CN104085116A - 碳纤维复合材料方舱用连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维复合材料方舱用连接结构，包括方舱大板、包角件、棱边组件，通过棱边组件将顶板与各个侧板、底板与各个侧板分别用结构胶粘接，并用铆接分次固定，通过包角件将棱边组件用结构胶粘接、并铆接固定；包角件与各侧板间、棱边组件与各侧板间填充有密封胶和结构胶，包角件与各侧板间、棱边组件与各侧板间由铆钉铆接，方舱大板间用密封胶密封，所述包角件和棱边组件是以碳纤维织物预浸料为原材料，通过复合材料成型工艺制造而成。该结构具有密封性能好、防渗雨、热变形小、防止紧固件因热变形而松弛脱落同时减小热应力集中、防锈蚀等优点，很大程度地提高了碳纤维复合材料方舱大板式方舱整体结构的可靠性和密封性。

Description

碳纤维复合材料方舱用连接结构

技术领域

    本发明涉及野外作业车方舱的制造技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料方舱侧板所用的连接结构。

背景技术

    野外作业车方舱在国家现代化建设中应用广泛，可以对人员和装备提供适宜的工作环境和安全防护，便于实施多种方式的装卸和运输。作为一种独立厢体，方舱必须能够适应恶劣的外部环境，同时仍需提供良好的内部工作环境，具有多种防护能力，适应多种运输方式，如直升机吊运、车载运输等，在灵活机动、快速反应实际工作中，方舱具有无可比拟的优势。

碳纤维复合材料具有优异的力学性能和化学性能，如比强度高，比模量大，抗疲劳性能好，耐化学腐蚀性好等优点。使用碳纤维复合材料制造的方舱自重轻、载荷量大，采用夹层结构后，隔热性能更加优异，同时自带的阻尼特性，使得车内噪音低，环境舒适。

现在已有野外作业车方舱大都采用金属制造，自重大，载荷比小，不利于机动快速反应作用，同时金属舱体易锈蚀，后期维护成本高。但采用碳纤维复合材料后，虽然减轻了自重，提高了载荷比，但是如何稳定有效地连接方舱各个部件，同时由于野外作业对于防雨性能的高要求，必须提高整个方舱的密封性。

    上述问题是在方舱大板式方舱的设计与生产装备过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在碳纤维复合材料方舱大板式方舱设计制造装备过程中的侧板连接结构，解决了由于传统材料刚性不足、不耐疲劳，且比重过大，灵活度不高，热膨胀系数大，长时间使用后很容易造成连接件脱落、连接强度降低的问题，从而提高了了整个舱体的使用性能，包括连接可靠性和整体密封性能。

本发明的技术解决方案是：

一种碳纤维复合材料方舱用连接结构，包括方舱大板、包角件、棱边组件，方舱大板包括外蒙皮、内蒙皮、外蒙皮与内蒙皮间的填充物，方舱大板分别形成方舱的六面立方体结构，即分别形成方舱的顶板、底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板；

通过棱边组件将顶板与各个侧板、底板与各个侧板分别用结构胶粘接，并用铆接分次固定，通过包角件将棱边组件用结构胶粘接、并铆接固定；

包角件与各侧板间、棱边组件与各侧板间填充有密封胶和结构胶，包角件与各侧板间、棱边组件与各侧板间由铆钉铆接，方舱大板间用密封胶密封，所述包角件和棱边组件是以碳纤维织物预浸料为原材料，通过复合材料成型工艺制造而成。

