CN113682337A - 转向架的侧梁、转向架、轨道车辆和侧梁的成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转向架的侧梁、转向架、轨道车辆和侧梁的成型工艺，所述侧梁包括中部梁体和位于所述中部梁体两端的端部梁体，所述中部梁体用于连接转向架的横梁，所述中部梁体和端部梁体由纤维复合材料一体制成，所述中部梁体内侧相对相邻所述端部梁体的内侧向内突出，形成一级台阶部，所述中部梁体内侧的中部相对所述一级台阶部向外突出形成二级台阶部，所述一级台阶部对应于和横梁连接的位置，所述二级台阶部的顶部用于支撑偏心设置的空簧。本方案中的侧梁内侧做了两级台阶设置，一级台阶部增加侧梁对应位置的厚度，以增强和横梁连接位置的强度，二级台阶部进一步内凸以提供足够的支撑面积以辅助支撑偏心设置的空簧。

Description

转向架的侧梁、转向架、轨道车辆和侧梁的成型工艺

技术领域

本发明涉及转向架技术领域，具体涉及一种转向架的侧梁、转向架、轨道车辆和侧梁的成型工艺。

背景技术

车辆减重是节约运行能耗的一种有效方式，目前在保证车辆安全性能的前提下，钢构架侧梁很难再通过结构优化进行减重，此时材料的更换是突破该技术瓶颈的一种有效手段，但仅仅进行材料更换显然无法满足车辆的行车要求。

发明内容

本发明提供一种转向架的侧梁，所述侧梁包括中部梁体和位于所述中部梁体两端的端部梁体，所述中部梁体用于连接转向架的横梁，所述中部梁体和端部梁体由纤维复合材料一体制成，所述中部梁体内侧相对相邻所述端部梁体的内侧向内突出，形成一级台阶部，所述中部梁体内侧的中部相对所述一级台阶部向外突出形成二级台阶部，所述一级台阶部对应于和横梁连接的位置，所述二级台阶部的顶部用于支撑偏心设置的空簧。

可选地，所述一级台阶部和相邻端部梁体的内侧之间，以及所述一级台阶部和所述二级台阶部之间，均平滑过渡。

可选地，所述中部梁体中部的顶部设有通气接口，用于连通空簧和所述中部梁体的内腔，所述通气接口相对所述中部梁体的纵向中线偏心设置。

可选地，所述中部梁体内侧的上、下边缘为大圆角，所述端部梁体的内侧的上、下边缘为小圆角，所述大圆角和所述小圆角之间平滑过渡；所述端部梁体的内侧设有安装制动夹钳安装座的第一安装接口。

可选地，所述中部梁体设有横梁连接孔，所述中部梁体的内腔壁设有突出的第一加强部，所述第一加强部围绕所述横梁连接孔设置。

可选地，所述端部梁体设有安装制动夹钳安装座的第一安装接口，所述端部梁体的内腔壁设有突出的第二加强部，所述第二加强部包裹所述第一安装接口。

可选地，所述中部梁体的两端斜向上延伸再大致水平延伸形成所述端部梁体。

可选地，所述端部梁体的端部包括开口朝下的圆筒结构，底部开口形成用于安装一系悬挂第二安装接口。

本发明还提供一种侧梁的成型工艺，用于成型上述任一项所述的转向架的侧梁，包括下述步骤：

预备芯模，芯模内侧形成与所述一级台阶部、二级台阶部对应的第一芯模台阶部、第二芯模台阶部；

在所述芯模上铺设纤维预浸料，形成内芯；

沿长度方向切割内芯，以取出芯模；

将切割开的内芯重新拼合后，在芯模上铺设和/或编织干丝纤维；

在压力和/或真空作用下，注入树脂固化干丝纤维；

形成侧梁。

可选地，所述芯模的外表面对应于横梁连接的位置、制动夹钳安装座连接的位置，设有凹坑，铺设纤维预浸料前，在所述凹坑内铺设加强层或加强块，形成对应的加强部。

本方案中的侧梁内侧做了两级台阶设置，一级台阶部增加侧梁对应位置的厚度，以增强和横梁连接位置的强度，二级台阶部进一步内凸以提供足够的支撑面积以辅助支撑偏心设置的空簧，而空簧偏心设置有利于转向架的稳定性，此外，一级台阶部在二级台阶部和端部梁体之间形成了过渡台阶部，从而便于工艺成型，降低一体成型工艺中中部截面突变的成型难度。可见，本方案中的侧梁在采用纤维复合材料制成以减重的基础上，满足了强度要求，并有利于转向架的稳定运行，从而满足车辆的行车要求。

本方案中的成型工艺通过芯模先制备内芯，再切割取出芯模后，将内芯拼合后继续铺设和/或编织干丝碳纤维，从而实现异形芯模的取出。而综合使用编织+铺放+RTM的成型方式有效解决了侧梁复杂形状的成型问题。

