CN113147810B - 一种列车碳纤维车身环梁结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碳纤维成型技术领域，尤其涉及一种列车碳纤维车身环梁结构，包括顶梁、两侧梁及两连接结构，两侧梁分别与顶梁两侧通过端面贴合而连接，连接结构对顶梁和侧梁的底部接缝进行覆盖，且分别与二者连接；顶梁包括上梁体和下梁体，上梁体和下梁体通过面贴合而连接；侧梁包括内梁体和外梁体，内梁体和外梁体通过面贴合而连接；顶梁、侧梁及连接结构均为碳纤维构件。本发明中环梁结构的重量有效降低，且与碳纤维的车身结构具有更好的结构兼容性，针对顶梁和侧梁可采用统一的成型方式，工艺路线简单，多结构贴合连接的方式易于实现且可有效提高结构的稳定性。本发明中还请求保护一种列车碳纤维车身环梁结构的加工方法。

Description

一种列车碳纤维车身环梁结构及其加工方法

技术领域

本发明涉及碳纤维成型技术领域，尤其涉及一种列车碳纤维车身环梁结构及其加工方法。

背景技术

碳纤维复合材料与传统的金属材料相比具有密度小、强度高、模量高等明显优势，可以使车身的重量大大减轻，实现轻量化，还可提升车体的安全性，对于列车的安全提速起着深远意义。

现有技术的列车车身环梁多采用传统的金属材料，其环梁存在加工工艺复杂且材料重量大的问题，不适用于使用碳纤维复合材料的列车。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种列车碳纤维车身环梁结构及其加工方法。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种列车碳纤维车身环梁结构。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种列车碳纤维车身环梁结构，包括顶梁、两侧梁及两连接结构，两所述侧梁分别与所述顶梁两侧通过端面贴合而连接，所述连接结构对所述顶梁和侧梁的底部接缝进行覆盖，且分别与二者连接；

所述顶梁包括上梁体和下梁体，所述上梁体和下梁体通过面贴合而连接；

所述侧梁包括内梁体和外梁体，所述内梁体和外梁体通过面贴合而连接；

其中，所述顶梁、侧梁及连接结构均为碳纤维构件。

进一步地，所述上梁体包括凹陷区域和环向外沿；

所述环向外沿在长度方向的两侧为平面结构，所述环向外沿与所述下梁体贴合，所述凹陷区域与所述下梁体间形成腔体结构。

进一步地，所述下梁体包括第一贯通凹槽和两第一侧沿；

所述第一侧沿对称设置于所述第一贯通凹槽长度方向的两侧，与所述第一贯通凹槽边缘连接，且与所述环向外沿贴合连接；所述第一贯通凹槽与所述内梁体间形成腔体结构。

进一步地，所述凹陷区域和所述第一贯通凹槽的宽度相等。

进一步地，所述外梁体包括缩进部分、两第二侧沿和连接侧沿；

所述第二侧沿、连接侧沿分别与所述缩进部分的两侧和顶部边缘连接，所述第二侧沿和连接侧沿分别与所述内梁体连接，且所述连接侧沿为平面结构，所述缩进部分与所述内梁体之间形成底部敞口的腔体结构。

进一步地，所述第二侧沿底部设置有局部延展区域。

进一步地，所述内梁体包括第二贯通凹槽和两第三侧沿；

所述第三侧沿对称设置于所述第二贯通凹槽长度方向的两侧，与所述第二贯通凹槽边缘连接，且与所述外梁体贴合连接；所述第二贯通凹槽与所述外梁体间形成腔体结构。

进一步地，所述缩进部分和所述第二贯通凹槽的宽度相等。

进一步地，还包括支撑件，安装于所述侧梁底部，且设置于所述侧梁内侧；

所述支撑件包括第四侧沿、支撑侧沿和加强结构；所述第四侧沿与所述侧梁内侧贴合连接，所述支撑侧沿与列车底部平面贴合连接，所述加强结构为相对于所述第四侧沿和支撑侧沿向列车车厢内部凸起的区域。

根据上述列车碳纤维车身环梁结构的加工方法包括以下步骤：

分别对上梁体、下梁体、内梁体、外梁体和连接结构进行成型；

完成上梁体和下梁体的连接，形成顶梁；以及完成内梁体和外梁体的连接，形成侧梁；

将顶梁和侧梁对接，且通过连接结构实现二者的连接。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本发明中环梁结构的重量有效降低，且与碳纤维的车身结构具有更好的结构兼容性，针对顶梁和侧梁可采用统一的成型方式，工艺路线简单，多结构贴合连接的方式易于实现且可有效提高结构的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为车身环梁结构的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为顶梁的结构示意图；

