CN206187016U - 纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱 - Google Patents

Abstract

一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，包括前顶(1)与底板(2)，前顶与底板均包括上蒙皮(4)、下蒙皮(5)及泡沫芯材(6)，上蒙皮、下蒙皮及补强层均采用纤维增强复合材料，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的树脂均为阻燃环氧树脂，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的增强织物均为铺叠在一起的多层，多层增强织物采用碳纤维织物、玻璃纤维织物、碳纤维‑玻璃纤维混编织物中的一种或两种以上的组合，且上蒙皮与下蒙皮的厚度均为3mm～8mm。本实用新型具有显著减重效果，可有效节省能源，本实用新型的机车驾驶舱制备方法使用真空辅助成型工艺制备驾驶舱舱体，成本低，易于整体化成型，简化了繁琐的零部件装配过程。

Description

纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱

技术领域

本实用新型涉及高速轨道交通设备，特别的，涉及一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱。

背景技术

在高速轨道交通领域，复合材料正成为越来越重要的一类材料，除用作内部设备和装饰材料外，在承重结构上的应用也越来越广泛，用复合材料做成的构件，重量轻、强度高、刚性大，是一种理想的结构件。复合材料产品制造多数是成型件，制造出的产品，不需进行机械加工，生产效率高，制造成本低。复合材料在轨道交通车辆中广泛应用，对减轻车厢重量，降低噪声、振动，提高安全性、舒适性，减少维修等均有重要作用。

目前，机车驾驶舱的舱体结构均为金属制造，这种结构的缺点是：重量过重、易受环境影响而腐蚀、成形过程中受焊接影响易导致变形。而复合材料的机车驾驶舱舱体结构尚未见报道。

复合材料已逐渐成为铁路车辆的主要用材，并且随着客货运列车向高速化、重载化、舒适化、安全化方向的发展而起着越来越重要的作用，在机车车辆不同结构区域用复合材料替代原有金属结构是一个不断探索的过程。

中国专利201510579742.9公开了一种碳纤维复合材料车体，该方案也只是提到将碳纤维复合材料用于车体，其碳纤维复合材料中碳纤维具体如何分布以及能达到什么技术性能要求均未提及，且机车两端的驾驶舱比机车中间的车厢在防火、隔热、隔音、及抗高速冲击方面的要求均要高，因此，需要一种专门针对机车驾驶舱的方案来解决这个问题，在减轻车体重量、降低成本的同时，又能满足机车驾驶舱的各项性能要求。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，包括前顶1与底板2，底板通过补强层3粘接在前顶的底部，粘接成一体的前顶与底板构成驾驶舱舱体，所述前顶与底板均包括上蒙皮4、下蒙皮5及泡沫芯材6，所述上蒙皮、下蒙皮及补强层均采用纤维增强复合材料，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的树脂均为阻燃环氧树脂，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的增强织物均为铺叠在一起的多层，前顶及底板 中的增强织物均采用碳纤维织物、玻璃纤维织物及碳纤维-玻璃纤维混编织物中的一种或几种，且前顶与底板中上蒙皮与下蒙皮厚度均在3mm～8mm之间。

进一步的，所述上蒙皮及下蒙皮中的增强织物的铺叠层数等于8～12层，补强层中的增强织物为铺叠层数不少于6层的多轴碳纤维织物，且上蒙皮、下蒙皮及补强层中的织物面密度均在350g/㎡～650g/㎡之间。

进一步的，所述上蒙皮、下蒙皮及补强层中的织物均由面密度为400g/㎡、方向为(0°，90°)以及面密度为600g/㎡、方向为(+45°，-45°)的两种多轴织物交替铺叠构成，上蒙皮中各层织物的铺层依次为(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)；下蒙皮中各层织物的铺层依次为(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)。

所述泡沫芯材采用PET泡沫、酚醛泡沫、PMI泡沫、PVC泡沫中的任意一种。

进一步的，所述前顶底部边缘设有与底板边缘配合的横截面呈L形的卡接边11，L形卡接边为前顶与底板的粘接处，且整个底板被包围在前顶的壳体内，补强层贴粘在驾驶舱内前顶与底板接合的缝隙处并将缝隙覆盖，补强层上部与前顶下蒙皮贴粘，补强层的下部与底板上蒙皮贴粘。