进一步地，所述密封胶采用单组份快速固化聚氨酯密封胶，所述结构胶采用双组份环氧树脂。

进一步地，棱边组件包括内包边件、外包边件，铆接所用的铆钉为表面蘸有密封胶的不锈钢铆钉。

进一步地，左侧板、右侧板的外蒙皮尺寸比内蒙皮大，起到对顶板和前后侧板的限位作用；底板的外蒙皮尺寸比内蒙皮大，起到对四周侧板的支承和限位作用。

进一步地，所述外蒙皮突出部位与方舱大板侧边涂上密封胶，形成一次密封结构。

进一步地，所述包角件和棱边组件在直角拐角处涂有密封胶，形成二次密封结构。

进一步地，包角件和棱边组件分别固定后，可以通过在包角、棱边组件的外边缘填充密封胶形成三次密封结构，增强了方舱整体的密封性，提高了方舱的防雨性能。

 进一步地，在实施侧板连接方案前，先将四周侧板固定，其中通过底板、左右侧板外蒙皮的凸缘部分对整个舱体方舱大板限位，使之吻合设计参数，外蒙皮凸缘涂结构胶后与侧板侧面相粘结，用工装将四周侧板固定后固化结构胶，使得整个舱体具有初步的连接强度；

S1：按照整体设计方案，对棱边组件、包角件划线打孔；

S2：对棱边组件、包角件及舱体表面需要进行胶接的部位用磨削工具打磨至所需的粗糙程度，打磨后用丙酮擦洗干净待用；

S3：在处理好的内包边件和外包边件的拐角处涂上聚氨酯密封胶，在包边的两个大边面上涂上双组份结构胶，涂完后将内外包边分别固定到内外棱边上；

S4：沿步骤S1中所钻的孔对舱体棱边钻孔，将不锈钢铆钉的外表面蘸上聚氨酯密封胶后填入孔中，并进行拉铆；

S5：在步骤S2中处理好的包角件的三个拐角处涂上聚氨酯密封胶，三个面涂结构胶，将其固定在舱体的四个顶角上；

S6：同步骤S4，沿包角上已钻好的孔对外包边和舱体棱边钻孔，不锈钢铆钉外表面蘸好聚氨酯密封胶后填入孔中，并进行拉铆；

S7：沿着上述所有棱边组件和包角件的外边缘涂上一层聚氨酯密封胶；

S8：将上述S1-S8中所涉及的聚氨酯密封胶和结构胶固化，清理多余的胶，并打磨平整。

本发明的有益效果是：该种碳纤维复合材料方舱侧板连接结构，以碳纤维预浸料为原材料成型制造的包角、棱边组件与其他密封结构配合而成。与现有技术相比，碳纤维复合材料零件可以定量定尺寸批量生产，快速便捷；经结构设计后所具有的零热膨胀系数使得包边、包角件不易与胶粘结构、密封结构及铆接结构脱离，使得连接效果稳定有效；该结构采用结构胶、不锈钢铆钉铆接，不锈钢铆钉在恶劣的环境中不易锈蚀，连接强度可靠；该结构多处，包括包角、棱边组件拐角处和外边缘，使用聚氨酯密封胶形成了优异的密封界面，很好得满足了方舱野外作业所需要的防雨性能以及气密性要求。

附图说明

图1是实施例中左侧板与前侧板间的连接结构示意图；

图2是实施例中方舱大板的截面示意图，其中，（a）是底板，（b）是左侧板、右侧板，（c）是顶板、前侧板、后侧板；

图3是实施例中棱边组件的结构示意图；

图4是实施例中包角件的结构示意图；

图5是实施例中底板的示意图；

图6是实施例中左侧板或右侧板的示意图；

图7是实施例中顶板、前侧板或后侧板的示意图；

图8是实施例的连接流程示意图；

其中：1-外蒙皮，2-外包边件，3-包角件，4-内包边件，5-填充物，6-内蒙皮。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例提供一种碳纤维复合材料方舱用连接结构，以碳纤维复合材料为原材料制成的包角件3和棱边组件与其他密封连接结构配合，包括不锈钢铆接、密封胶和结构胶，组成连接可靠、密封优异的结构。

该种碳纤维复合材料方舱用连接结构，包括方舱大板、包角件3、棱边组件，方舱大板包括外蒙皮1、内蒙皮6、外蒙皮1与内蒙皮6间的填充物5，填充物5可采用结构泡沫材料，方舱大板分别形成方舱的六面立方体结构，即分别形成方舱的顶板、底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板，如图5、6、7所示。