附图说明

图1为本发明实施例所提供转向架的侧梁1的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中侧梁1另一视角的示意图，示意出侧梁1的底部；

图4为图2的A-A向剖视图。

图1-4中的附图标记说明如下：

1-侧梁；

11-中部梁体；111-一级台阶部；112-二级台阶部；113-第一横梁连接孔；114-第二横梁连接孔；115-第一加强部；116-手动操作工艺孔；117-通气接口；118-大圆角；

12-端部梁体；121-圆筒结构；121a-第二安装接口；121b-工艺口；122-第一安装接口；123-第二加强部；124-小圆角。

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1-3，图1为本发明实施例所提供转向架的侧梁1的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1中侧梁1另一视角的示意图，示意出侧梁1的底部。

本实施例中转向架的侧梁1，为中空的箱型梁体结构，包括中部梁体11和位于中部梁体11两端的端部梁体12，中部梁体11和端部梁体12为一体式结构，如图1所示，侧梁1为箱型的梁体结构。其中，中部梁体11用于连接转向架的横梁，本实施中的中部梁体11设有两处横梁连接孔，用于和两根横梁建立连接，即对应的转向架具有两根大致平行布置的侧梁1，以及位于两根侧梁1之间大致平行布置的横梁。

需要说明的是，本实施例中的侧梁1由纤维复合材料一体制成纤维复合材料例如是碳纤维，或者包括碳纤维和玻璃纤维等，下面主要以碳纤维为例进行说明，其他纤维复合材料参照理解，不再一一赘述。

本文中，将侧梁1的两侧分别定义为内侧和外侧，文中除特别指名外，内、外方向是以转向架构架为基准，靠近转向架构架中部为内，远离转向架中部为外，即两根侧梁1相对的一侧为内侧，两根侧梁1相背的一侧相应地为外侧。如图1、3所示，侧梁1每一处的横梁连接孔包括位于内侧的两个第一横梁连接孔113，位于外侧的两个第二横梁连接孔114，分别位于两侧形成两组同轴对应的第一横梁连接孔113、第二横梁连接孔114，每一组第一横梁连接孔113、第二横梁连接孔114，分别用于连接对应的横梁。图1、3中，第一横梁连接孔113、第二横梁连接孔114的四周还设置手动操作工艺孔116，便于连接横梁和侧梁1的连接件的安装与拆卸。

图2中，中部梁体11的内侧相对相邻端部梁体12的内侧进一步向内突出，形成一级台阶部111，即朝向转向架的中部突出，中部梁体11的内侧的中部相对一级台阶继续向内凸形成二级台阶部112。

可结合图2理解，侧梁1的厚度沿长度方向大体一致，长度方向即图2中的左右方向，在中部梁体11的位置，由于相对凸出的一级台阶部111和二级台阶部112的存在，中部梁体11的厚度有所增加。为了避免应力集中，如图1所示，一级台阶部111和相邻端部梁体12的内侧之间，以及一级台阶部111和二级台阶部112之间，均平滑过渡。其中，一级台阶部111对应于和横梁连接的位置，如图1所示，第一横梁连接孔113设于一级台阶部111的台阶面，另外，二级台阶部112的顶部用于支撑偏心设置的空簧。空簧靠近转向架的中部作偏心设置，可改善转向架的受力状况，而此时设置突出的二级台阶部112，可以联合横梁结构为偏心设置的空簧提供整体支撑。

本实施例中的侧梁1，中部梁体11和端部梁体12由碳纤维一体制成，碳纤维材料制件具有成型尺寸以及表面质量好，可一次成型较为复合外形零部件的特点，可设计能力强，可实现主体结构整体成型，较金属侧梁制造相比，工序更为集中，且自动化程度高，人力成本也较低。碳纤维侧梁较传统金属构架在满足结构强度和使用工况的前提下，可实现至少30％的减重效果。尤为重要的是，本实施例中侧梁1的内侧做了两级台阶设置，一级台阶部111增加侧梁1对应位置的厚度，以增强和横梁连接位置的强度，二级台阶部112进一步内凸以提供足够的支撑面积以辅助支撑偏心设置的空簧，一级台阶部111在二级台阶部112和端部梁体12之间形成了过渡台阶部，从而便于工艺成型，降低一体成型工艺中中部截面突变的成型难度。

请继续参考图1、2，中部梁体11中部的顶部设有通气接口117，在中部梁体11的顶部安装有空簧安装座，空簧安装于空簧安装座后，通气接口117用于连通空簧和中部梁体11的内腔，此时，中部梁体11的内腔的一部分或全部可以作为空簧气室，也可以通过增加风缸、利用横梁内腔等方式增加气室的容积，当然，单独设置风缸等方式作为空簧的气室也可以。此处设置的通气接口117与偏心设置的空簧对应，通气接口117相对中部梁体11的纵向中线也偏心设置，这里的纵向中线处于同一纵向平面。