进一步的，所述前顶的上蒙皮最外层的增强织物设置或替换为斜纹碳纤维织物。

所述前顶及底板分别为通过模具一体成型的结构，且前顶上开设有沿厚度方向贯穿上蒙皮、泡沫芯材及下蒙皮的窗孔与灯孔，窗孔与灯孔内装设有便于安装窗框与灯框的飞边。

用于制作前顶与底板的模具在铺设上蒙皮或下蒙皮前涂覆有透明胶衣，透明胶衣固化后的厚度不超过0.6mm。

优选的，所述透明胶衣固化后的厚度为0.25mm～0.6mm。

所述底板上设有用于与外部装置固连的金属预埋件7，金属预埋件一端预埋在底板下蒙皮与泡沫芯材之间，另一端穿过底板下蒙皮伸至底板外。

根据所述纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，本实用新型还提供了一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱的制备方法，包括以下步骤：

1)机车驾驶舱前顶制备

1-a.前顶模具准备；将模具表面清洁干净，然后在模具表面擦拭脱模剂，晾干备用；

1-b.刷涂胶衣；将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在模具上，胶衣固化后的厚度≤0.6mm；

1-c.铺层与配胶；胶衣固化后，按照上蒙皮/泡沫芯材/下蒙皮的顺序铺放原材料，调配 阻燃环氧树脂胶；

1-d.成型；采用VARI(真空辅助成型)工艺注胶整体成型；

1-e.固化和脱模；驾驶舱前顶蒙皮凝胶后，拆卸前顶模具，将机车驾驶舱前顶取出。

2)机车驾驶舱底板制备

2-a.底板模具准备；将模具表面清洁干净，然后在模具表面擦拭脱模剂，晾干备用；

2-b.刷涂胶衣；将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在模具上，胶衣固化后的厚度≤0.6mm；

2-c.铺层与配胶；胶衣固化后，按照下蒙皮/泡沫芯材/上蒙皮的顺序铺放原材料，调配阻燃环氧树脂胶；

2-d.成型；采用VARI(真空辅助成型)工艺注胶整体成型；

2-e.固化和脱模；驾驶舱底板蒙皮凝胶后，拆卸底板模具，将机车驾驶舱底板取出。

3)前顶与底板粘结与补强

3-a.前顶与底板的粘接

先将驾驶舱前顶与底板分别放置在前顶模具与底板模具内，然后在前顶与底板的接合处(即底板边缘与前顶L形卡接边处)分别刷涂腻子，一方面对驾驶舱的前顶和底板起初步粘结作用，另一方面将前顶与底板之间的缝隙填充，再将底板模具和前顶模具固定在一起，将前顶和底板接缝处挤出的腻子清理干净。

3-b.前顶与底板的补强

腻子固化后，在补强区域手糊6层以上增强织物，用真空袋压成型。

4)机车驾驶舱舱体的后固化

前顶与底板的补强层凝胶后，将整个舱体和模具置入烘箱，开始加热升温，保持80℃恒温5个小时，停止加热，模具温度降到50℃时，可以拆模，将机车驾驶舱舱体取出。

所述机车驾驶舱的制备方法中，步骤1与步骤2的工艺过程可分别同时进行。

步骤1与步骤2中所用的阻燃环氧树脂的粘度为100～300mPa﹒s

步骤3中的腻子可采用与步骤1与步骤2相同的阻燃环氧树脂再加填料调配制成。

有益效果：本实用新型提出一种纤维增强泡沫芯材结构复合材料机车驾驶舱及其制备方法，机车驾驶舱舱体采用了纤维增强泡沫芯材结构，相对于金属结构的机车驾驶舱舱体，具有显著减重效果(减重量达60％)，可有效节省能源，对于纤维增强复合材料在机车驾驶舱上的应用有着极其重要的意义，具有很大的发展空间和广阔的市场应用前景；使用复合材料制备机车驾驶舱舱体，对于提高复合材料在铁路车辆上的应用水平，促进铁路事业的持续发展也有着重要意义。

本实用新型的机车驾驶舱制备方法使用真空辅助成型(VARI)工艺制备驾驶舱舱体，成本低，易于整体化成型，简化了繁琐的零部件装配过程。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的机车驾驶舱立体结构图；