通过棱边组件将顶板与各个侧板、底板与各个侧板分别用结构胶粘接，并用铆接分次固定，通过包角件3将棱边组件用结构胶粘接、并铆接固定。棱边组件如图3所示。

包角件3与各侧板间、棱边组件与各侧板间填充有密封胶和结构胶，包角件3与各侧板间、棱边组件与各侧板间由铆钉铆接，方舱大板间用密封胶密封，包角件3和棱边组件是以碳纤维织物预浸料为原材料，通过复合材料成型工艺制造而成。

密封胶采用单组份快速固化聚氨酯密封胶，结构胶采用双组份环氧树脂。棱边组件包括内包边件4、外包边件2，铆接所用的铆钉为表面蘸有密封胶的不锈钢铆钉。

包角件3采用预浸料为原材料，依照模具表面处理、预浸料裁剪、预浸料铺层、固化、外模成型、包角成型制造，包角由三个矩形平面组成，每两个矩形平面之间的夹角在85°- 95°之间，如图4所示。

 

以左侧板与前侧板间的连接结构为例，通过包角件3、棱边组件、不锈钢铆钉和其他密封结构连接，如图1所示。

两块方舱大板间用密封胶密封。

左右侧板的外蒙皮1设计得比内蒙皮6大，对前后侧板和顶板起到限位的作用，同时起到一定的密封效果，如图2中（b）和（c）所示；

底板的外蒙皮1比内蒙皮6大，对四周侧板起到支承限位的作用底板与副车架一体固化成型成一个整体，同时也起到一定的密封效果，如图2中（a）所示；

两块方舱大板间通过外蒙皮1限位，在外蒙皮1凸缘部位与方舱大板侧边之间的界面上填充密封胶，起到物理密封的作用。

 

包角和棱边组件与侧板间填充密封胶和结构胶。

在棱边组件或者包角件3的直角拐角内填充密封胶，形成一条条状密封界面；

在棱边组件的两个面上或者包角件3的三个面上涂抹结构胶，粘接在舱体棱边上，既可起到连接的作用，又能发挥密封的功效；

棱边组件与侧板接触面外边缘和包角件3与外包边件2及侧板外蒙皮1接触面外边缘涂密封胶，形成条状密封面。

 

包角和棱边组件与侧板间用铆钉铆接 。

铆钉使用封闭型不锈钢铆钉，相比传统铝铆钉，在加强密封性的同时减少电化学腐蚀，更耐用；

铆钉外表面涂密封胶后进行填孔拉铆，使得铆接界面密封性大为增强；

胶粘好的棱边组件沿预设的线路进行打孔，铆接在侧板上，加强了整体框架的稳定性，同样，胶粘好的包角件3沿预设线路打孔后铆接在外包边上，使得棱边组件与侧板的连接更加紧固。

 

如图8所示，依照该种碳纤维复合材料方舱用连接结构，包括步骤：

准备工作Prep：在正式实施侧板连接方案前，需事先将四周侧板固定，其中通过底板、左右侧板蒙皮的凸缘部分对整个舱体方舱大板限位，使之吻合设计参数，蒙皮凸缘涂结构胶后与侧板侧面相粘结，用工装将四周侧板固定后固化结构胶，使得整个舱体具有初步的连接强度；

