CN110535087A - 一种纤维增强复合材料电缆槽 - Google Patents

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牛斌
苏永华
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马慧君
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Abstract

本发明属于铁路基础设施领域，涉及一种纤维增强复合材料电缆槽，包括槽体和槽盖。所述槽体为U形，包括一块底板和两块侧板；沿所述电缆槽的横向，所述底板和槽盖均呈变截面设计，且所述底板和槽盖的中间截面厚度分别大于其两侧截面厚度。所述槽体和槽盖通过卡扣连接。所述底板和所述侧板的内表面及所述槽盖的外表面分别加工有多道沿电缆槽长度方向的加劲凸起。所述槽体和所述槽盖均采用复合材料制成，且均设有多层多向增强纤维毡。本发明所述纤维增强复合材料电缆槽具有质量轻、纵向和横向强度高、刚度大、稳定性和耐久性好等优点，槽盖的安装和拆卸简单，方便电缆的维修养护。

Description

一种纤维增强复合材料电缆槽
技术领域
本发明属于铁路基础设施领域，具体涉及一种纤维增强复合材料电缆槽。
背景技术
作为电力和通信线缆的载体，安装于铁路桥梁外侧的电缆槽除了承受其自身和线缆的重量外，还要承受养护维修人员偶尔在其上行走时的活载以及风活载。
现有的电缆槽所用材料绝大多数为钢材，少数为复合材料。这些电缆槽的结构形式基本相似，槽体的底板顶面和槽盖顶面为平面；且均采用等厚度的薄板材制成，因刚度较小而容易产生翘曲变形，特别是槽体侧板的上端为自由端，更容易发生向内或向外的翘曲变形。槽体与槽盖的连接主要有三种形式，第一种是直接将两侧带直角弯钩的槽盖倒扣在槽体上，见图4a；第二种是在槽体的两块侧板上端设置凸台，将两侧带直角弯钩的槽盖倒扣在槽体的凸台上，见图4b；第三种是将槽体的两块侧板上端做成向外的直角弯钩，将槽盖一侧做成180°弯钩，安装时勾在槽体其中一块侧板的直角弯钩上，另一侧通过螺栓连接，见图4c。第一种和第二种电缆槽对槽盖向下的变形进行了约束，但是在向上的风活载作用下，槽盖就会被掀翻；相比较而言，第三种电缆槽有利于槽盖承受向上的风活载。这三种电缆槽都只是约束了槽体侧板上端向外的变形，但是都没有约束其向内的变形，上端自由的板件容易发生侧向失稳而翘曲，一旦向内的变形过大，槽体侧板上端的凸台或者直角弯钩就会失去作用。另外，当养护维修人员偶尔在电缆槽的槽盖或者槽体的底板上踩踏时，槽盖和槽体底板会发生向下的变形，如图5和图6所示，槽体侧板会发生向内的变形，该变形有时候不能恢复。若槽盖存在向下的不能恢复的变形，则容易积水，从而影响槽盖的耐久性。
若电缆槽的材质为钢板，则其很容易锈蚀，需要定期涂装，养护维修工作量大。
有鉴于此，有必要发明新型的电缆槽，从结构选型和材料选择等方面克服既有电缆槽的缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种纤维增强复合材料电缆槽，解决电缆槽的槽盖和槽体底板的横向和纵向(即长度方向)的刚度问题，防止槽体侧板的侧倾失稳，提高电缆槽的耐久性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种纤维增强复合材料电缆槽，包括槽体和槽盖，所述槽体为U形，包括一块底板和两块侧板；沿所述电缆槽的横向，所述底板和槽盖均呈变截面设计，且所述底板和槽盖的中间截面厚度分别大于其两侧截面厚度；
所述槽体和槽盖通过卡扣连接，所述卡扣包括公扣和母扣；所述侧板顶端截面增大且在竖直方向呈梭状形成公扣，所述母扣位于所述槽盖的两端且呈“裤腿型”，所述母扣由第一竖直肢和第二竖直肢构成两个裤腿，由所述两个裤腿所围成的空腔形状与所述公扣的形状相适应。
进一步的，所述底板和槽盖的顶面整体均呈圆弧状，向上凸起。
进一步的，所述公扣与所述侧板一体成型，所述母扣与所述槽盖一体成型。
进一步的，所述母扣位于所述槽盖的端部底侧且竖直向下设置，所述第一竖直肢和第二竖直肢的顶部均连接至所述槽盖的端部。
进一步的，所述底板和所述侧板的内表面及所述槽盖的外表面分别加工有多道沿电缆槽长度方向的加劲凸起。
进一步的，所述加劲凸起截面呈圆弧形、三角形或矩形。
进一步的，所述槽体和所述槽盖均采用复合材料制成，所述复合材料包括沿电缆槽长度方向连续布置的增强纤维和填充于所述增强纤维间隙中的基体材料；所述复合材料中还包括沿电缆槽长度方向连续布置的一层或者多层多向增强纤维毡；