图2是本实用新型优选实施例的机车驾驶舱仰视图；

图3是本实用新型优选实施例的前顶仰视图；

图4是本实用新型图3中的I处局部放大视图；

图5是本实用新型优选实施例的底板剖面图；

图6是本实用新型优选实施例的前顶剖面图；

图7是本实用新型优选实施例的窗孔及灯孔示意图；

图8是本实用新型图7中的B-B剖视图。

图中：1-前顶，11-卡接边，12-窗孔，13-灯孔，14-飞边，2-底板，3-补强层，4-上蒙皮，5-下蒙皮，6-泡沫芯材，7-金属预埋件。

具体实施方式

以下接合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1～图6的一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，包括分别前顶1与底板2，底板2通过补强层3粘接在前顶1的底部，粘接成一体的前顶1与底板2构成驾驶舱舱体，前顶与底板均包括上蒙皮4、下蒙皮5及泡沫芯材6，上蒙皮、下蒙皮及补强层均采用纤维增强复合材料，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的树脂均为阻燃环氧树脂，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的增强织物均为铺叠在一起的10层，前顶中的增强织物采用多轴碳纤维织物、多轴玻璃纤维织物及碳纤维-玻璃纤维混编织物中的一种或几种，底板中的增强织物采用碳纤维织物、玻璃纤维织物及碳纤维-玻璃纤维混编织物中的一种或几种，且前顶与底板中上蒙皮与下蒙皮厚度均在3mm～8mm之间。

下面通过实施例1～实施例3及对比例1、对比例2来阐述本实用新型的技术效果：

实施例1～实施例3中，前顶1底部边缘设有与底板边缘配合的横截面呈L形的卡接边 11，L形卡接边位置处为前顶与底板的粘接处，且整个底板2被包围在前顶1的壳体内，补强层3贴粘在驾驶舱内前顶与底板接合的缝隙处并将缝隙覆盖，补强层上部与前顶下蒙皮贴粘，补强层的下部与底板上蒙皮贴粘，且实施例1～实施例3中，补强层呈折弯式结构，补强层的折弯角等于补强位置处前顶与底板之间的夹角。

实施例1～实施例3中，前顶的上蒙皮及下蒙皮均采用多轴织物时，上蒙皮中各层织物的铺层依次为(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)；下蒙皮中各层织物的铺层依次为(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)。

实施例1～实施例3中，前顶上蒙皮中最外一层织物(即第一层织物)均用斜纹碳纤维织物代替。实施例1～实施例3中，前顶及底板中各层织物的面密度均在350g/㎡～650g/㎡之间。

实施例1～实施例3中，补强层为6层多轴碳纤维织物，补强层中的织物均由面密度为400g/㎡、方向为(0°，90°)以及面密度为600g/㎡、方向为(+45°，-45°)的两种多轴织物交替铺叠构成，补强层中各层织物的铺层依次为(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)/(0°，90°)/(+45°，-45°)，参见图1，补强层贴粘在驾驶舱内前顶与底板接合的缝隙处并将全部缝隙覆盖，参见图4，补强层上部与前顶下蒙皮贴粘，补强层的下部与底板上蒙皮贴粘，补强层的总宽度为200～300mm，折弯后上部与下部各占一半宽度并分别与前顶及底板贴粘在一起。

参见图7与图8，前顶上开设有沿厚度方向贯穿上蒙皮、泡沫芯材及下蒙皮的窗孔12与灯孔13，窗孔与灯孔内装设有便于安装窗框与灯框的飞边14，本实施例中，飞边呈法兰边结构并向驾驶舱内凸起，同时驾驶舱外侧(即上蒙皮一侧)内凹，以方便安装窗框与灯框，飞边用于挡住窗框与灯框并对窗框与灯框起支撑定位作用。

实施例1：

上蒙皮与下蒙皮的厚度为3mm。

纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱实施例1的制备方法：

1)机车驾驶舱舱体前顶制备

将前顶模具表面清洁干净，然后在驾驶舱前顶模具表面擦拭3遍脱模剂，晾干之后，将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在前顶模具上，控制胶衣厚度在0.4mm左右，胶衣凝胶固化后，先铺设一层斜纹碳纤维织物，然后依次铺放9层多轴碳纤维织物/PET泡沫/10层多轴碳纤维织物，调配阻燃环氧树脂，通过VARI工艺注胶，室温固化24小时后，拆卸前顶模具，将机车驾驶舱的前顶取出。