请参考图1、2，中部梁体11的内侧的上、下边缘设置为大圆角118，端部梁体12内侧的上、下边缘则为小圆角124，其中，大圆角118和小圆角124之间平滑过渡，大圆角118和小圆角124是相对的概念，根据侧梁1的结构尺寸、装配需求等设计。中部梁体11的大圆角118结构有助于碳纤维工艺成型，端部梁体12的内侧安装有制动夹钳安装座，用于固定安装制动夹钳，此时，中部梁体11的大圆角118逐步向两侧过渡为较小的小圆角124，以满足制动夹钳安装座的第一安装接口122应用要求。

请继续参考图4，图4为图2的A-A向剖视图。

进一步地，中部梁体11的内腔壁，对应于和横梁连接的位置，设有突出的由碳纤维制成的第一加强部115，本文所述内腔壁的“内腔”是指侧梁1的空心腔室，区分于侧梁1的外部环境，与上文内侧非同一参考系。如图4所示，中部梁体11的两端设有横梁连接孔，横梁受力复杂且载荷较大，第一加强部115围绕横梁连接孔设置，从而加强与横梁连接位置的强度。另外，如图4所示，第一加强部115包裹住手动操作工艺孔116。

同样，端部梁体12的内腔壁，对应于和制动夹钳安装座连接的位置，设有突出的由碳纤维制成的第二加强部123。如图4所示，端部梁体12设有安装制动夹钳安装座的第一安装接口122，第二加强部123包裹住第一安装接口122，即第一安装接口122开设于第二加强部123，从而在第一安装接口122位置进行补强，以适应制动夹钳较大制动反力。

本实施例中，侧梁1呈中部下凹的倒“几”形，下凹部分为中部梁体11，中部梁体11两端的部分为端部梁体12，如图4所示，中部梁体11的两端斜向上延伸再大致水平延伸形成端部梁体12。端部梁体12用于安装一系悬挂，需要具有一定的高度，端部梁体12下倾一定角度降低至中部梁体11的高度，衔接中部梁体11，以避免和车体干涉，并完成和横梁的连接，可见，该下凹设置方式可充分利用空间，而碳纤维抗拉强度较高，也适应于此种结构设计。

如图3所示，端部梁体12大体为矩形方筒结构，端部梁体12包括大致平直的平直段和下倾以衔接中部梁体11的倾斜段，平直段的中部并不是矩形方筒结构，而是圆筒结构121，圆筒结构121底部开口形成一系悬挂的一系弹簧的第二安装接口121a，一系悬挂可包括螺旋钢圆弹簧和垂向减振器，圆筒结构121的顶部设有用于拆卸螺旋钢圆弹簧的工艺口121b，如图1所示的圆形工艺口121b，端部梁体12平直段包括圆筒结构121和位于圆筒结构121外端的方筒结构，垂向减振器可以安装于方筒结构的下方。平直段衔接于下倾段的位置设置制动夹钳安装座的第一安装接口122。

以上示例说明了侧梁1的具体结构，可知，端部梁体12不限于图1-4所示的结构，以图4为视角，圆筒结构121至端部梁体12端口的一段作为一系悬挂安装部，可以与端部梁体12的其他部分分体设置，一系悬挂安装部可以是和图1中端部梁体12端部相同的筒形结构，也可以是板状结构，板状结构的一部分设置为圆形用于对应一系悬挂，分体设置的一系悬挂安装部可以是金属制成。用于安装一系悬挂的端部梁体12也不限于整体是中空结构，仍以图4为视角，安装一系悬挂的位置至端口可以设置为平板结构，此时平板结构具备一定的弹性，可以和一系悬挂共同提供弹性，或者直接作为一系悬挂使用。

下面描述上述实施例中侧梁1的成型工艺：

首先，预备芯模，芯模例如可以是金属制成，芯模按照所需成型侧梁1的形状设计，比如，芯模也包括内侧和外侧，其中内侧形成与第一台阶部、第二台阶部对应的第一芯模台阶部、第二芯模台阶部；

然后，在芯模上铺设碳纤维预浸料，铺设的碳纤维预浸料形成内芯，此时内芯的厚度小于所需成型的侧梁1厚度；

再沿芯模的长度方向切割内芯，以取出芯模，切割方式有利于异形结构的芯模的脱模；

切割后的内芯包括两半，此时，将切割开的内芯再重新拼合形成完整空心梁体状的内芯，此时的内芯相对较薄，此后再在重新拼合的内芯的外侧继续铺设干丝碳纤维，铺设干丝碳纤维时可以采用定型胶，加强局部承载能力，在铺设干丝碳纤维时，为了增加干丝碳纤维连续性，可结合三维编织技术共同实现干丝碳纤维铺层结构，在达到侧梁1整体厚度要求后，不再继续铺设干丝碳纤维。

