CN114194242B - 一种轨道列车转向架构架结构及成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及列车转向架技术领域,尤其涉及一种轨道列车转向架构架结构及成型方法;结构包括两个横梁,以及分别设置在横梁两端的两个侧梁;横梁与侧梁通过连接结构连接;还包括覆盖横梁、侧梁和连接结构表面的外蒙皮;其中,每个横梁包括若干个横梁部件,每个横梁部件包括横梁芯材、以及包绕在横梁芯材侧面的第一包绕层;若干个横梁部件水平排列;每个横梁还包括包绕在所有横梁部件外侧的第二包绕层;每个侧梁包括若干个侧梁部件,每个侧梁部件包括侧梁芯材、以及包绕在侧梁芯材侧面的第三包绕层;侧梁部件水平排列,且相邻的两个侧梁部件侧面相抵。本发明提供的一种轨道列车转向架构架结构及成型方法,有效提高复合材料转向架构架的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及列车转向架技术领域,尤其涉及一种轨道列车转向架构架结构及成型方法。
背景技术
转向架是轨道列车上用于支撑车体、并且用于保证车辆有良好的直线稳定性和曲线通过能力的重要部件。转向架构架为转向架的骨架部分,用于安装转向架各部件,承受及传递垂向力、水平力,对车辆的运行品质以及乘客的运输安全起着至关重要的作用。
传统的转向架构架多为采用重量较重的传统金属材料进行制作,但随着列车速度的逐渐提升,传统金属材料越来越难满足列车的轻量化需求,而碳纤维、玻璃纤维、碳玻混合纤维等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,可以在保证结构强度的情况下大大减轻车身的重量,因此逐渐替代金属材料用来制作转向架构架。
复合材料产品的加工通常是先将复合材料织物拼成产品的形状,再用树脂浸润后固化成型,与传统金属材料的材料性质和加工工艺存在较大差异,现有技术中在制造复合材料转向架构架时沿用了传统金属材料的转向架构架结构,其结构不能很好地适应复合材料的材料特性,导致制作出来的复合材料转向架构架结构强度低。
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,提供一种轨道列车转向架构架结构及成型方法,有效提高复合材料转向架构架的结构强度。
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轨道列车转向架构架结构及成型方法,解决现有技术中传统金属材料的转向架构架结构不能很好地适应复合材料的材料特性,导致制作出来的复合材料转向架构架结构强度低的问题。
为了达到上述目的,本发明提供一种轨道列车转向架构架结构:
包括平行设置的两个横梁,以及分别设置在所述横梁两端的两个侧梁;所述横梁与所述侧梁通过连接结构连接;还包括覆盖所述横梁、所述侧梁和所述连接结构表面的外蒙皮;
其中,每个所述横梁包括若干个横梁部件,每个所述横梁部件包括横梁芯材、以及包绕在所述横梁芯材长度方向侧面的第一包绕层;若干个所述横梁部件水平方向排列,且相邻的两个所述横梁部件侧面相抵;每个所述横梁还包括包绕在所有所述横梁部件长度方向外侧的第二包绕层;
每个所述侧梁包括若干个侧梁部件,每个所述侧梁部件包括侧梁芯材、以及包绕在所述侧梁芯材长度方向侧面的第三包绕层;所述侧梁部件在水平方向排列,且相邻的两个所述侧梁部件侧面相抵。
进一步地,所述连接结构包括若干个连接层,所述连接层中间段包绕在所述横梁长度方向侧面,两端处包绕所述侧梁部件的长度方向侧面。
进一步地,所述连接层和在每端的所述侧梁部件均设置为n个,n为正整数;将最靠近横梁的一个侧梁部件定为第1个侧梁部件,则有:
第1个连接层包绕横梁和第1个侧梁部件;
第2个连接层包绕横梁和第1~2个侧梁部件;
……
第n个连接层包绕横梁和第1~n个侧梁部件。
进一步地,所述连接层设置沿所述侧梁部件长度方向延伸的补强段,所述补强段与所述侧梁部件侧面贴合。
进一步地,所述横梁的两个端面均沿竖直方向延伸的平面结构,所述平面结构与所述侧梁侧面贴合。
进一步地,所述横梁的两个端面均设置为与所述横梁的长度方向形成角度的斜面。
进一步地,若干个所述横梁部件用于相互贴合的侧面、以及若干个所述侧梁部件用于相互贴合的侧面均设置为沿竖直方向延伸的平面结构。