2)机车驾驶舱舱体底板制备

将底板模具表面清洁干净，然后在底板模具表面擦拭3遍脱模剂，晾干之后，将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在底板模具上，控制胶衣厚度在0.4mm左右，胶衣凝胶后，依次铺放10层碳纤维织物/金属预埋件/PET泡沫/10层碳纤维织物，调配阻燃环氧树脂，通过VARI工艺注胶，室温固化24小时后，拆卸底板模具，将机车驾驶舱的底板取出。

3)驾驶舱舱体前顶与底板粘结与补强

先分别将驾驶舱前顶与底板放置到前顶模具与底板模具内，然后在前顶与底板的接合处分别刷涂腻子，再将底板模具和前顶模具固定在一起，将前顶和底板接缝处挤出的腻子清理干净，腻子固化后，手糊6层多轴碳纤维织物，用真空袋压工艺成型。

4)机车驾驶舱舱体的后固化

前顶与底板的补强层凝胶后，将整个舱体和两个模具的接合体置入烘箱，开始加热升温，保持80℃恒温5个小时，停止加热，模具温度降到50℃时，开始拆模，将机车驾驶舱舱体取出。

实施例2：

上蒙皮与下蒙皮的厚度为6mm。

纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱实施例2的制备方法：

1)机车驾驶舱舱体前顶制备

将前顶模具表面清洁干净，然后在前顶模具表面擦拭3遍脱模剂，晾干之后，将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在模具上，控制胶衣厚度在0.4mm左右，胶衣凝胶固化后，先铺设一层斜纹碳纤维织物，然后依次铺放9层多轴玻璃纤维织物/酚醛泡沫/10层多轴玻璃纤维织物，调配阻燃环氧树脂，通过VARI工艺注胶，室温固化24小时后，拆卸模具，将机车驾驶舱的前顶取出。

2)机车驾驶舱舱体底板制备

将底板模具表面清洁干净，然后在底板模具表面擦拭3遍脱模剂，晾干之后，将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在模具上，控制胶衣厚度在0.3mm左右，胶衣凝胶固化后，依次铺放10层玻璃纤维织物/金属预埋件/酚醛泡沫/10层玻璃纤维织物，调配阻燃环氧树脂，通过VARI工艺注胶，室温固化24小时后，拆卸底板模具，将机车驾驶舱的底板取出。

3)驾驶舱舱体前顶与底板粘结与补强

先分别将驾驶舱前顶与底板放置到前顶模具与底板模具内，然后在前顶与底板的接合处分别刷涂腻子，再将底板模具和前顶模具固定在一起，将前顶和底板接缝处挤出的腻子清理干净，腻子固化后，手糊6层多轴玻璃纤维织物，用真空袋压工艺成型。

4)机车驾驶舱舱体的后固化

前顶与底板的补强层凝胶后，将整个舱体和两个模具的接合体置入烘箱，开始加热升温，保持80℃恒温5个小时，停止加热，模具温度降到50℃时，开始拆模，将机车驾驶舱舱体取出。

实施例3：

上蒙皮与下蒙皮的厚度为8mm。

纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱的制备方法实施例3：

1)机车驾驶舱舱体前顶制备

将前顶模具表面清洁干净，然后在前顶模具表面擦拭3遍脱模剂，晾干之后，将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在前顶模具上，控制胶衣厚度在0.5mm左右，胶衣凝胶固化后，先铺设一层斜纹碳纤维织物，然后依次铺放9层碳纤维-玻璃纤维混编织物/PMI泡沫/10层碳纤维-玻璃纤维混编织物，调配阻燃环氧树脂，通过VARI工艺注胶，室温固化24小时后，拆卸前顶模具，将机车驾驶舱的前顶取出。

2)机车驾驶舱舱体底板制备

将底板模具表面清洁干净，然后在底板模具表面擦拭3遍脱模剂，晾干之后，将调配好的透明胶衣均匀的刷涂在底板模具上，控制胶衣厚度在0.4mm左右，胶衣凝胶固化后，依次铺放10层碳纤维-玻璃纤维混编织物/金属预埋件/PMI泡沫/10层碳纤维-玻璃纤维混编织物，调配阻燃环氧树脂，通过VARI工艺注胶，室温固化24小时后，拆卸模具，将机车驾驶舱的底板取出。