图4为图3中B处的局部放大图；

图5为侧梁的结构示意图；

图6为图5中C处的局部放大图；

图7为图3中D处的局部放大图；

图8为图3中E处的局部放大图；

图9为侧梁的结构示意图；

图10为图9中F处的局部放大图；

图11为图5中G处的局部放大图；

图12为图1中H处的局部放大图；

图13为支撑件的结构示意图；

附图标记：

1、顶梁；11、上梁体；11a、凹陷区域；11b、环向外沿；12、下梁体；12a、第一贯通凹槽；12b、第一侧沿；2、侧梁；21、内梁体；21a、第二贯通凹槽；21b、第三侧沿；22、外梁体；22a、缩进部分；22b、第二侧沿；22c、连接侧沿；3、连接结构；4、支撑件；41、第四侧沿；42、支撑侧沿；43、加强结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，如图1~6所示，一种列车碳纤维车身环梁结构，包括顶梁1、两侧梁2及两连接结构3，两侧梁2分别与顶梁1两侧通过端面贴合而连接，连接结构3对顶梁1和侧梁2的底部接缝进行覆盖，且分别与二者连接；顶梁1包括上梁体11和下梁体12，上梁体11和下梁体12通过面贴合而连接；侧梁2包括内梁体21和外梁体22，内梁体21和外梁体22通过面贴合而连接；其中，顶梁1、侧梁2及连接结构3均为碳纤维构件。

通过碳纤维的环梁结构替代原本的金属结构，使得环梁结构的重量有效降低，且与碳纤维的车身结构具有更好的结构兼容性，针对顶梁1和侧梁2可采用统一的成型方式，工艺路线简单，多结构贴合连接的方式易于实现且可有效提高结构的稳定性。

其中，上梁体11包括凹陷区域11a和环向外沿11b；环向外沿11b在长度方向的两侧为平面结构，环向外沿11b与下梁体12贴合，凹陷区域11a与下梁体12间形成腔体结构。

如图7所示，通过凹陷区域11a的设置，使得上梁体11的结构强度得到增强，环向外沿11b可有效的增加与下梁体12的贴合面积，从而保证顶梁1整体的结构稳定性。在环梁结构成型完成后，各环梁结构会通过沿车身长度方向设置的纵梁连接，本优选方案中环向外沿11b的端部平面结构提供与纵梁贴合连接的位置，可有效保证纵梁与环梁结构的连接稳定性。

作为上述实施例的优选，下梁体12包括第一贯通凹槽12a和两第一侧沿12b；第一侧沿12b对称设置于第一贯通凹槽12a长度方向的两侧，与第一贯通凹槽12a边缘连接，且与环向外沿11b贴合连接；第一贯通凹槽12a与内梁体21间形成腔体结构。

参见图8，第一侧沿12b为与环向外沿11b贴合的部分，而第一贯通凹槽12a的设置目的在于在整个下梁体12的长度方向上实现完整结构的增强，尤其在上梁体11端部的平面结构位置处，通过底部的第一贯通凹槽12a而形成的凸起区域实现了端部结构的加强。

出于美观性的目的考虑，凹陷区域11a和第一贯通凹槽12a的宽度相等。在此种尺寸限制下还可使得整个上梁体11和下梁体12的贴合处更加平整。

外梁体22包括缩进部分22a、两第二侧沿22b和连接侧沿22c；第二侧沿22b、连接侧沿22c分别与缩进部分22a的两侧和顶部边缘连接，第二侧沿22b和连接侧沿22c分别与内梁体21连接，且连接侧沿22c为平面结构，缩进部分22a与内梁体21之间形成底部敞口的腔体结构。

参见图9和10，本优选方案中对外梁体22进行优化，通过平面型连接侧沿22c的设置，形成了与环向外沿11b端部平面结构对接的安装平面，从而提供了与纵梁更大的连接位置，通过该连接位置的设置，可使得纵梁同时与顶梁1和侧梁2建立连接，与连接结构3共同形成连接位置的加强。另外，缩进部分22a的设置增加了整个侧梁2的结构强度，而缩进部分22a与内梁体21之间所形成的底部敞口可提供与车体底板之间更大的接触范围，从而提高环梁结构的安装稳定性。

为了使得稳定性优势更加明显，参见图10，第二侧沿22b底部设置有局部延展区域。

作为上述实施例的优选，内梁体21包括第二贯通凹槽21a和两第三侧沿21b；第三侧沿21b对称设置于第二贯通凹槽21a长度方向的两侧，与第二贯通凹槽21a边缘连接，且与外梁体22贴合连接；第二贯通凹槽21a与外梁体22间形成腔体结构。

参见图11，第三侧沿21b为与环向外沿11b贴合的部分，而第二贯通凹槽21a的设置目的和第一贯通凹槽12a的设置目的相同，在于在整个外梁体22的长度方向上实现完整结构的增强，尤其在外梁体22端部的平面结构位置处，通过第二贯通凹槽21a而形成的凸起区域实现了端部结构的加强。

同样出于美观性的目的考虑，缩进部分22a和第二贯通凹槽21a的宽度相等。为了进一步的提高环梁的整体性，优选使得凹陷区域11a、第一贯通凹槽12a、缩进部分22a和第二贯通凹槽21a的宽度均相等。

在对连接结构3进行选择的过程中，令其形状与贴合后的顶梁1和侧梁2适应性设置即可，在本优选方案中，鉴于第一贯通凹槽12a和第二贯通凹槽21a的设置，优选令连接结构3包括与两贯通凹槽贴合的凹陷部分，以及与凹陷部分两侧边缘连接的沿体结构，通过沿体结构增加与顶梁1和侧梁2的贴合面积，而凹陷部分除对两梁体进行贴合包覆外，还可对连接结构3自身起到结构加强的作用。