最后，可在压力和/或真空作用下，注入树脂以固化干丝碳纤维，从而形成侧梁1。

上述在注入树脂、固化时，可采用RTM工艺+热压罐进行侧梁1的整体成型，最终成型碳纤维材质的侧梁1。侧梁1脱模后，使用机械加工形式对侧梁1的横梁连接孔、工艺口121b、安装接口、手动操作工艺孔116等位置进行加工。其中第一安装接口122、手动操作工艺孔116可以在第一加强部115、第二加强部123的位置加工，形成的第一安装接口122、手动操作工艺孔116分别由第一加强部115、第二加强部123包裹。

为了形成上述的第一加强部115、第二加强部123，芯模的外表面对应于横梁连接的位置、制动夹钳安装座连接的位置，设有凹坑，在上述铺设碳纤维预浸料前，可事先在凹坑内铺设加强层或加强块，形成对应的第一加强部115、第二加强部123。

该成型工艺通过芯模先制备内芯，再切割取出芯模后，将内芯拼合后继续铺设和/或编织干丝碳纤维，从而实现异形芯模的取出。本实施例中侧梁形状复杂，包括圆筒结构121、二级台阶设计、渐变圆角等，综合使用编织+铺放+RTM的成型方式有效解决了侧梁1复杂形状的成型问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.转向架的侧梁，所述侧梁(1)包括中部梁体(11)和位于所述中部梁体(11)两端的端部梁体(12)，所述中部梁体(11)用于连接转向架的横梁，其特征在于，所述中部梁体(11)和端部梁体(12)由纤维复合材料一体制成，所述中部梁体(11)内侧相对相邻所述端部梁体(12)的内侧向内突出，形成一级台阶部(111)，所述中部梁体(11)内侧的中部相对所述一级台阶部(111)向外突出形成二级台阶部(112)，所述一级台阶部(111)对应于和横梁连接的位置，所述二级台阶部(112)的顶部用于支撑偏心设置的空簧。

2.如权利要求1所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述一级台阶部(111)和相邻端部梁体(12)的内侧之间，以及所述一级台阶部(111)和所述二级台阶部(112)之间，均平滑过渡。

3.如权利要求1所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述中部梁体(11)中部的顶部设有通气接口(117)，用于连通空簧和所述中部梁体(11)的内腔，所述通气接口(117)相对所述中部梁体(11)的纵向中线偏心设置。

4.如权利要求1所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述中部梁体(11)内侧的上、下边缘为大圆角(118)，所述端部梁体(12)的内侧的上、下边缘为小圆角(124)，所述大圆角(118)和所述小圆角(124)之间平滑过渡；所述端部梁体(12)的内侧设有安装制动夹钳安装座的第一安装接口(122)。

5.如权利要求1所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述中部梁体(11)设有横梁连接孔，所述中部梁体(11)的内腔壁设有突出的第一加强部(115)，所述第一加强部(115)围绕所述横梁连接孔设置。

6.如权利要求1所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述端部梁体(12)设有安装制动夹钳安装座的第一安装接口(122)，所述端部梁体(12)的内腔壁设有突出的第二加强部(123)，所述第二加强部(123)包裹所述第一安装接口(122)。

7.如权利要求1-6任一项所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述中部梁体(11)的两端斜向上延伸再大致水平延伸形成所述端部梁体(12)。

8.如权利要求所述的转向架的侧梁，其特征在于，所述端部梁体(12)的端部包括开口朝下的圆筒结构(121)，底部开口形成用于安装一系悬挂第二安装接口(121a)。

9.转向架，包括构架，所述构架设有侧梁，其特征在于，所述侧梁为权利要求1-8任一项所述的侧梁。

10.轨道车辆，包括转向架，其特征在于，所述转向架为权利要求9所述的转向架。

11.侧梁的成型工艺，用于成型权利要求1-8任一项所述的转向架的侧梁(1)，其特征在于，包括下述步骤：

预备芯模，芯模内侧形成与所述一级台阶部、二级台阶部对应的第一芯模台阶部、第二芯模台阶部；

在所述芯模上铺设纤维预浸料，形成内芯；

沿长度方向切割内芯，以取出芯模；

将切割开的内芯重新拼合后，在芯模上铺设和/或编织干丝纤维；

在压力和/或真空作用下，注入树脂固化干丝纤维；

形成侧梁(1)。

12.如权利要求11所述的侧梁的成型工艺，其特征在于，所述芯模的外表面对应于横梁连接的位置、制动夹钳安装座连接的位置，设有凹坑，铺设纤维预浸料前，在所述凹坑内铺设加强层或加强块，形成对应的加强部。

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