3)驾驶舱舱体前顶与底板粘结与补强

先分别将驾驶舱前顶与底板放置到前顶模具与底板模具内，然后在前顶与底板的接合处分别刷涂腻子，再将底板模具和前顶模具固定在一起，将前顶和底板接缝处挤出的腻子清理干净。腻子固化后，手糊6层碳纤维织物，用真空袋压工艺成型。

4)机车驾驶舱舱体的后固化

前顶与底板的补强层凝胶后，将整个舱体和两个模具的结合体置入烘箱，开始加热升温，保持80℃恒温5个小时，停止加热，模具温度降到50℃时，开始拆模，将机车驾驶舱舱体取出。

实施例1～实施例3中采用的阻燃环氧树脂的粘度均为300mPa·s。

对比例1

对比例1中上蒙皮与下蒙皮的厚度为2.5mm，其余各条件与参数与实施例1相同。

对比例2

对比例2中上蒙皮与下蒙皮的厚度为8.5mm；其余各条件与参数与实施例2相同。

分别对实施例1～实施例3及对比例1、对比例2先后进行称重测试、隔音测试、以及用重量为1kg、速度为320km/h的铝块对驾驶舱进行高速冲击，再进行点燃测试，得到各实施例与对比例的效果对比如表一。

表一

	减重量	隔声量	抗高速冲击性能	上下蒙皮厚度
					实施例1	63％	38dB	未穿透	3mm
实施例2	60.5％	42dB	未穿透	6mm
					实施例3	58％	45dB	未穿透	8mm
对比例1	64％	36dB	穿透	2.5mm
					对比例2	57％	46dB	未穿透	8.5mm

本实用新型的实施例1～实施例3及对比例1、对比例2中机车复合材料驾驶舱的尺寸为：长3960mm、宽3098mm、高2510mm，实施例1～实施例3所制试件各附件装配完后整体的重量均为2500～2600kg，相对现有的金属驾驶舱重量约减轻60％，且采用本实用新型的纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱经实验检测后，阻燃等级符合DIN5510-2:2009防火等级S3等级要求，隔热性能、隔声性能符合TB/T 3107-2011《铁道客车单元式组合车窗》标准要求，抗高速冲击性能符合UIC CODE 651-2002《轨道车辆司机室》标准要求。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，其特征在于，包括前顶(1)与底板(2)，底板通过补强层(3)粘接在前顶的底部，粘接成一体的前顶与底板构成驾驶舱舱体，所述前顶与底板均包括上蒙皮(4)、下蒙皮(5)及泡沫芯材(6)，所述上蒙皮、下蒙皮及补强层均采用纤维增强复合材料，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的树脂均为阻燃环氧树脂，上蒙皮、下蒙皮及补强层中的增强织物均为铺叠在一起的多层，前顶及底板中的增强织物均采用碳纤维织物、玻璃纤维织物及碳纤维-玻璃纤维混编织物中的一种或几种，且前顶与底板中上蒙皮与下蒙皮厚度均在3mm～8mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，其特征在于，所述泡沫芯材采用PET泡沫、酚醛泡沫、PMI泡沫、PVC泡沫中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，其特征在于，所述前顶底部边缘设有与底板边缘配合的横截面呈L形的卡接边(11)，L形卡接边为前顶与底板的粘接处，且整个底板被包围在前顶的壳体内，补强层贴粘在驾驶舱内前顶与底板接合的缝隙处并将缝隙覆盖，补强层上部与前顶下蒙皮贴粘，补强层的下部与底板上蒙皮贴粘。

4.根据权利要求1所述的一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，其特征在于，所述前顶的上蒙皮最外层的增强织物为斜纹碳纤维织物。

5.根据权利要求1所述的一种纤维增强泡沫夹芯结构复合材料机车驾驶舱，其特征在于，所述前顶及底板分别为通过模具一体成型的结构，且前顶上开设有沿厚度方向贯穿上蒙皮、泡沫芯材及下蒙皮的窗孔(12)与灯孔(13)，窗孔与灯孔内装设有便于安装窗框与灯框的飞边(14)。