CN107914726A - 一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，包括枕梁主体盒段、枕梁盖板、扭杆座支架、抗扭杆座、中心销处加强筋、枕梁外侧一位加强筋、枕梁外侧二位加强筋、空气簧座处一位加强筋、空气簧座处二位加强筋、高度阀座；枕梁主体盒段与枕梁盖板相连形成箱型结构；枕梁主体盒段的两端嵌入地铁底架边梁后固定连接；扭杆座支架与枕梁主体盒段相连；抗扭杆座与枕梁主体盒段的端部相连；加强筋均安装在枕梁主体盒段的内部，枕梁主要部件为碳纤维复合材料；抗扭杆座、中心销处加强筋和枕梁外侧加强筋的材料均为Q690；该枕梁能够发挥碳纤维复合材料高比强度、高比模量，突出的减重效果，降低能耗和节能减排的优点。

Description

一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁
技术领域
本发明涉及一种枕梁，尤其涉及一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁。
背景技术
目前，随着国内轨道交通行业的高速发展和技术不断进步，轨道交通对于轻量化的要求越来越高，对城轨地铁轻量化提出了明确的指标要求：减重10％、降噪3dB、降耗15％。
广泛应用于地铁的枕梁是列车底架上的关键部件，主要用于承受车身传递的载荷和转向架的垂向纵向载荷。现有枕梁普遍采用碳钢焊接结构，或铝合金挤压型材装配焊接结构，虽然结构刚度与稳定传力得到了改善，但由于自身金属材料的特点，未能在减重和性能上实现更高的改善。
发明内容
本发明所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，能够解决上述技术存在的问题而使用碳纤维复合材料作为主材料，并且考虑枕梁结构的使用功能及受力特点，在有限的空间范围内，充分发挥复合材料可设计性的优势，将复合材料枕梁设计成箱型结构，达到枕梁强度和轻量化的提高。
发明目的之一，在保证枕梁结构强度的前提下，主体结构使用碳纤维复合材料，极大程度上实现了枕梁的轻量化。
发明目的之二，利用碳纤维复合材料的可设计性，考虑枕梁结构的使用功能及受力特点，在有限的空间范围内，优化了原先的金属结构，达到稳定性和安全性的效果。
为实现上述发明目的，所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁主要包括有：
枕梁主体盒段，枕梁盖板，扭杆座支架，抗扭杆座，中心销处加强筋，枕梁外侧一位加强筋，枕梁外侧二位加强筋，空气簧座处一位加强筋，空气簧座处二位加强筋，高度阀座所述的枕梁主体盒段与枕梁盖板相互相连形成箱型结构；扭杆座支架和抗扭杆座安装在枕梁主体盒段的两端，且与枕梁主体盒段相互连接；所述的空气簧座处一位加强筋、空气簧座处二位加强筋和中心销处加强筋都安装在枕梁主体盒段的内部，且与枕梁主体盒段和枕梁盖板相连；所述的枕梁外侧一位加强筋和枕梁外侧二位加强筋分别安装在枕梁主体盒段的外部翻边区域；所述的高度阀座安装在枕梁盖板的两端.如上述基本特征，通过使用碳纤维复合材料作为枕梁的主材料，极大程度上实现了枕梁的轻量化。
在有限的空间范围内，充分发挥复合材料可设计性的优势，将枕梁设计成箱型结构，兼顾了碳纤维复合材料枕梁强度高和轻量化的优点。在碳纤维复合材料枕梁结构中，中心销处加强筋和枕梁外侧加强筋为钢结构，枕梁主体盒段和扭杆座支架采用热压罐整体成型工艺，成型后通过机械连接将中心销处加强筋和枕梁外侧加强筋连接为一体，然后采用胶铆连接将框架和盖板连接成一个整体，能够实现力的高效传输和提高抗形变和冲击载荷的能力。
为提高上述枕梁的整体强度和刚度，在所述的枕梁主体盒段内安置两个中心销处加强筋，两个空气簧座处加强筋。
进一步地，为使力传至边梁，在枕梁主体盒段的两端设有两个对称的扭杆座支架，并将枕梁盒段的两端嵌入地铁底架边梁后固定相连。
其次，为提高枕梁抗冲击载荷的能力，通过转向架用紧固件将枕梁外侧一位加强筋、枕梁外侧二位加强筋与枕梁主体盒段的外部翻边区域相连。