为了保证整个结构安装的稳定性，还包括支撑件4，安装于侧梁2底部，且设置于侧梁2内侧；支撑件4包括第四侧沿41、支撑侧沿42和加强结构43；第四侧沿41与侧梁2内侧贴合连接，支撑侧沿42与列车底部平面贴合连接，加强结构43为相对于第四侧沿41和支撑侧沿42向列车车厢内部凸起的区域。

如图12和13所示，支撑侧沿42的设置有效的增加了列车底部平面对侧梁2的支撑范围，可有效的增加环梁的安装稳定性，加强结构43起到筋体的作用提高局部的强度，同时还可适应性的与侧梁2内壁贴合。作为进一步的优选，加强结构43形成贯通上下的腔体，且底部成发散状延伸，顶部或与侧梁2间形成镂空结构，或者与侧梁2贴合，而底部的发散状区域可增加结构加强的范围，进一步提高环梁的安装稳定性。

上述列车碳纤维车身环梁结构的加工方法，包括以下步骤：

S1：分别对上梁体11、下梁体12、内梁体21、外梁体22和连接结构3进行成型；在成型过程中可采用相同的成型方法，包括但不限于选择预浸料模压或袋压等成型方式，具体形成的弯曲程度根据模具进行调节，其中所要实现的结构单元按照本发明上述实施例中的技术特征进行成型即可；

S2：完成上梁体11和下梁体12的连接，形成顶梁1；以及完成内梁体21和外梁体22的连接，形成侧梁2；在对各部分进行连接的过程中，可通过粘接、连接件固定或者二者结合的连接形式，均在本发明的保护范围内；

S3：将顶梁1和侧梁2对接，且通过连接结构3实现二者的连接；为了保护更好的对接效果，优选对接面等轮廓设置，此种优化方式也便于连接结构3的加工，同样地，连接结构3与二者的连接方式可选择粘接、连接件固定或者二者结合的连接形式。

当有支撑件4使用时，优选通过连接件建立支撑件4和侧梁2的连接关系，本发明中所指的连接件包括螺栓与螺母的使用，或者铆钉等的使用等。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，包括顶梁、两侧梁及两连接结构，两所述侧梁分别与所述顶梁两侧通过端面贴合而连接，所述连接结构对所述顶梁和侧梁的底部接缝进行覆盖，且分别与二者连接；

所述顶梁包括上梁体和下梁体，所述上梁体和下梁体通过面贴合而连接；

所述侧梁包括内梁体和外梁体，所述内梁体和外梁体通过面贴合而连接；

其中，所述顶梁、侧梁及连接结构均为碳纤维构件。

2.根据权利要求1所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述上梁体包括凹陷区域和环向外沿；

所述环向外沿在长度方向的两侧为平面结构，所述环向外沿与所述下梁体贴合，所述凹陷区域与所述下梁体间形成腔体结构。

3.根据权利要求2所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述下梁体包括第一贯通凹槽和两第一侧沿；

所述第一侧沿对称设置于所述第一贯通凹槽长度方向的两侧，与所述第一贯通凹槽边缘连接，且与所述环向外沿贴合连接；所述第一贯通凹槽与所述上梁体间形成腔体结构。

4.根据权利要求3所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述凹陷区域和所述第一贯通凹槽的宽度相等。

5.根据权利要求3所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述外梁体包括缩进部分、两第二侧沿和连接侧沿；

所述第二侧沿、连接侧沿分别与所述缩进部分的两侧和顶部边缘连接，所述第二侧沿和连接侧沿分别与所述内梁体连接，且所述连接侧沿为平面结构，所述缩进部分与所述内梁体之间形成底部敞口的腔体结构。

6.根据权利要求5所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述第二侧沿底部设置有局部延展区域。

7.根据权利要求5所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述内梁体包括第二贯通凹槽和两第三侧沿；

所述第三侧沿对称设置于所述第二贯通凹槽长度方向的两侧，与所述第二贯通凹槽边缘连接，且与所述外梁体贴合连接；所述第二贯通凹槽与所述外梁体间形成腔体结构。

8.根据权利要求7所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，所述缩进部分和所述第二贯通凹槽的宽度相等。

9.根据权利要求1所述的列车碳纤维车身环梁结构，其特征在于，还包括支撑件，安装于所述侧梁底部，且设置于所述侧梁的内侧；

所述支撑件包括第四侧沿、支撑侧沿和加强结构；所述第四侧沿与所述侧梁内侧贴合连接，所述支撑侧沿与列车底部平面贴合连接，所述加强结构为相对于所述第四侧沿和支撑侧沿向列车车厢内部凸起的区域。

10.根据权利要求1所述的列车碳纤维车身环梁结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别对上梁体、下梁体、内梁体、外梁体和连接结构进行成型；

完成上梁体和下梁体的连接，形成顶梁；以及完成内梁体和外梁体的连接，形成侧梁；

将顶梁和侧梁对接，且通过连接结构实现二者的连接。