CN112693484B - 一种设备舱、设备舱的上边梁及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备舱、设备舱的上边梁及其成型工艺，该上边梁包括中空管体和延伸段，中空管体由多层织物通过铺层工艺形成，并且各织物层通过胶层形成一体，中空管体的最内侧织物层围合形成环形结构，至少形成所述中空管体外表面的最外侧织物层部分向外延伸形成所述延伸段；本发明中设备舱的上边梁通过铺层工艺形成，在铺层过程中至少形成上边梁中空管体的外壁的织物层部分向外延伸形成延伸段，该延伸段能够满足上边梁与设备舱相应部件的配合装配。通过铺层工艺形成的上边梁可以通过选取合适的材料成型，能够降低上边梁重量，在保证上边梁具有足够抗弯和抗扭性能的前提下，本发明中复合材料铺层形成的上边梁重量要降低至少百分之三十。

Description

一种设备舱、设备舱的上边梁及其成型工艺

技术领域

本发明涉及轨道车辆的零部件技术领域，特别涉及一种设备舱、设备舱的上边梁及其成型工艺。

背景技术

轨道车辆成为工业发达国家缓解公路、水运和空中交通拥挤的一个重要途径，包括中国在内的世界众多国家已经把高速列车的发展作为未来列车发展的一个重要目标。当今，高速、安全、舒适成为当今高速铁路技术发展的重点，减轻动车组列车自重、提高动车组速度是铁路工业发展的目标。

其中，设备舱为形成轨道车辆的重要组件，其主要设置在车厢下部，设备舱的下边梁结构连接弯梁、横梁等结构，连接配合面比较多，相应其结构比较复杂。目前下边梁通常为铝合金件，其结构复杂，重量也比较高。

因此，如何优化设备舱的下边梁结构，在满足其与周边部件配合连接的同时，降低其重量，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种在保证上边梁具有足够抗弯和抗扭性能的前提下，重量轻的设备舱的下边梁。本发明还提供了下边梁的成型工艺及设备舱。

本发明提供一种设备舱的上边梁，包括中空管体和自所述中空管体外表面向外突出的延伸段，所述延伸段沿所述中空管体的纵向延伸，所述中空管体由多层织物通过铺层工艺形成，并且各织物层通过胶层形成一体，所述中空管体的最内侧织物层围合形成环形结构，至少形成所述中空管体外表面的最外侧织物层部分向外延伸形成所述延伸段。

本发明中设备舱的上边梁通过铺层工艺形成，在铺层过程中至少形成上边梁中空管体的外壁的织物层部分向外延伸形成延伸段，该延伸段能够满足上边梁与设备舱相应部件的配合装配。同时中空管体的结构也可以满足其他部件的装配需求。通过铺层工艺形成的上边梁可以通过选取合适的材料成型，能够降低上边梁重量，与现有铝合金上边梁相比，在保证上边梁具有足够抗弯和抗扭性能的前提下，本发明中复合材料铺层形成的上边梁重量要降低至少百分之三十。并且，对于具有多个配合面的上边梁而言，通过铺层能够降低各配合面的成型工艺。

可选的，所述中空管体包括第一铺层部和第二铺层部，所述第一铺层部包括多个依次铺设嵌套的封闭式环形结构，所述第二铺层部铺设于所述第一铺层部的外部，并且形成所述第二铺层部的每个织物层均向外延伸形成所述延伸段。

可选的，所述第一铺层部的每一个封闭式环形结构包括至少两个织物段，相邻织物段之间还设置有纵向延伸的第一纤维丝，各织物段和各第一纤维丝围合形成一个完整的封闭式环形结构。

可选的，所述第二铺层部的最内侧织物向外延伸形成所述延伸段的根部与所述第一铺层部外壁形成根部区域，所述根部区域设置有至少一根沿纵向延伸的第二纤维丝，各所述第二纤维丝通过填充于所述根部区的结合胶与所述第一铺层部、第二铺层部形成一体。

可选的，所述环形结构为多边形，所述延伸段形成于所述多边形的其中一角部，所述延伸段的横截面包括直线段，所述延伸段的一侧壁与其相邻的所述中空管体外壁位于同一平面，所述延伸段的另一侧壁通过拐弯段连接与其相邻的所述中空管体的外壁。

