一种梁结构、转向架及轨道车辆的制作方法

1.本实用新型涉及车辆技术领域，特别涉及一种梁结构、转向架及轨道车辆。


背景技术：

2.转向架横梁作为地铁、动车组、高铁等转向架的主承载部件，横梁安装了大量的承力构件，如：横向减振器、牵引拉杆、制动夹钳、牵引电机、横向止挡等零部件，同时部分横梁还可作为空气弹簧的附加气室，降低空气弹簧的阻尼。
3.也就是说，转向架横梁通常既应当具有足够的强度以满足承载需求，也应当具有中空密封性能以满足形成附加气室需求。当前，转向架横梁通常有两种：一种为使用中空结构的金属管，金属管可以直接焊接相应安装座以适应其他零部件的安装固定，但是金属管重量比较重，不满足车辆轻量化需求；另一种为碳纤维复合材料管，该类管体虽然重量轻，但是因为不能焊接，限制了转向架上其他零部件的安装固定。
4.因此，如何兼顾轻量化和零部件固定方便，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的其中一目的为提供一种重量轻且便于固定其他其他零部件的梁结构。本实用新型的另一目的为提供包括上述梁结构的转向架和轨道车辆。
6.本实用新型提供一种梁结构，包括非金属内衬管和碳纤维复合材料层，所述非金属内衬管具有封闭内腔以形成气体流道，所述梁结构还包括两个金属体，分别位于所述非金属内衬管的两端且位于所述封闭内腔的外部，所述碳纤维复合材料层围设于两所述金属体至少部分区段以及所述非金属内衬管的周向；所述非金属内衬管和碳纤维复合材料层预成型有至少一组同轴安装孔，用于连接固定金属座。
7.本实用新型中的管结构的内层为气密性较好的非金属内衬管，能够满足梁结构的封闭内腔的气密性需求，梁结构的外层为重量比较轻的碳纤维复合材料层，大大降低了梁结构的整体重量，另外用于安装外部构件的安装结构设置于位于金属座，金属座可以固定连接非金属内衬管和碳纤维复合材料层的安装孔，解决梁与其他零部件的连接问题且满足强度需求。
8.可选地，所述非金属内衬管具有缺口，用于取出在所述碳纤维复合材料层成型工艺中所使用且位于所述非金属内衬管的内腔的真空袋；所述非金属内衬管还包括用于封堵所述缺口的封堵部件。
9.可选地，所述非金属内衬管包括第一半管和第二半管，所述第一半管和所述第二半管均包括周壁和位于周壁两端的端壁，所述周壁和两所述端壁围成开口，所述第一半管和所述第二半管开口相对扣合固定，所述第一半管和所述第二半管围合形成所述气体流道和所述缺口。
10.可选地，所述封堵部件包括法兰和封堵板，所述法兰位于所述气体流道内部，所述
封堵板位于所述气体流道外部，所述法兰和所述封堵板固定连接以封堵所述缺口。
11.可选地，所述第一半管和所述第二半管二者第一端的相对端壁贴合固定，第二端的相对端壁扣合后形成所述缺口，两所述金属体分别为第一金属体和第二金属体，所述第一金属体与所述非金属内衬管的第一端的端壁抵靠，所述第二金属体抵靠所述封堵板或所述法兰；
12.或者，所述第一半管和所述第二半管二者一端的相对端壁扣合后形成所述缺口。
13.可选地，所述金属体包括第一轴段和第二轴段，所述第一轴段的直径大于所述第二轴段，所述第二轴段位于所述碳纤维复合材料层内部，所述第一轴段位于所述碳纤维复合材料层外部。
14.可选地，所述第一轴段与所述碳纤维复合材料层的外径相同。
15.可选地，所述金属座通过螺栓和螺母固定连接所述非金属内衬管和碳纤维复合材料层二者，并且安装孔与所述螺栓之间密封安装；
16.或者/和，所述非金属内衬管为碳纤维内衬管或者高分子材料内衬管；
17.或者/和，碳纤维通过铺贴或者缠绕于所述非金属内衬管和所述金属体的外周壁形成所述碳纤维复合材料层。
18.另外，本实用新型还提供了一种转向架，包括两纵梁和两端固定连接所述两纵梁的横梁，所述横梁为上述任一项所述的梁结构，所述封闭内腔形成空气弹簧的附加气室。
19.此外，本实用新型还提供了一种轨道车辆，包括上述任一项所述的梁结构；或者/和，包括上述所述的转向架。
20.本实用新型中的轨道车辆和转向架包括上述梁结构，故二者也具有梁结构的上述技术效果。
附图说明
21.图1为本实用新型一种实施例中梁结构的结构示意图；
22.图2为图1中非金属内衬管与法兰未组装时的状态示意图；
23.图3为图1中成型碳纤维复合材料层成型时的摸具与梁结构其他构件的组合示意图。
24.其中，图1至图3中各附图标记和部件名称之间的一一对应关系如下图：
25.1碳纤维内衬管、1a缺口、11第一半管、12第二半管、13法兰、131连接螺柱、14封堵板、2碳纤维复合材料层、31第一金属体、311第一轴段、312第二轴段；4金属座、5螺栓；
26.100组合模。
具体实施方式
27.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
28.请参考图1至图3，图1为本实用新型一种实施例中梁结构的结构示意图；图2为图1中非金属内衬管与法兰未组装时的状态示意图；
29.图3为图1中成型碳纤维复合材料层成型时的摸具与梁结构其他构件的组合示意图。其中，图1中s表示梁体长度方向。
