CN106428067A

CN106428067A - 一种新型车体门框一体化结构及成型方法

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Publication number: CN106428067A
Application number: CN201611095872.6A
Authority: CN
Inventors: 周伟旭; 刘玉; 马艳波; 王明举; 李天亮; 王晶; 尚仰宏; 易宇文; 孙建强
Original assignee: CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Current assignee: CRRC Changchun Railway Vehicles Co Ltd
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2017-02-22

Abstract

一种新型车体门框一体化结构，其特征在于：在门框区域，车体的内、外蒙皮包裹着门框，形成车体门框一体化结构，车体除包裹着门框区域之外的断面为内、外蒙皮中间填充蜂窝芯材的三明治结构，车体内、外蒙皮采用碳纤维预浸料材料连续铺层而成，内、外蒙皮的接触区域采用连续的碳纤维预浸料铺层过渡或者碳纤维预浸料铺层搭接，本发明门框结构与车体结构完全融于一体，保证了车体结构的连续性与整体性，提高结构的整体强度、刚度。采用高温加压固化成型工艺，成型过程中结构变形量小，提高了门框结构的安装使用精度，提高了车门结构的安全运行品质。采用碳纤维复合材料以及泡沫、蜂窝芯材加工制作而成，有效得降低了车体结构重量，实现了车体结构轻量化的设计目标。

Description

一种新型车体门框一体化结构及成型方法

技术领域

本发明属于铁路交通运输领域，具体涉及一种轨道车辆车体门框结构设计及成型技术。

背景技术

车门机构是轨道车辆运营过程中的一个非常重要的机构，尤其是地铁、轻轨车辆，其运营过程中，车辆车门机构的开闭频率非常高。车门机构能否顺利开启与闭合将直接影响车辆的运营品质以及乘客的安全性。

轨道车辆车体结构近似于一个长方体结构，在车门结构部位开设很大的矩形开口，由此导致在整个车体结构中，车门开口处属于结构薄弱部位。轨道车辆在运营过程中由于线路条件、乘员载荷变化等因素会引起车体结构中门口处的结构变形。如果门口处结构变形较大，则容易导致车门机构出现卡顿、开闭异常等现象。为了尽量避免这种现象的出现，在轨道车辆车体结构设计中，车体门口处设置有门框结构。门框结构是车体结构中的一项非常重要的结构承载与传力部件，车体门框结构必须满足轨道车辆在各种极端恶略工况条件下运行所需的结构强度与刚度要求，才能满足车门机构的正常运用。

传统的轨道车辆车体结构中，车体门框结构主要采用矩形钢管或者铝型材进行加工制造。由于门框结构的高强度、高刚度要求，传统的门框结构所选用的金属管材的厚度尺寸比较大，增加了车体结构的整体重量。此外，传统的金属门框结构需要通过焊接工艺与车身整体结构实现连接。焊接操作工艺容易产生较大的焊接变形量，增加了门框结构乃至车体侧墙结构的加工制作难度与工作量。焊接操作工艺还容易使结构内部产生残余应力，降低了局部结构强度。

车体结构轻量化是目前轨道车辆结构设计中的一项重点研究课题。新材料应用技术是一种常用的结构轻量化技术方案。但是，在传统的轨道车辆结构设计当中，由于对新材料力学性能的信心不足以及相关设计经验的缺乏，新材料在轨道车辆中的应用被局限于一些次要结构以及非承载结构当中，车体结构的轻量化效果不明显。

目前，随着碳纤维等新材料的力学性能的不断提高，碳纤维等新型材料将在轨道车辆结构中得到更广泛的应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种新型轨道车辆车体门框一体化结构及成型方法。

一种新型车体门框一体化结构，包括车体及门框，其特征在于：在门框区域，车体的内、外蒙皮包裹着门框，形成车体门框一体化结构，车体除包裹着门框区域之外的断面为内、外蒙皮中间填充蜂窝芯材的三明治结构，车体内、外蒙皮采用碳纤维预浸料材料连续铺层而成，内、外蒙皮的接触区域采用连续的碳纤维预浸料铺层过渡或者碳纤维预浸料铺层搭接，在门框右侧下底面上且置于车体内、外蒙皮与蜂窝芯材之间插有一隔框，隔框为开口向右的U字形，由碳纤维预浸料铺层构成，门框结构采用门框蒙皮、中间填充泡沫芯材的结构形式，门框蒙皮采用碳纤维预浸料连续铺层结构。