其中，所述基体材料为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的任意一种；所述增强纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的任意一种。
进一步的，所述槽体和槽盖均采用拉挤、模压、真空浇注或树脂传递模塑(RTM)成型。
进一步的，所述槽体底部设有竖直隔板。
本发明的有益效果为：
本发明所述纤维增强复合材料电缆槽，槽体底板和槽盖的弧形变厚度设计，不仅提高了其抵抗纵向和横向弯曲的能力，而且能避免表面积水，保护其不受雨水侵蚀的影响；槽体内表面和槽盖下表面纵向加劲凸起的设计，不仅进一步提高了其抵抗纵向弯曲的能力，而且能防止薄板件屈曲失稳；槽体和槽盖采用卡扣方式连接，不仅约束了槽体侧板向内和向外的变形，防止其侧倾失稳，而且能防止在向上风活载作用下槽盖被掀翻；在槽体和槽盖的材料组成中加入多向增强纤维毡，能有效提高其横向强度。
附图说明
图1为本发明所述纤维增强复合材料电缆槽的横截面示意图。
图2为图1中A处放大示意图，图中箭头所指为电缆槽长度方向。
图3为图1中卡扣放大示意图。
图4a～4c为现有电缆槽的结构示意图。
图5为活载F作用于槽盖上时槽盖和槽体的变形示意图，图中虚线为原结构。
图6为活载F作用于槽体的底板上时槽体的变形示意图，图中虚线为原结构。
其中，1-槽体，11-底板，12-侧板，13-公扣，2-槽盖，21-母扣，(211-第一竖直肢，212-第二竖直肢，3-竖直隔板，4-加劲凸起，5-卡扣，6-增强材料，7-基体材料，8-多向增强纤维毡，9-添加剂；t1为底板中间厚度，t2为底板两侧厚度，t3为槽盖中间厚度，t4为槽盖两侧厚度；F为活载。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种纤维增强复合材料电缆槽，包括槽体1和槽盖2。所述槽体1为U形，包括一块底板11和两块侧板12。沿所述电缆槽的横向，所述底板11和槽盖2均呈变截面设计，所述底板11和槽盖2的顶面整体均呈圆弧状，向上凸起；具体的，所述底板11的中间截面厚度t2大于两侧截面厚度t1，槽盖2的中间截面厚度t4大于两侧截面厚度t3。这种弧形变厚度的设计不仅能增加中间部位的横向和纵向抗弯截面模量，从而提高其抵抗横向和纵向弯曲的能力，而且提供了横向排水坡，避免积水。
所述槽体1和槽盖2通过卡扣5连接，所述卡扣5包括公扣13和母扣21。如图3所示，所述侧板12顶端截面增大且在竖直方向呈梭状形成公扣13，所述母扣21位于所述槽盖2的两端且呈“裤腿型”，所述母扣21由第一竖直肢211和第二竖直肢212构成两个裤腿，由所述两个裤腿所围成的空腔形状与所述公扣13的形状相适应。其中，所述公扣13与所述侧板12一体成型，所述母扣21与所述槽盖2一体成型。所述母扣21位于所述槽盖2的端部底侧且竖直向下设置，所述第一竖直肢211和第二竖直肢212的顶部均连接至所述槽盖2的端部。所述公扣13比所述侧板12的厚度大，也能增大所述槽体1的抗弯截面模量，从而提高其抗纵向弯曲能力。所述母扣21的设计也能提高所述槽盖2的抗纵向弯曲能力。所述卡扣5不仅能约束所述侧板的向内和向外变形，防止其侧倾失稳，而且能防止在向上风活载作用下所述槽盖2被掀翻，另外也方便槽盖2的拆卸。卡扣的形式很多，本发明只是其中一种。
所述底板11和所述侧板12的内表面及所述槽盖2的外表面分别加工有多道沿电缆槽长度方向的加劲凸起4。所述加劲凸起4截面可为圆弧形、三角形或矩形等。所述加劲凸起4的设置是为了在尽量减小复合材料用量的前提下，不仅能增加所述槽体1和所述槽盖2的纵向抗弯截面模量，从而提高其抵抗纵向弯曲的能力，而且能够防止所述侧板12的侧倾失稳。对薄板件而言，加劲凸起相当于加劲肋，加劲肋的形状可以有多种形状。
所述槽体1底部设有竖直隔板3，目的是将电缆线和通讯信号线隔开。
所述槽体1和所述槽盖2均采用复合材料制成，如图2所示，所述复合材料包括沿电缆槽长度方向连续布置的增强纤维6和填充于所述增强纤维6间隙中的基体材料7，所述基体材料7中还加入了添加剂9，所述添加剂9可为防老剂、催化剂、阻燃剂等，目的是提高产品的物理性能。所述复合材料中还包括沿电缆槽长度方向连续布置的一层或者多层多向增强纤维毡8。其中，所述基体材料7为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的任意一种；所述增强纤维6为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的任意一种；所述多向增强纤维毡8为多向玻璃纤维毡、或者多向玄武岩纤维毡，或者多向碳纤维毡中的任意一种。
