CN107792103A - 地铁用碳纤维复合材料端墙结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，包括端墙夹层结构、接地铜排、排水管、线槽安装吊、电器柜安装座和扎线杆，端墙夹层结构包括整体加强框、蜂窝夹芯、端墙嵌块、内蒙皮和外蒙皮，整体加强框、蜂窝夹芯、端墙嵌块均内置于内蒙皮和外蒙皮间，整体加强框采用一体化成型的帽型结构，整体加强框的两侧分别设有蜂窝夹芯，端墙嵌块设于蜂窝夹芯中，端墙嵌块设有螺纹孔，接地铜排通过胶铆连接在端墙夹层结构的内蒙皮一侧的上部；该种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，可以充分发挥碳纤维复合材料比强度高、比模量大的特点，减重效果突出；采用整体化设计，简化了冗余的传统焊接结构，降低装配工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构。
背景技术
当前，轨道交通装备已成为中国技术、中国装备、中国制造一张靓丽的“名片”。随着国内外轨道交通领域的高速发展，轨道交通轻量化受到了越来越高的重视。轨道交通轻量化对于车辆减重、提速、降噪、降低能耗、提高乘坐舒适性等方面都具有特别重要的现实意义。
端墙位于地铁车体前后两端，与车身和底架形成封闭空间，用于相邻车体间贯通道的安装，以方便乘客穿行。此外，通过端墙上的线槽安装吊、电器柜安装座等小件也可用于车内多个电器的安装。现有端墙一般采用多个金属梁、型材及板材焊接而成的结构形式。该结构形式复杂，增加了装配工作量，同时也难以满足轨道交通轻量化的发展需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构解决现有技术中存在的结构形式复杂，增加了装配工作量，同时也难以满足轨道交通轻量化的发展需求的问题。
针对上述问题，本发明提出了一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构。考虑其使用功能及受力特点，充分发挥复合材料可设计性的优势，将端墙设计成整体化夹层结构。
发明目的之一，在保证结构强度、刚度的前提下，使用碳纤维复合材料和蜂窝夹芯材料，极大程度上满足了端墙结构的轻量化需求。
发明目的之二，利用碳纤维复合材料的可设计性，充分考虑端墙结构的受力特点，采用整体化设计的复合材料夹层结构，简化了传统的金属结构方案，减少了装配工作量。
本发明的技术解决方案是：
一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，包括端墙夹层结构、接地铜排、排水管、线槽安装吊、电器柜安装座和扎线杆，端墙夹层结构包括整体加强框、蜂窝夹芯、端墙嵌块、内蒙皮和外蒙皮，整体加强框、蜂窝夹芯、端墙嵌块均内置于内蒙皮和外蒙皮间，整体加强框采用一体化成型的帽型结构，整体加强框的两侧分别设有蜂窝夹芯，端墙嵌块设于蜂窝夹芯中，端墙嵌块设有螺纹孔，接地铜排通过胶铆连接在端墙夹层结构的内蒙皮一侧的上部，端墙夹层结构的外蒙皮一侧的两端分别设有排水管，线槽安装吊通过胶铆连接安装于端墙夹层结构的内蒙皮一侧的上部，电器柜安装座通过胶铆连接安装于端墙夹层结构的内蒙皮的一侧两端，扎线杆通过胶铆连接安装于端墙夹层结构的内蒙皮的一侧。
进一步地，接地铜排采用紫铜或黄铜。
进一步地，排水管采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
进一步地，线槽安装吊采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
进一步地，整体加强框采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
进一步地，端墙嵌块采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
进一步地，内蒙皮采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
进一步地，外蒙皮采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