一种新型车体门框一体化结构的成型方法，其特征在于：所述的门框与车体结构之间的连接方式采用高温加压固化的整体成型方法，在门框结构区域，车体的内、外蒙皮包裹着门框，最终得到车体门框一体化结构；所述的车体的断面形式为内、外蒙皮中间填充蜂窝芯材的三明治结构形式，所述的车体内、外蒙皮结构采用碳纤维预浸料材料连续铺层初步成型，内、外蒙皮的接触区域采用连续的碳纤维预浸料铺层过渡或者碳纤维预浸料铺层搭接处理实现过渡，所述的隔框结构成U字形，采用碳纤维预浸料铺层初步成型，并利用热压罐工艺完成预成型；所述的车体门框一体化结构在内、外蒙皮初步成型，蜂窝芯材填充以及预成型的门框、隔框预埋工作完成后，在高温炉内加压固化最终成型。

所述的车体的内、外蒙皮均采用EV101/HFW200T-A3/42碳纤维预浸料，铺层数量为9层，0º、±45º、90º碳纤维预浸料铺层的比例依次为为28%、44%、28%，具体铺层顺序为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)。

为保证车体结构的整体性与连续性，内、外蒙皮的每一层碳纤维铺层在其材料边缘处保留25-35mm的搭接区域。

本发明的优点和积极效果：

（1）本发明所述的车体门框一体化成型方法能够保证门框结构与车体结构完全融于一体，保证了车体结构的连续性与整体性，提高结构的整体强度、刚度。

（2）本发明所述的车体门框一体化结构采用高温加压固化成型工艺，成型过程中结构变形量小，提高了门框结构的安装使用精度，提高了车门结构的安全运行品质。

（3）本发明所述的车体门框一体化结构采用碳纤维复合材料以及泡沫、蜂窝芯材加工制作而成，有效得降低了车体结构重量，实现了车体结构轻量化的设计目标。

（4）本发明所述的门框结构以及车体门框一体化成型方法为首次在轨道车辆门框结构中应用，是一种全新的概念与设计，对未来轨道车辆轻量化设计以及新材料应用具有非常重要的推动作用。

附图说明

图1为传统轨道车辆车体焊接门框结构示意图；

图2为本发明所述的门框结构示意图；

图3为本发明所述的隔框结构示意图；

图4为本发明所述的车体结构截面示意图；

图5为本发明所述的车体门框一体化结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，传统的轨道车辆车体门框结构主要包括矩形金属门框1、车体结构2，两者之间通过焊缝3连接。

参阅图2，本发明所述的门框结构，包括门框蒙皮4、泡沫芯材5。所述的门框蒙皮4采用的是EV101-2/HFW200T-A3碳纤维预浸料材料，结构厚度尺寸为3mm，所需的铺层数量为13层，铺层角度依次为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º) ，0º、±45º、90º，碳纤维预浸料铺层的比例依次为为23%、54%、23%。所述的泡沫芯材5采用的是110IH高密度PMI泡沫，截面尺寸为53mmx58mm。所述的门框结构在泡沫芯材5填充以及门框蒙皮4初步成型工作完成后，利用热压罐工艺完成预成型，预成型过程中的温度为120℃，压力为-0.3MPa。

参阅图3，本发明所述的隔框结构6成U字形，采用的是EV101/ HFW200T-A3/42碳纤维预浸料材料，结构厚度尺寸为2mm，所需的铺层数量为9层，铺层角度依次为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º) ，0º、±45º、90º碳纤维预浸料铺层的比例依次为为22%、56%、22%，利用热压罐工艺完成预成型，预成型过程中的温度为120℃，压力为-0.3MPa。

参阅图4，本发明所述的车体结构的主体截面厚度尺寸为37mm，其中内蒙皮7、外蒙皮9的厚度均为2mm，蜂窝芯材8的厚度为33mm。车体内蒙皮7、外蒙皮9采用的是EV101/HFW200T-A3/42碳纤维预浸料，所需的铺层数量为9层，铺层角度依次为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)，0º、±45º、90º碳纤维预浸料铺层的比例依次为为28%、44%、28%。车体内蒙皮7、外蒙皮9的接触区域的碳纤维预浸料铺层保持连续。所述的蜂窝芯材8采用的是国产NOMEX蜂窝，具有一定的隔音、降噪性能。