可选的，所述织物层包括多轴碳纤维织物、双向斜纹碳纤维织物、花纹碳纤维织物或者±45°的碳纤维织物其中一者或者几者的组合。

可选的，所述第二铺层部中的各层织物均为一整片。

此外，本发明提供了一种上述任一项所述设备舱的上边梁的成型方法，所述成型方法包括内部铺层工序和外部铺层工序，所述外部铺层工序位于所述内部铺层工序的下游，

所述内部铺层工序包括：铺层时，在牵引力的作用下，第一部分织物先通过第一预成型工位后进入第一浸胶工位中浸胶，浸胶后的织物经挤压铺设于芯模表面形成环形结构；

所述外部铺层工序包括：所述铺设于芯模表面的第一部分织物被牵引进入第二浸胶工位同时，施加预定张紧力于第二部分织物，并牵引所述第二部分织物通过第二预成型工位后进入第二浸胶工位中浸胶，同时第二部分织物铺设于所述第一部分织物表面，浸胶后的第一部分织物和第二部分织物在牵引力的作用下再次挤压并形成一个整体进入下部工序。

可选的，所述第一部分织物包括至少两组，所述内部铺层工序具体为：铺层时，在牵引力的作用下，第一组第一部分织物通过第一组第一预成型工位后进入第一组第一浸胶工位浸胶，浸胶后的织物经挤压铺设于芯模表面形成环形结构；在所述铺设于芯模表面的第一组第一部分织物进入第二组第一浸胶工位的同时，第二组第一部分织物通过第二组第一预成型工位成型后进入第二组第一浸胶工位浸胶，并铺设于所述第一组第一部分织物的表面并形成环形结构；

或者，所述第二部分织物包括第一组第二部分织物和第二组第二部分织物，所述外部铺层工艺包括：施加预定张紧力于第一组第二部分织物，并牵引所述第一组第二部分织物进入第一组第二预成型工位后进入第一组第二浸胶工位浸胶，浸胶后的第一部分织物和第一组第二部分织物在牵引力的作用下经挤压成一体并经第二级第二预成型工位进入第二组第二浸胶工位浸胶，同时施加预定张紧力于第二组第二部分织物，第二组第二部分织物经第二组第二预成型工位成型后进入第二组第二浸胶工位浸胶，并且第二组第二部分织物位于所述第一组第二部分织物外围，二者在被牵引出所述第二组第二浸胶工位同时被挤压成一体。

另外，本发明还提供了一种设备舱，包括横梁和上边梁，所述上边梁为上述任一项所述的设备舱的上边梁。

本发明中的成型方法是在上述设备舱的基础上实施的、设备舱包括上述上边梁，故该成型方法和设备舱包括上边梁的上述技术效果。

附图说明

图1为本发明一种实施例中设备舱的上边梁的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中设备舱的上边梁的三维示意图；

图3为本发明一种实施例中设备舱的上边梁工艺中预成型、浸胶的布局示意图。

其中，图1至图3中：

10-中空管体、101-外壁、11-第一铺层部、12-延伸段、121-侧壁、13-第二纤维丝、14-第二铺层部、15-第一纤维丝；31-第一组第一浸胶工位、32-第二组第一浸胶工位、33-第一组第二浸胶工位、34-第二组第二浸胶工位、21-第一组第一预成型工位、22-第二组第一预成型工位、41-第一导毡器、42-第二导毡器、50-芯模、60-框架。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，本发明提供了一种设备舱的上边梁，上边梁包括中空管体10和自中空管体10外表面向外突出的延伸段12，延伸段12的长度根据所使用车辆环境进行合理设定，例如根据延伸段12与设备舱相应部件的配合长度选定延伸段12突出中空管体10表面的长度。延伸段12沿中空管体10的纵向延伸。中空管体10的外壁可以包括多个配合面，分别用于与设备舱的弯梁、横梁或其他与上边梁具有连接配合关系的部件进行配合安装。

中空管体10由多层织物通过铺层工艺形成，并且各织物层通过胶层形成一体，各织物层之间的胶层可以通过浸胶或者涂胶或者喷胶等工艺形成。中空管体10的最内侧织物层围合形成环形结构，至少形成中空管体10外表面的最外侧织物层部分向外延伸形成延伸段12。