S1：在预先做好准备工作后，按照整体设计方案，对包边、包角划线打孔；

S2：对包边、包角件3及舱体表面需要进行胶接的部位用磨削工具打磨至所需的粗糙程度，打磨后用丙酮擦洗干净待用；

S3：如图1所示，在处理好的内包边和外包边的拐角处涂上聚氨酯密封胶，在包边的两个大边面上涂上双组份结构胶，涂完后将内外包边分别固定到内外棱边上；

S4：沿步骤S1中所钻的孔对舱体棱边钻孔，将不锈钢铆钉的外表面蘸上聚氨酯密封胶后填入孔中，并进行拉铆；

S5：如图1所示，在步骤S2中处理好的包角件3的三个拐角处涂上聚氨酯密封胶，三个面涂结构胶，将其固定在舱体的四个顶角上；

S6：与步骤S4类似，沿包角上已钻好的孔对外包边和舱体棱边钻孔，不锈钢铆钉外表面蘸好聚氨酯密封胶后填入孔中，并进行拉铆；

S7：沿着上述所有棱边组件和包角件3的外边缘涂上一层聚氨酯密封胶；

S8：将上述S1-S8中所涉及的聚氨酯密封胶和结构胶固化，清理多余的胶，并打磨平整。

该结构解决了顶板、底板与侧板间的有效连接问题，针对新型的碳纤维复合材料方舱大板式方舱的连接问题，提供了一种解决方案，该方案较传统的方舱侧板连接方案，采用碳纤维复合材料制造的包角件3及棱边组件和其他紧固件相配合，具有密封性能好、防渗雨、热变形小、防止紧固件因热变形而松弛脱落同时减小热应力集中、防锈蚀等优点，很大程度地提高了碳纤维复合材料方舱大板式方舱整体结构的可靠性和密封性。

    除上述实施例外，本发明产品还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：包括方舱大板、包角件、棱边组件，方舱大板包括外蒙皮、内蒙皮、外蒙皮与内蒙皮间的填充物，方舱大板分别形成方舱的六面立方体结构，即分别形成方舱的顶板、底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板；

通过棱边组件将顶板与各个侧板、底板与各个侧板分别用结构胶粘接，并用铆接分次固定，通过包角件将棱边组件用结构胶粘接、并铆接固定；

包角件与各侧板间、棱边组件与各侧板间填充有密封胶和结构胶，包角件与各侧板间、棱边组件与各侧板间由铆钉铆接，方舱大板间用密封胶密封，所述包角件和棱边组件是以碳纤维织物预浸料为原材料，通过复合材料成型工艺制造而成。

2.如权利要求1所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：所述密封胶采用单组份快速固化聚氨酯密封胶，所述结构胶采用双组份环氧树脂。

3.如权利要求2所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：棱边组件包括内包边件、外包边件，铆接所用的铆钉为表面蘸有密封胶的不锈钢铆钉。

4.如权利要求3所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：左侧板、右侧板的外蒙皮尺寸比内蒙皮大，起到对顶板和前后侧板的限位作用；底板的外蒙皮尺寸比内蒙皮大，起到对四周侧板的支承和限位作用。

5.如权利要求4所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：所述外蒙皮突出部位与方舱大板侧边涂上密封胶，形成一次密封结构。

6.如权利要求5所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：所述包角件和棱边组件在直角拐角处涂有密封胶，形成二次密封结构。

7.如权利要求6所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：包角件和棱边组件分别固定后，通过在包角、棱边组件的外边缘填充密封胶形成三次密封结构。

8.如权利要求1-7任一项所述碳纤维复合材料方舱用连接结构，其特征在于：在实施侧板连接方案前，先将四周侧板固定，其中通过底板、左右侧板外蒙皮的凸缘部分对整个舱体方舱大板限位，使之吻合设计参数，外蒙皮凸缘涂结构胶后与侧板侧面相粘结，用工装将四周侧板固定后固化结构胶，使得整个舱体具有初步的连接强度；

S1：按照整体设计方案，对棱边组件、包角件划线打孔；

S2：对棱边组件、包角件及舱体表面需要进行胶接的部位用磨削工具打磨至所需的粗糙程度，打磨后用丙酮擦洗干净待用；

S3：在处理好的内包边件和外包边件的拐角处涂上聚氨酯密封胶，在包边的两个大边面上涂上双组份结构胶，涂完后将内外包边分别固定到内外棱边上；

S4：沿步骤S1中所钻的孔对舱体棱边钻孔，将不锈钢铆钉的外表面蘸上聚氨酯密封胶后填入孔中，并进行拉铆；

S5：在步骤S2中处理好的包角件的三个拐角处涂上聚氨酯密封胶，三个面涂结构胶，将其固定在舱体的四个顶角上；

S6：同步骤S4，沿包角上已钻好的孔对外包边和舱体棱边钻孔，不锈钢铆钉外表面蘸好聚氨酯密封胶后填入孔中，并进行拉铆；

S7：沿着上述所有棱边组件和包角件的外边缘涂上一层聚氨酯密封胶；

S8：将上述S1-S8中所涉及的聚氨酯密封胶和结构胶固化，清理多余的胶，并打磨平整。