所述槽体1和槽盖2均采用拉挤、模压、真空浇注或树脂传递模塑(RTM)成型。
复合材料制品的成型工艺很多，纤维增强复合材料电缆槽采用整体拉挤、模压或真空浇注成型。以整体拉挤成型为例介绍其制作流程。首先根据产品设计尺寸开模具，以玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的任意一种作为增强纤维6，连同多向增强纤维毡8一起在砂架上排列整齐，所述增强纤维6的布置方向为电缆槽的长度方向，将增强纤维6前端穿入模具；以不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的任意一种作为基体材料7，连同其他添加剂9一起注入模具；给模具加热，使得基体材料7固化成型；在模具前端用牵引设备拉伸在模具内固化好的半成品；用切割设备按照设计尺寸切割分段，就制作完成了纤维增强复合材料电缆槽成品。与其他类似产品不同的是，所述纤维增强复合材料电缆槽中增加了多向增强纤维毡8，目的是提高电缆槽的横向拉伸和弯曲强度。如果没有布置多向增强纤维毡8，电缆槽的纵向拉伸强度超过1000MPa，横向拉伸强度只有约50MPa；布置多向增强纤维毡8之后，电缆槽的横向拉伸强度能够超过80MPa，甚至可以达到200MPa以上，纵向拉伸强度能够维持在800MPa以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维增强复合材料电缆槽，包括槽体(1)和槽盖(2)，其特征在于，所述槽体(1)为U形，包括一块底板(11)和两块侧板(12)；沿所述电缆槽的横向，所述底板(11)和槽盖(2)均呈变截面设计，且所述底板(11)和槽盖(2)的中间截面厚度分别大于其两侧截面厚度；
所述槽体(1)和槽盖(2)通过卡扣(5)连接，所述卡扣(5)包括公扣(13)和母扣(21)；所述侧板(12)顶端截面增大且在竖直方向呈梭状形成公扣(13)，所述母扣(21)位于所述槽盖(2)的两端且呈“裤腿型”，所述母扣(21)由第一竖直肢(211)和第二竖直肢(212)构成两个裤腿，由所述两个裤腿所围成的空腔形状与所述公扣(13)的形状相适应。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述底板(11)和槽盖(2)的顶面整体均呈圆弧状，向上凸起。
3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述公扣(13)与所述侧板(12)一体成型，所述母扣(21)与所述槽盖(2)一体成型。
4.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述母扣(21)位于所述槽盖(2)的端部底侧且竖直向下设置，所述第一竖直肢(211)和第二竖直肢(212)的顶部均连接至所述槽盖(2)的端部。
5.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述底板(11)和所述侧板(12)的内表面及所述槽盖(2)的外表面分别加工有多道沿电缆槽长度方向的加劲凸起(4)。
6.根据权利要求5所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述加劲凸起(4)截面呈圆弧形、三角形或矩形。
7.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述槽体(1)和所述槽盖(2)均采用复合材料制成，所述复合材料包括沿电缆槽长度方向连续布置的增强纤维(6)和填充于所述增强纤维(6)间隙中的基体材料(7)；所述复合材料中还包括沿电缆槽长度方向连续布置的一层或者多层多向增强纤维毡(8)；
其中，所述基体材料(7)为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的任意一种；所述增强纤维(6)为玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述槽体(1)和槽盖(2)均采用拉挤、模压、真空浇注或树脂传递模塑成型。
9.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料电缆槽，其特征在于，所述槽体(1)底部设有竖直隔板(3)。
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