需要说明的是，此处将靠近中空管体10中心轴线的一侧定义为内，相应地，远离轴线靠近表面的一侧定义为外。

本发明中的上边梁的横截面大致为Q型结构。

本发明中设备舱的上边梁通过铺层工艺形成，在铺层过程中至少形成上边梁中空管体10的外壁的织物层部分向外延伸形成延伸段12，该延伸段12能够满足上边梁与设备舱相应部件的配合装配。同时中空管体10的结构也可以满足其他部件的装配需求。通过铺层工艺形成的上边梁可以通过选取合适的材料成型，能够降低上边梁重量，与现有铝合金上边梁相比，在保证上边梁具有足够抗弯和抗扭性能的前提下，本发明中复合材料铺层形成的上边梁重量要降低至少百分之三十。并且，对于具有多个配合面的上边梁而言，通过铺层能够降低各配合面的成型工艺。

在一种具体实施方式，中空管体10包括第一铺层部11和第二铺层部14，第一铺层部11包括多个依次铺设嵌套的封闭式环形结构，也就是说，各封闭式环形结构依次嵌套，即形成封闭式环形结构的织物层依次铺设于内层表面。第一铺层部11的环形结构层数可以根据使用需求设定。第二铺层部14铺设于第一铺层部11的外部，并且形成第二铺层部14的每个织物层均向外延伸形成延伸段12。

第二铺层部14的织物层铺层后的横截面与第一铺层部11的横截面形状不同，第二铺层部14的织物层铺层后形成横截面除了大致形成与第一铺层部11相近的边外，还向外延伸形成一段延伸长度段，该延伸段12可以为直线段。

本实施例中，上边梁包括呈环形结构的第一铺层部11和位于第一铺层部11外侧且部分形成延伸段12的第二铺层部14，这样第一铺层部11能够精确成型中空管体10的形状，以利于第二铺层部14铺设后外壁形状满足配合需求，并且封闭式环形结构的强度也比较高，能够满足以较小的厚度满足上边梁的使用强度，进而降低上边梁的重量。

上述各实施例中，第一铺层部11的每一个封闭式环形结构包括至少两个织物段，相邻织物段之间还设置有纵向延伸的第一纤维丝15，各织物段和各第一纤维丝15围合形成一个完整的封闭式环形结构。

本文给出了一个封闭式环形结构具有两个织物段的具体实施方式，当然围合形成一个环形结构的织物段不局限于本文描述，也可以为三个或者四个或者更多个。如图所示，上边梁的横截面由两段织物段和位于二者拼合位置的第一纤维丝15，两段或者多段织物段能够降低上边梁横截面的变形，同时，第一纤维丝15也加强了两织物段连接位置处的强度。

为了加强延伸段12根部的强度，在一种具体实施例中，第二铺层部14的最内侧织物向外延伸形成延伸段12的根部与第一铺层部11外壁形成根部区域，根部区域设置有至少一根沿纵向延伸的第二纤维丝13，各第二纤维丝13通过填充于根部区的结合胶与第一铺层部11、第二铺层部14形成一体。

上述各实施例中，环形结构可以为多边形，延伸段12形成于多边形的其中一角部，延伸段12的一侧壁121与其相邻的中空管体10外壁101位于同一平面，延伸段12的另一侧壁通过拐弯段连接与其相邻的中空管体10的外壁。

该结构的上边梁结构在不改变原设备舱各零部件的位置和结构的基础上，既能满足使用需求，又能满足装配需要且结构简单。

为了兼顾上边梁的使用强度和抗弯强度需求，织物层可以包括多轴碳纤维织物、双向斜纹碳纤维织物、花纹碳纤维织物或者±45°的碳纤维织物其中一者或者几者的组合。

上述各实施例中，第二铺层部14中的各层织物均为一整片。这样在满足纵向使用强度的基础上，同时能够提高外观美观性。

在上述各设备舱的上边梁实施例的基础上，本发明还提出了一种上边梁的成型方法，成型方法包括内部铺层工序和外部铺层工序，外部铺层工序位于内部铺层工序的下游，也就是说，上边梁在完成内部铺层工序后进入外部铺层工序。