进一步地,所述横梁芯材和所述侧梁芯材均为泡沫结构或轻木结构。
本发明还提供一种轨道列车转向架构架成型方法,包括以下步骤:
S1:机加工形成若干个横梁芯材和若干个侧梁芯材,并在每个横梁芯材的长度方向侧面包绕第一包绕层形成横梁部件,在每个侧梁芯材的长度方向侧面包绕第三包绕层形成侧梁部件;
S2:将若干个横梁部件在水平方向侧面贴合布置,并在所有横梁部件的长度方向外侧包绕上第二包绕层,形成一个横梁,横梁制作两个;
S3:将多个侧梁部件放置在两个横梁的两端,并通过连接结构将横梁与侧梁部件连接,使每端的若干个侧梁部件在水平方向分布且侧面贴合形成一个侧梁;
S4:在两个横梁、两个侧梁和连接结构的表面包覆上外蒙皮,形成预成型件;
S5:将预成型件放入模具中,通过RTM工艺固化成型,形成转向架构架成品。
进一步地,步骤S3中,横梁与侧梁部件连接的具体步骤为:
在横梁的每端分别放置n个侧梁部件,n为正整数;将最靠近横梁的一个侧梁部件定为第1个侧梁部件,之后:
用第1个连接层包绕横梁和第1个侧梁部件;
用第2个连接层包绕横梁和第1~2个侧梁部件;
……
用第n个连接层包绕横梁和第1~n个侧梁部件;
n个连接层组合形成连接结构。
通过本发明的技术方案,可实现以下技术效果:
通过将转向架构架拆分成两个横梁和两个侧梁,使横梁和侧梁均形成线性的结构,从而方便复合材料织物通过包绕的方式形成横梁和侧梁的形状,便于人员的操作,最后再通过在外侧包裹上外蒙皮来保证转向架构架的整体性,保证转向架构架成品的结构强度。通过相抵的两个横梁部件侧面在横梁内部形成沿长度方向的加强筋结构,以及相抵的两个侧梁部件侧面在侧梁内部形成沿长度方向的加强筋结构,对横梁和侧梁的整体结构进行加强。
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为本发明实施例中轨道列车转向架构架结构的立体结构图;
图2为本发明实施例中轨道列车转向架构架结构的俯视图;
图3为本发明实施例中图2的A处剖视图;
图4为本发明实施例中图2的B处剖视图;
图5为本发明实施例中轨道列车转向架构架成型方法的步骤S1和S2的示意图;
图6~8为本发明实施例中轨道列车转向架构架成型方法的步骤S3的示意图;
图9为本发明实施例中轨道列车转向架构架成型方法的步骤S4的示意图;
附图标记:横梁1、横梁部件11、横梁芯材111、第一包绕层112、第二包绕层12、侧梁2、侧梁部件21、侧梁芯材211、第三包绕层212、连接结构3、连接层31、补强段32、外蒙皮4。
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。
本发明的一种轨道列车转向架构架结构,如图1~4所示,包括平行设置的两个横梁1,以及分别设置在横梁1两端的两个侧梁2;横梁1与侧梁2通过连接结构3连接;还包括覆盖横梁1、侧梁2和连接结构3表面的外蒙皮4。通过将转向架构架拆分成两个横梁1和两个侧梁2,使横梁1和侧梁2均形成线性的结构,从而方便复合材料织物通过包绕的方式形成横梁1和侧梁2的形状,便于人员的操作,最后再通过在外侧包裹上外蒙皮4来保证转向架构架的整体性,增加转向架构架成品的结构强度。图4所示的上下分体式外蒙皮4仅为外蒙皮4的一种实施形式,外蒙皮4还可以为直接在外侧沿着表面进行包裹的复合材料织布、或拆分成多个片体贴合在外侧表面等形式。
其中,每个横梁1包括若干个横梁部件11,每个横梁部件11包括横梁芯材111、以及包绕在横梁芯材111长度方向侧面的第一包绕层112;若干个横梁部件11水平方向排列,且相邻的两个横梁部件11侧面相抵;每个横梁1还包括包绕在所有横梁部件11长度方向外侧的第二包绕层12;在转向架构架固化成型后,相抵的两个横梁部件11侧面就会在横梁1内部形成沿长度方向的加强筋结构,从而对横梁1的整体结构进行加强。
每个侧梁2包括若干个侧梁部件21,每个侧梁部件21包括侧梁芯材211、以及包绕在侧梁芯材211长度方向侧面的第三包绕层212;侧梁部件21在水平方向排列,且相邻的两个侧梁部件21侧面相抵;在转向架构架固化成型后,相抵的两个侧梁部件21侧面就会在侧梁2内部形成沿长度方向的加强筋结构,从而对侧梁2的整体结构进行加强。