更进一步地，为布置管线，枕梁外侧一位加强筋设有一个过线管通过孔，枕梁外侧二位加强筋含有三个过线管通过孔。
更进一步地，在上述枕梁主体盒段与所述的枕梁盖板安装时，为使枕梁主体盒段嵌入地铁底架边梁，在枕梁盖板的两端与枕梁主体盒段之间设有多个枕梁垫块。
更进一步地，应装配要求，在枕梁盖板的两端安装有两个高度阀座。
综上内容，本发明一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁具有以下优点和有益效果：
1、在保证枕梁结构强度的前提下，主体结构使用全碳纤维复合材料，不仅使得枕梁具备高强度(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特殊优越性能，还极大程度上改善了枕梁的轻量化。
2、利用碳纤维复合材料的可设计性，考虑枕梁结构的使用功能及受力特点，在有限的空间范围内，优化了原先的金属结构，达到稳定性和安全性的效果。
附图说明
现结合以下附图对本发明做进一步说明。
图1是所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁未安装枕梁主体盒段的结构示意图。
图2是所述一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁的外形示意图
图3是图2的爆炸图。
如图1至图3所示，枕梁主体盒段1，空气簧座处一位加强筋2，空气簧座处二位加强筋3，枕梁盖板4，中心销处安装孔41，空气簧安装孔42，枕梁垫块43，枕梁外侧二位加强筋5，转向架用紧固件51，抗扭杆座6，扭杆座支架7，枕梁外侧一位加强筋8，中心销处加强筋9，高度阀座10。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明，但并非限制本发明权利要求保护的范围。
一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，如图1至图3，本发明包括：枕梁主体盒段1，空气簧座处一位加强筋2，空气簧座处二位加强筋3，枕梁盖板4，中心销安装孔41，空气簧安装孔42，枕梁垫块43，枕梁外侧二位加强筋5，转向架用紧固件51，抗扭杆座6，扭杆座支架7，枕梁外侧一位加强筋8，中心销处加强筋9，高度阀座10。
其中，枕梁主体盒段1与枕梁盖板4相连形成箱型结构，枕梁主体盒段厚度为15mm，枕梁盖板与地铁底架边梁(图中未示出)连接区域厚度为13mm，枕梁盖板与地铁底架边梁(图中未示出)非连接区域厚度为15mm。
实施例中，枕梁主体盒段1的两端嵌入地铁底架边梁(图中未示出)后固定连接。
实施例中，枕梁盖板4的两端区域各设有一个空气簧安装孔42，中部区域设有一个中心销安装孔41，其中空气簧安装孔42的直径为100mm，中心销安装孔41的直径为180mm。
实施例中，扭杆座支架7的数量为2个，且对称安装在枕梁主体盒段的两端，扭杆座支架7与枕梁主体盒段1一端的侧面通过螺栓相连，扭杆座支架为 15mm厚的五面盒体；抗扭杆座6的数量为2个，且对称安装在枕梁主体盒段的两端，抗扭杆座6与枕梁主体盒段4的端部下部区域通过螺栓相连，抗扭杆座为π型结构，材料为Q690。
实施例中，空气簧座处一位加强筋2、空气簧座处二位加强筋3、中心销处加强筋9在枕梁主体盒段1的内部，通过螺栓将枕梁主体盒段1、枕梁盖板4、空气簧座处一位加强筋2、空气簧座处二位加强筋3、中心销处加强筋9组合成整体。其中，中心销处加强筋9、空气簧座处一位加强筋2和空气簧座处二位加强筋3的数量各为2个，且对称安装在枕梁主体盒段1中；空气簧座处一位加强筋2和空气簧座处二位加强筋3为Z型结构，厚度为10mm，材料为碳纤维复合材料；中心销处加强筋9为带封边的工字梁结构，厚度为10mm，材料为Q690。
实施例中，如图1和图2，枕梁外侧一位加强筋8的数量为2个，且对称安装在枕梁主体盒段1上；枕梁外侧一位加强筋8安装在枕梁主体盒段1的外部翻边区域，且设有一个过线管通过孔；枕梁外侧一位加强筋8的材料为Q690。