具体地，内部铺层工序包括：铺层时，在牵引力的作用下，第一部分织物先通过第一预成型工位后进入第一浸胶工位中浸胶，浸胶后的织物经挤压铺设于芯模表面形成环形结构，并进入第二浸胶工位。第一部分织物铺层形成第一铺层部11。

外部铺层工序包括：铺设于芯模表面的第一部分织物被牵引进入第二浸胶工位同时，施加预定张紧力于第二部分织物，并牵引第二部分织物通过第二预成型工位后进入第二浸胶工位中浸胶，同时第二部分织物铺设于第一部分织物表面，浸胶后的第一部分织物和第二部分织物在牵引力的作用下再次挤压并形成一个整体进入下部工序。

第二部分织物铺层后形成第二铺层部14。

对于第一铺层部11中第一部分织物层数比较多时，还可以将内部铺层工序进一步分成第一级内部铺层工序、第二级内部铺层工序、……、第N级内部铺层工序，分别对第一组第一部分织物、第二组第一部分织物、……、第N组第一部分织物进行预成型浸胶，并且逐级挤压成一个整体。

本文给出了第一部分织物包括至少两组，内部铺层工序具体为：铺层时，在牵引力的作用下，第一组第一部分织物通过第一组第一预成型工位21预成型后进入第一组第一浸胶工位31浸胶，浸胶后的织物经挤压铺设于芯模50表面形成环形结构；在铺设于芯模50表面的第一组第一部分织物进入第二组第一浸胶工位32的同时，第二组第一部分织物通过第二组第一预成型工位22进入第二组第一浸胶工位32浸胶，并铺设于第一组第一部分织物的表面并形成环形结构。

同理，第二部分织物为两层或者多层时，一层或几层织物可以作为一个整体单独被预拉紧、预成型、浸胶挤压于已成型的第一铺层部11或者前一级已成型的第二部分织物表面。

本文给出了第二部分织物包括两部分的实施例，即第二部分织物包括第一组第二部分织物和第二组第二部分织物，外部铺层工艺包括：施加预定张紧力于第一组第二部分织物，并牵引第一组第二部分织物进入第一组第二预成型工位后进入第一组第二浸胶工位33浸胶，浸胶后的第一部分织物和第一组第二部分织物在牵引力的作用下经挤压成一体并经第二组第二预成型工位进入第二组第二浸胶工位34浸胶，同时施加预定张紧力于第二组第二部分织物，第二组第二部分织物经第二组第二预成型工位进入第二组第二浸胶工位34浸胶，并且第二组第二部分织物位于第一组第二部分织物外围，二者在被牵引出第二组第二浸胶工位34同时被挤压成一体。

第一组第二预成型工位和第二组第二预成型工位中成型结构可以成型于浸胶槽槽壁形成的进口位置。当然也可以设置成型板，附图2中示出了以浸胶槽槽壁形成预成型结构。

上述工艺中预定张紧力可以通过导毡器施加，如图2中给出了第一导毡器41和第二导毡器42，分别用于对第一组第二部分织物和第二组第二部分织物施加张紧力。导毡器为本领域常用的一种构件，本文不做赘述。

芯模50通过框架60支撑，芯模50纵向贯穿各预成型工位、浸胶工位，芯模50相对应各段的尺寸可以根据实际应用设计，另外纵向延伸的芯模在一定程度上起到各部件轴向定位的功能。

此外，本发明还提供了一种设备舱，包括横梁和上边梁，上边梁为上述任一实施例所述的设备舱的上边梁。

本发明中的成型方法是在上述设备舱的基础上实施的、设备舱包括上述上边梁，故该成型方法和设备舱包括上边梁的上述技术效果。

以上对本发明所提供的一种设备舱、设备舱的上边梁及其成型工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种设备舱的上边梁，其特征在于，包括中空管体(10)和自所述中空管体(10)外表面向外突出的延伸段(12)，所述延伸段(12)沿所述中空管体(10)的纵向延伸，所述中空管体(10)由多层织物通过铺层工艺形成，并且各织物层通过胶层形成一体，所述中空管体(10)的最内侧织物层围合形成环形结构，至少形成所述中空管体(10)外表面的最外侧织物层部分向外延伸形成所述延伸段(12)；所述中空管体(10)包括第一铺层部(11)和第二铺层部(14)，所述第一铺层部包括多个依次铺设嵌套的封闭式环形结构，所述第二铺层部(14)铺设于所述第一铺层部(11)的外部，并且形成所述第二铺层部(14)的每个织物层均向外延伸形成所述延伸段(12)；所述第一铺层部(11)的每一个封闭式环形结构包括至少两个织物段，相邻织物段之间还设置有纵向延伸的第一纤维丝(15)，各织物段和各第一纤维丝(15)围合形成一个完整的封闭式环形结构。