第一包绕层112、第二包绕层12、第三包绕层212、连接结构3和外蒙皮4均为复合材料结构,用于形成转向架构架的整体复合材料结构;横梁芯材111和侧梁芯材211是用于使第一包绕层112和第三包绕层212能够形成横梁部件11和侧梁部件21形状的填充件,很少或不会参与复合材料转向架构架成品的传力,因此采用泡沫结构或轻木结构即可满足生产需求,降低成本,更重要的是可以降低转向架构架成品的重量。
优选地,连接结构3包括若干个连接层31,连接层31中间段包绕在横梁1长度方向侧面,两端处包绕侧梁部件21的长度方向侧面。优选地将连接层31和在横梁1每端的侧梁部件21均设置为n个,n为正整数;将最靠近横梁1的一个侧梁部件21定为第1个侧梁部件21,则有:
第1个连接层31包绕横梁1和第1个侧梁部件21;
第2个连接层31包绕横梁1和第1~2个侧梁部件21;
……
第n个连接层31包绕横梁1和第1~n个侧梁部件21。
具体的,由于侧梁2的内部是由多个侧梁部件21贴合形成的形状,在生产过程中的转移、缠绕复合材料织物、放置等动作中,多个侧梁部件21之间容易产生错位,而采用上述结构,每个连接层31可以使对应的侧梁部件21与横梁1均产生单独的连接,并且将对应的侧梁部件21与之前的侧梁部件21进行更紧密的贴合,从而防止侧梁部件21之间的错位;另外,由于转向架构架的承重是从横梁1处向外逐渐递减的,而上述结构中,越靠近横梁1的侧梁部件21,被连接层31包绕的次数就越多,则就越能保证与横梁1之间的连接强度。
连接层31优选设置沿侧梁部件21长度方向延伸的补强段32,补强段32与侧梁部件21侧面贴合。补强段32优选设置在梁部件21远离横梁1的侧面以及靠近横梁1的侧面;远离横梁1的补强段32可以通过增加连接层31与横梁1侧面的接触面积,在横梁1产生远离侧梁部件21的趋势,导致连接层31对梁部件21远离横梁1的侧面产生压力时,补强段32增加的接触面积可以减小压强,从而保证连接的可靠性;两处的补强段32可以形成卡槽形状,从而防止横梁1与侧梁部件21之间产生角度偏差。
横梁1的两个端面均沿竖直方向延伸的平面结构,平面结构与侧梁2侧面贴合,从而保证横梁1与侧梁2之间的贴合。横梁1的两个端面均设置为与横梁1的长度方向形成角度的斜面,斜面优选使横梁1形成如图2所示的梯形形状,并且在横梁1安装时使梯形的两个短边相对,斜面可以有效防止横梁1与侧梁2之间产生如图2所示的左右方向的错位。
若干个横梁部件11用于相互贴合的侧面、以及若干个侧梁部件21用于相互贴合的侧面均设置为沿竖直方向延伸的平面结构,则横梁芯材111和侧梁芯材211对应的侧面也为平面结构,由于横梁芯材111和侧梁芯材211是通过机加工形成的,因此设置出这样的平面结构能够极大地方便横梁芯材111和侧梁芯材211的装夹并且保证装夹效果,从而提升横梁芯材111和侧梁芯材211的加工尺寸精度;同时,沿竖直方向延伸的平面结构使横梁部件11侧面形成的加强筋结构、横梁部件21侧面形成的加强筋结构也均为竖直方向的,能够更好地提升转向架构架的结构强度。
本发明的一种轨道列车转向架构架成型方法,如图5~9所示,包括以下步骤:
S1:机加工形成若干个横梁芯材111和若干个侧梁芯材211,并在每个横梁芯材111的长度方向侧面包绕第一包绕层112形成横梁部件11,在每个侧梁芯材211的长度方向侧面包绕第三包绕层212形成侧梁部件21;
S2:将若干个横梁部件11在水平方向侧面贴合布置,并在所有横梁部件11的长度方向外侧包绕上第二包绕层12,形成一个横梁1,横梁1制作两个;
S3:将多个侧梁部件21放置在两个横梁1的两端,并通过连接结构3将横梁1与侧梁部件21连接,使每端的若干个侧梁部件21在水平方向分布且侧面贴合形成一个侧梁2;
S4:在两个横梁1、两个侧梁2和连接结构3的表面包覆上外蒙皮4,形成预成型件;
S5:将预成型件放入模具中,通过RTM工艺固化成型,形成转向架构架成品。
优选地,步骤S3中,横梁1与侧梁部件21连接的具体步骤为:
在横梁1的每端分别放置n个侧梁部件21,n为正整数;将最靠近横梁1的一个侧梁部件21定为第1个侧梁部件21,之后:
用第1个连接层31包绕横梁1和第1个侧梁部件21;
用第2个连接层31包绕横梁1和第1~2个侧梁部件21;
……
用第n个连接层31包绕横梁1和第1~n个侧梁部件21;
n个连接层31组合形成连接结构3。