本发明的有益效果是：该种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，在满足端墙结构的强度和刚度前提下，主体结构使用全碳纤维复合材料和蜂窝夹芯材料组成的夹层结构，不仅使得端墙具有高强度、抗破坏性、高模量、抗变形能力、抗疲劳、耐腐蚀、抗磁性和减震降噪的优越性能，还极大程度上实现了端墙的轻量化。该种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，利用碳纤维复合材料整体化设计的特点，充分考虑端墙的结构及特点，在不超出原有结构使用空间的基础上，优化了原先的金属焊接结构，减少了装配工作量。该种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，可以充分发挥碳纤维复合材料比强度高、比模量大的特点，减重效果突出；采用整体化设计，简化了冗余的传统焊接结构，降低装配工作量。
附图说明
图1是本发明实施例地铁用碳纤维复合材料端墙结构的结构示意图；
图2是实施例中端墙的外蒙皮一侧的结构示意图。
图3是图1中A-A向剖面中端墙夹层结构的断面示意图。
图4是图3中B部的放大结构示意图。
图5是实施例中端墙夹层结构的爆炸示意图。
图6是实施例中端墙夹层结构内部的整体加强框、蜂窝夹芯及端墙嵌块装配后的结果示意图图。
其中：1-端墙夹层结构，2-接地铜排，3-排水管，4-线槽安装吊，5-电器柜安装座，6-扎线杆，7-整体加强框，8-蜂窝夹芯，9-端墙嵌块，10-内蒙皮，11-外蒙皮，12-螺纹孔。
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
如图1和图2所示，一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，包括端墙夹层结构1、接地铜排2、排水管3、线槽安装吊4、电器柜安装座5和扎线杆6，端墙夹层结构1包括整体加强框7、蜂窝夹芯8、端墙嵌块9、内蒙皮10和外蒙皮11，整体加强框7、蜂窝夹芯8、端墙嵌块9均内置于内蒙皮10和外蒙皮11间，整体加强框7采用一体化成型的帽型结构，整体加强框7的两侧分别设有蜂窝夹芯8，端墙嵌块9设于蜂窝夹芯8中，端墙嵌块9设有螺纹孔12，接地铜排2通过胶铆连接在端墙夹层结构1的内蒙皮10一侧的上部，端墙夹层结构1的外蒙皮11一侧的两端分别设有排水管3，线槽安装吊4通过胶铆连接安装于端墙夹层结构1的内蒙皮10一侧的上部，电器柜安装座5通过胶铆连接安装于端墙夹层结构1的内蒙皮10的一侧两端，扎线杆6通过胶铆连接安装于端墙夹层结构1的内蒙皮10的一侧。
该种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，在满足端墙结构的强度和刚度前提下，主体结构使用全碳纤维复合材料和蜂窝夹芯8材料组成的夹层结构，不仅使得端墙具有高强度、抗破坏性、高模量、抗变形能力、抗疲劳、耐腐蚀、抗磁性和减震降噪的优越性能，还极大程度上实现了端墙的轻量化。该种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，利用碳纤维复合材料整体化设计的特点，充分考虑端墙的结构及特点，在不超出原有结构使用空间的基础上，优化了原先的金属焊接结构，减少了装配工作量。
与现有技术的区别之处在于，使用碳纤维复合材料和蜂窝夹芯8材料作为端墙的主材料，同时碳纤维复合材料端墙主承力部分——整体加强框7设计为整体式结构。通过使用碳纤维复合材料和蜂窝夹芯8材料作为端墙的主材料，能够很大程度实现端墙的轻量化。保证传力路径连续的同时，充分发挥复合材料整体化设计的优势，将端墙主承力部件——整体加强框7设计为整体式结构，减少了紧固件的数量，降低了焊接等装配工作量，极大地简化了结构形式。碳纤维复合材料端墙，加以平整的内外蒙皮11保护夹层的内部结构，此外结合线槽安装吊4、扎线杆6等多个端墙小件，为电器元件等提供安装点。
为更好地提高上述端墙的性能，整体加强框7采用帽型结构，便于加其一体化成型，同时又为更好地包裹蜂窝提供了封边。在夹层中预埋有多个端墙嵌块9，在嵌块中安装插销螺套，以提供端墙外的贯通道等的安装所需的螺纹孔12。嵌块同样采用碳纤维复合材料，减重和提高强度的同时，又没有腐蚀问题。
其次，在端墙内外表面分别采用内蒙皮10和外蒙皮11对其进行封装，不仅能保护夹层的内部结构，同时蒙皮表面平整，外形美观。由于碳纤维复合材料的电导率远低于金属材料，为了解决碳纤维复合材料地铁车体内部设备的接地保护问题，在端墙上安装接地铜排2，从而与车体内的电路构建导电回路。为了便于电线布置、空调柜等安装，在端墙上安装线槽安装吊4、电器柜安装座5、扎线杆6。为便于车顶雨水等的排放，在端墙的外蒙皮11两侧安装有排水管3。