2.如权利要求1所述的设备舱的上边梁，其特征在于，所述第二铺层部(14)的最内侧织物向外延伸形成所述延伸段(12)的根部与所述第一铺层部外壁形成根部区域，所述根部区域设置有至少一根沿纵向延伸的第二纤维丝(13)，各所述第二纤维丝(13)通过填充于所述根部区的结合胶与所述第一铺层部、第二铺层部(14)形成一体。

3.如权利要求1所述的设备舱的上边梁，其特征在于，所述环形结构为多边形，所述延伸段(12)形成于所述多边形的其中一角部，所述延伸段(12)的横截面包括直线段，所述延伸段(12)的一侧壁与其相邻的所述中空管体(10)外壁位于同一平面，所述延伸段(12)的另一侧壁通过拐弯段连接与其相邻的所述中空管体(10)的外壁。

4.如权利要求1所述的设备舱的上边梁，其特征在于，所述织物层包括多轴碳纤维织物、双向斜纹碳纤维织物、花纹碳纤维织物或者±45°的碳纤维织物其中一者或者几者的组合。

5.如权利要求1至4任一项所述的设备舱的上边梁，其特征在于，所述第二铺层部(14)中的各层织物均为一整片。

6.一种权利要求1至5任一项所述设备舱的上边梁的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括内部铺层工序和外部铺层工序，所述外部铺层工序位于所述内部铺层工序的下游，

所述内部铺层工序包括：铺层时，在牵引力的作用下，第一部分织物先通过第一预成型工位后进入第一浸胶工位中浸胶，浸胶后的织物经挤压铺设于芯模表面形成环形结构；

所述外部铺层工序包括：所述铺设于芯模表面的第一部分织物被牵引进入第二浸胶工位同时，施加预定张紧力于第二部分织物，并牵引所述第二部分织物通过第二预成型工位后进入第二浸胶工位中浸胶，同时第二部分织物铺设于所述第一部分织物表面，浸胶后的第一部分织物和第二部分织物在牵引力的作用下再次挤压并形成一个整体进入下部工序。

7.如权利要求6所述的设备舱的上边梁的成型方法，其特征在于，所述第一部分织物包括至少两组，所述内部铺层工序具体为：铺层时，在牵引力的作用下，第一组第一部分织物通过第一组第一预成型工位进入第一组第一浸胶工位浸胶，浸胶后的织物经挤压铺设于芯模表面形成环形结构；在所述铺设于芯模表面的第一组第一部分织物进入第二组第一浸胶工位的同时，第二组第一部分织物通过第二组第一预成型工位成型后进入第二组第一浸胶工位浸胶，并铺设于所述第一组第一部分织物的表面并形成环形结构；

或者，所述第二部分织物包括第一组第二部分织物和第二组第二部分织物，所述外部铺层工艺包括：施加预定张紧力于第一组第二部分织物，并牵引所述第一组第二部分织物进入第一组第二预成型工位后进入第一组第二浸胶工位浸胶，浸胶后的第一部分织物和第一组第二部分织物在牵引力的作用下经挤压成一体并经第二组第二预成型工位成型后进入第二组第二浸胶工位浸胶，同时施加预定张紧力于第二组第二部分织物，第二组第二部分织物经第二组第二预成型工位进入第二组第二浸胶工位浸胶，并且第二组第二部分织物位于所述第一组第二部分织物外围，二者在被牵引出所述第二组第二浸胶工位同时被挤压成一体。

8.一种设备舱，包括横梁和上边梁，其特征在于，所述上边梁为权利要求1至5任一项所述的设备舱的上边梁。

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