参阅图5，本发明所述的车体门框一体化结构在车体内蒙皮7、外蒙皮9初步成型，蜂窝芯材8填充以及预成型的门框结构、隔框结构6预埋工作完成后，在高温炉内加压固化最终成型，成型温度为120℃、压力为-0.4MPa。

本发明所述的车体门框一体化结构及其成型方法，将应用于下一代地铁项目碳纤维车体结构中。该结构较之传统的金属门框结构形式，能够实现减重约40%，实现了车体结构轻量化的设计目的。

Claims

1.一种新型车体门框一体化结构，包括车体及门框，其特征在于：在门框区域，车体的内、外蒙皮包裹着门框，形成车体门框一体化结构，车体除包裹着门框区域之外的断面为内、外蒙皮中间填充蜂窝芯材的三明治结构，车体内、外蒙皮采用碳纤维预浸料材料连续铺层而成，内、外蒙皮的接触区域采用连续的碳纤维预浸料铺层过渡或者碳纤维预浸料铺层搭接，在门框右侧下底面上且置于车体内、外蒙皮与蜂窝芯材之间插有一隔框，隔框为开口向右的U字形，由碳纤维预浸料铺层构成，门框结构采用门框蒙皮、中间填充泡沫芯材的结构形式，门框蒙皮采用碳纤维预浸料连续铺层结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型车体门框一体化结构的成型方法，其特征在于：所述的门框与车体结构之间的连接方式采用高温加压固化的整体成型方法，在门框结构区域，车体的内、外蒙皮包裹着门框，最终得到车体门框一体化结构；所述的车体的断面形式为内、外蒙皮中间填充蜂窝芯材的三明治结构形式，所述的车体内、外蒙皮结构采用碳纤维预浸料材料连续铺层初步成型，内、外蒙皮的接触区域采用连续的碳纤维预浸料铺层过渡或者碳纤维预浸料铺层搭接处理实现过渡，所述的隔框结构成U字形，采用碳纤维预浸料铺层初步成型，并利用热压罐工艺完成预成型；所述的车体门框一体化结构在内、外蒙皮初步成型，蜂窝芯材填充以及预成型的门框、隔框预埋工作完成后，在高温炉内加压固化最终成型。

3.根据权利要求2所述的一种新型车体门框一体化结构的成型方法，其特征在于：所述的门框结构，包括门框蒙皮、泡沫芯材，所述的门框蒙皮采用的是EV101-2/HFW200T-A3碳纤维预浸料材料，结构厚度尺寸为3mm，所需的铺层数量为13层，铺层角度依次为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º) ，0º、±45º、90º，碳纤维预浸料铺层的比例依次为为23%、54%、23%；所述的泡沫芯材采用的是110IH高密度PMI泡沫，所述的门框结构在泡沫芯材填充以及门框蒙皮初步成型工作完成后，利用热压罐工艺完成预成型，预成型过程中的温度为120℃，压力为-0.3MPa。

4.根据权利要求2所述的一种新型车体门框一体化结构的成型方法，其特征在于：所述的车体的内、外蒙皮均采用EV101/HFW200T-A3/42碳纤维预浸料，铺层数量为9层，0º、±45º、90º碳纤维预浸料铺层的比例依次为28%、44%、28%，具体铺层顺序为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)。

5. 根据权利要求2所述的一种新型车体门框一体化结构的成型方法，其特征在于：所述的隔框结构成U字形，采用的是EV101/ HFW200T-A3/42碳纤维预浸料材料，结构厚度尺寸为2mm，所需的铺层数量为9层，铺层角度依次为(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、(±45º)、(0º，90º)、 (±45º)、(0º，90º)、 (±45º) ，0º、±45º、90º碳纤维预浸料铺层的比例依次为22%、56%、22%，利用热压罐工艺完成预成型，预成型过程中的温度为120℃，压力为-0.3MPa。

6.根据权利要求2所述的一种新型车体门框一体化结构的成型方法，其特征在于：内、外蒙皮的每一层碳纤维铺层在其材料边缘处保留25-35mm的搭接区域。