板11上方设有车顶设备安装平台1b，在斜坡地板14上方设有顶盖斜坡15。这样可把部分车载设备如空调、风缸等设备安装在车顶设备安装平台1b上，同时保证上层地板13具有足够的站立空间。车体1的客室门洞1a位于下层地板12靠近斜坡地板14处，方便低站台的乘客上下车。
[0040] 由于顶盖斜坡15、斜坡地板14的存在，且上下斜坡几乎出现在纵向方向同一个位置，使车辆在长度方向上出现了较大的结构刚度突变，在斜坡地板14附近区域会产生较大的应力集中现象，同时由于站台高度的限制，在这个区域又要设置客室门洞1a，更加剧了应力集中程度。而设置中间支撑结构2则可以充分发挥垂向力支撑作用以及纵向力传递作用，有效抵抗刚度突变带来的弯矩。为了进一步缓解门角应力，在客室门设备安装条件允许情况下，把客室门洞1a两侧的下门角16设置为台阶状，且门角台阶长度t宜大于100mm。
[0041] 楼梯4与车辆中心呈一定夹角，以便于乘客上楼梯后到达上层地板空间后，直接进入两侧座椅6之间的地板处，可充分利用空间，增加座椅数量；同时在座椅6的端部处设有屏风5，可以营造独具个性的吧台氛围，符合现代人群口味。
[0042] 在楼梯4靠近车辆中心线侧设有楼梯扶手部3，楼梯扶手部3与车辆中心同样呈一定夹角，其角度与楼梯4和车辆中心夹角一致。楼梯扶手部3包括扶手31和扶手部夹层32，扶手部夹层32内部为中空结构，宽度d略大于中间支撑结构2的宽度，以便把凸出楼梯4上表面的中间支撑结构2包裹住，并在中间支撑结构2设有扶手安装结构，用于固定扶手31。