枕梁外侧二位加强筋5通过螺栓安装在枕梁主体盒段1的外部翻边区域，材料为Q690；枕梁外侧二位加强筋5含有三个过线管通过孔。
枕梁主体盒段1、枕梁外侧一位加强筋8和枕梁盖板4通过螺栓相连。
枕梁主体盒段1、枕梁外侧二位加强筋8和枕梁盖板4通过螺栓相连。
枕梁盖板4的两端与枕梁主体盒段1之间安装有多个枕梁垫块43，枕梁垫块43的材料为碳纤维复合材料。
实施例中，高度阀座10的数量为2个，且对称安装在枕梁盖板的两端，材料为铝合金。
上述枕梁主体盒段1、空气簧座处一位加强筋2、空气簧座处二位加强筋3、枕梁盖板4、枕梁垫块43、枕梁外侧二位加强筋5、扭杆座支架7、枕梁外侧一位加强筋8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。
实施例中一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，在保证枕梁结构强度的前提下，主体结构使用全碳纤维复合材料，不仅使得枕梁具备高强度(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特殊优越性能，还极大程度上改善了枕梁的轻量化，降低了能耗。
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 (7)

1.一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，包括：枕梁主体盒段（1）、枕梁盖板（2）、扭杆座支架（7）、抗扭杆座（6）、中心销处加强筋（9）、枕梁外侧一位加强筋（8），枕梁外侧二位加强筋（5），空气簧座处一位加强筋（2），空气簧座处二位加强筋（3），高度阀座（10），其特征在于：所述的枕梁主体盒段（1）与枕梁盖板（2）相互相连形成箱型结构；扭杆座支架（7）和抗扭杆座（6）安装在枕梁主体盒段（1）的两端，且与枕梁主体盒段（1）相互连接；所述的空气簧座处一位加强筋（2）、空气簧座处二位加强筋（3）和中心销处加强筋（9）都安装在枕梁主体盒段（1）的内部，且与枕梁主体盒段（1）和枕梁盖板（2）相连；所述的枕梁外侧一位加强筋（8）和枕梁外侧二位加强筋（5）分别安装在枕梁主体盒段（1）的外部翻边区域；所述的高度阀座（10）安装在枕梁盖板（2）的两端。
2.根据权利要求书1所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，其特征在于：所述的枕梁盖板（2）的两端与枕梁主体盒段（1）之间安装有多个枕梁垫块（43）。
3.根据权利要求书1所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，其特征在于：所述的枕梁主体盒段、枕梁盖板、枕梁垫块、中心销处加强筋、空气簧座处一位加强筋、空气簧座处二位加强筋和扭杆座支架的材料均为碳纤维复合材料，0°、45°、90°的铺层比例均为40：40：20。
4.根据权利要求书2所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，其特征在于：所述的枕梁外侧一位加强筋的材料为Q690。
5.根据权利要求书1所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，其特征在于：所述的枕梁外侧二位加强筋的材料为Q690。
6.根据权利要求书1所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，其特征在于：所述的抗扭杆座的材料为Q690。
7.根据权利要求书1所述的一种地铁车体碳纤维复合材料枕梁，其特征在于：所述的高度阀座的材料为铝合金。
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