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 (7)
1.一种轨道列车转向架构架结构,其特征在于,包括平行设置的两个横梁(1),以及分别设置在所述横梁(1)两端的两个侧梁(2);所述横梁(1)与所述侧梁(2)通过连接结构(3)连接;还包括覆盖所述横梁(1)、所述侧梁(2)和所述连接结构(3)表面的外蒙皮(4);
其中,每个所述横梁(1)包括若干个横梁部件(11),每个所述横梁部件(11)包括横梁芯材(111)、以及包绕在所述横梁芯材(111)长度方向侧面的第一包绕层(112);若干个所述横梁部件(11)水平方向排列,且相邻的两个所述横梁部件(11)侧面相抵;每个所述横梁(1)还包括包绕在所有所述横梁部件(11)长度方向外侧的第二包绕层(12);
每个所述侧梁(2)包括若干个侧梁部件(21),每个所述侧梁部件(21)包括侧梁芯材(211)、以及包绕在所述侧梁芯材(211)长度方向侧面的第三包绕层(212);所述侧梁部件(21)在水平方向排列,且相邻的两个所述侧梁部件(21)侧面相抵;
所述连接结构(3)包括若干个连接层(31),所述连接层(31)中间段包绕在所述横梁(1)长度方向侧面,两端处包绕所述侧梁部件(21)的长度方向侧面;所述连接层(31)和在每端的所述侧梁部件(21)均设置为n个,n为正整数;将最靠近横梁(1)的一个侧梁部件(21)定为第1个侧梁部件(21),则有:
第1个连接层(31)包绕横梁(1)和第1个侧梁部件(21);
第2个连接层(31)包绕横梁(1)和第1~2个侧梁部件(21);
……
第n个连接层(31)包绕横梁(1)和第1~n个侧梁部件(21)。
2.根据权利要求1所述的轨道列车转向架构架结构,其特征在于,所述连接层(31)设置沿所述侧梁部件(21)长度方向延伸的补强段(32),所述补强段(32)与所述侧梁部件(21)侧面贴合。
3.根据权利要求1~2任一项所述的轨道列车转向架构架结构,其特征在于,所述横梁(1)的两个端面均为沿竖直方向延伸的平面结构,所述平面结构与所述侧梁(2)侧面贴合。
4.根据权利要求3所述的轨道列车转向架构架结构,其特征在于,所述横梁(1)的两个端面均设置为与所述横梁(1)的长度方向形成角度的斜面。
5.根据权利要求1所述的轨道列车转向架构架结构,其特征在于,若干个所述横梁部件(11)用于相互贴合的侧面、以及若干个所述侧梁部件(21)用于相互贴合的侧面均设置为沿竖直方向延伸的平面结构。
6.根据权利要求1所述的轨道列车转向架构架结构,其特征在于,所述横梁芯材(111)和所述侧梁芯材(211)均为泡沫结构或轻木结构。
7.一种轨道列车转向架构架成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:机加工形成若干个横梁芯材(111)和若干个侧梁芯材(211),并在每个横梁芯材(111)的长度方向侧面包绕第一包绕层(112)形成横梁部件(11),在每个侧梁芯材(211)的长度方向侧面包绕第三包绕层(212)形成侧梁部件(21);
S2:将若干个横梁部件(11)在水平方向侧面贴合布置,并在所有横梁部件(11)的长度方向外侧包绕上第二包绕层(12),形成一个横梁(1),横梁(1)制作两个;
S3:将多个侧梁部件(21)放置在两个横梁(1)的两端,并通过连接结构(3)将横梁(1)与侧梁部件(21)连接,使每端的若干个侧梁部件(21)在水平方向分布且侧面贴合形成一个侧梁(2);
S4:在两个横梁(1)、两个侧梁(2)和连接结构(3)的表面包覆上外蒙皮(4),形成预成型件;
S5:将预成型件放入模具中,通过RTM工艺固化成型,形成转向架构架成品;
其中,在步骤S3中,横梁(1)与侧梁部件(21)连接的具体步骤为:
在横梁(1)的每端分别放置n个侧梁部件(21),n为正整数;将最靠近横梁(1)的一个侧梁部件(21)定为第1个侧梁部件(21),之后:
用第1个连接层(31)包绕横梁(1)和第1个侧梁部件(21);
用第2个连接层(31)包绕横梁(1)和第1~2个侧梁部件(21);
……
用第n个连接层(31)包绕横梁(1)和第1~n个侧梁部件(21);
n个连接层(31)组合形成连接结构(3)。
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