接地铜排2安装在端墙夹层结构1上，两侧可以延伸连接到车身上，从而形成闭合回路。两个排水管3分别安装在端墙夹层结构1外蒙皮11一侧的左右两侧，外形与车身轮廓一致。线槽安装吊4、电器柜安装座5与扎线杆6结构形式与传统的金属结构类似，分别安装在端墙夹层结构1如图1所示位置处。接地铜排2、排水管3、线槽安装吊4、电器柜安装座5、扎线杆6与端墙夹层结构1之间通过胶铆连接。端墙夹层结构1上通过安装插销螺套提供的螺栓孔可分别用于贯通道及车身和底架的装配。
端墙夹层结构1包括整体加强框7、蜂窝夹芯8、端墙嵌块9、内蒙皮10和外蒙皮11，如图3、图4、图5和图6所示。
其中，整体加强框7为主承力件，置于端墙夹层结构1最内部，采用帽型结构，整体化一体成型，纤维连续，产品质量可靠。多块蜂窝夹芯8分别置于整体加强框7靠内蒙皮10和外蒙皮11的两侧上预留的凹槽及封边中，以提高整体结构的刚度，如图5所示。放置于蜂窝夹芯8中的多个端墙嵌块9上加工出多个孔用于安装插销螺套以提供螺纹，如图3和图4所示。整体加强框7、蜂窝夹芯8、端墙嵌块9装配后如图6所示。
排水管3、线槽安装吊4、扎线杆6、整体加强框7、端墙嵌块9、内蒙皮10和外蒙皮11的材料为碳纤维复合材料，均采用热压罐工艺成型；并且0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20。
如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：包括端墙夹层结构、接地铜排、排水管、线槽安装吊、电器柜安装座和扎线杆，端墙夹层结构包括整体加强框、蜂窝夹芯、端墙嵌块、内蒙皮和外蒙皮，整体加强框、蜂窝夹芯、端墙嵌块均内置于内蒙皮和外蒙皮间，整体加强框采用一体化成型的帽型结构，整体加强框的两侧分别设有蜂窝夹芯，端墙嵌块设于蜂窝夹芯中，端墙嵌块设有螺纹孔，接地铜排通过胶铆连接在端墙夹层结构的内蒙皮一侧的上部，端墙夹层结构的外蒙皮一侧的两端分别设有排水管，线槽安装吊通过胶铆连接安装于端墙夹层结构的内蒙皮一侧的上部，电器柜安装座通过胶铆连接安装于端墙夹层结构的内蒙皮的一侧两端，扎线杆通过胶铆连接安装于端墙夹层结构的内蒙皮的一侧。
2.如权利要求1所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：接地铜排采用紫铜或黄铜。
3.如权利要求1所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：排水管采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
4.如权利要求1所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：线槽安装吊采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
5.如权利要求1-4任一项所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：整体加强框采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
6.如权利要求1-4任一项所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：端墙嵌块采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
7.如权利要求1-4任一项所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：内蒙皮采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20碳纤维复合材料。
8.如权利要求1-4任一项所述的地铁用碳纤维复合材料端墙结构，其特征在于：外蒙皮采用0°、45°、90°的铺层比例为40：40：20的碳纤维复合材料。
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