30.本实用新型提供了一种梁结构，该梁结构可以应用于转向架的横梁，包括非金属内衬管1和碳纤维复合材料层2。
31.非金属内衬管12的材质可以为防腐性比较好且气密性也比较好的材料，例如pe、xpe、pa、pc、pvc或高分子量聚乙烯材质内衬，避免内衬腐蚀，当然，非金属内衬管1的材料不局限于本文描述，还可以为其他材料，例如碳纤维内衬管。
32.碳纤维复合材料可以有碳纤维铺设形成，当然也可以由碳纤维缠绕而成。碳纤维可以以非金属内衬管1为型芯，通过铺层工艺或者缠绕工艺形成碳纤维复合层。当然，当非金属内衬管1较软时，可以在非金属内衬管1内部设置气袋或者其他部件实现支撑，以满足碳纤维复合层形成外管的工艺需求。
33.非金属内衬管1具有封闭内腔以形成气体流道。梁结构还包括两个金属体，金属体可以为质量较轻且连接性能较好的铝材，当然也可以为其他金属材料。两金属体分别位于非金属内衬管1的两端且位于封闭内腔的外部。金属体上可以设置有连接结构，用于与转向架相应测的侧梁固定连接。
34.碳纤维复合材料层2围设于两金属体至少部分区段以及非金属内衬管1的周向；非金属内衬管1和碳纤维复合材料层2预成型有至少一组同轴安装孔，用于连接固定金属座4。
35.本实用新型中的管结构的内层为气密性较好的非金属内衬管1，能够满足梁结构的封闭内腔的气密性需求，梁结构的外层为重量比较轻的碳纤维复合材料层2，大大降低了梁结构的整体重量，另外用于安装外部构件的安装结构设置于位于金属座4，金属座4可以固定连接非金属内衬管1和碳纤维复合材料层2的安装孔，解决横梁与其他零部件的连接问题且满足强度需求。
36.在一种具体实施方式中，非金属内衬管1包括第一半管11和第二半管12，第一半管11和第二半管12均包括周壁和位于周壁两端的端壁，周壁和两端壁围成开口，第一半管11和第二半管12开口相对扣合固定，第一半管11和第二半管12围合形成气体流道。
37.该实施例中，非金属内衬管1由两个半管拼合形成，拼合表面可以采用胶粘方式固定，成型工艺比较简单。
38.为了更好的成型碳纤维复合材料层2，需要将铺设在内衬管表面的碳纤维预浸料在热压罐内部固化，为了避免内衬管变形，还可以进一步进行如下设置。
39.在一种具体实施例中，非金属内衬管具有缺口1a，用于取出在碳纤维复合材料层成型工艺中所使用且位于非金属内衬管的内腔的真空袋；非金属内衬管还包括用于封堵缺口1a的封堵部件。
40.在一种具体实施方式中，第一半管11和第二半管12二者第一端的两端壁贴合固定，第二端的两端壁扣合后具有缺口1a，封堵部件还包括法兰13和封堵板14，法兰13位于气体流道内部，封堵板14位于气体流道外部，法兰13和封堵板14固定连接以封堵缺口1a。
41.这样，在第一半管11和第二半管12扣合时，预先将真空袋和法兰13放置于第一半管11和第二半管12围合形成的内腔中，在内衬管表面铺贴碳纤维预浸料的高压固化工艺之前，向真空袋中充气体以避免内衬管形变。当碳纤维复合材料层2成型后，再从缺口1a中取出真空袋，然后安装法兰13和封堵板14将该缺口1a密封，以成型封闭内腔，保证气密性。
42.为了方便真空袋取出，两端的金属体可以在碳纤维复合材料层2成型之后组装入碳纤维复合材料层2形成的外管中。在一种示例中，可以先在第一半管11和第二半管12形成
的内衬管的两端安装组合模100，利用内衬管和组合模形成的整体作为成型芯，然后铺设碳纤维预浸料，当碳纤维预浸料固化成型碳纤维复合材料层2后，拆卸两端的组合模100，拆卸真空袋后安装金属体。
43.具体地，两金属体分别为第一金属体31和第二金属体32，第一金属体31与非金属内衬管1的第一端的端壁抵靠，第二金属体32抵靠封堵板14或者法兰13。如图1至图3所示，法兰13固定由连接螺柱131，连接螺柱131穿过第一半管11和第二半管12的相应端壁以及封堵板14固定连接螺母，第二金属体32抵靠连接螺柱131的外端部。
44.上述各实施例中，金属体可以包括第一轴段311和第二轴段312，第一轴段311的直径大于第二轴段312，第二轴段312位于碳纤维复合材料层2内部，第一轴段311位于碳纤维复合材料层2外部。第一轴段311和第二轴段312之间的台阶面可以起到对碳纤维复合材料的限位作用，提高梁结构整体性能。
45.上述各实施例中，第一轴段311与碳纤维复合材料层2的外径相同，这样便于碳纤维复合材料层2的成型。
46.上述各实施例中，金属座4通过螺栓5和螺母固定连接非金属内衬管1和碳纤维复合材料层2二者，并且安装孔与螺栓5之间密封安装，该固定方式简单可靠，在螺栓和安装孔之间可以填充密封胶，以提高气流通道的密封性。
47.上述各实施例中，非金属内衬管1为碳纤维内衬管或者高分子材料内衬管。
48.如上文所述，碳纤维通过铺贴或者缠绕于非金属内衬管1和金属体的外周壁形成碳纤维复合材料层2这样成型碳纤维复合材料层2比较简单。
49.此外，本实用新型还提供了一种转向架，包括两纵梁和两端固定连接两纵梁的横梁，横梁为上述任一实施例所述的梁结构，封闭内腔形成空气弹簧的附加气室，横梁对应安装横向减振器座、牵引拉杆座、横向止档座、横梁辅助梁的位置均设置有金属座4。
50.例如，两个横梁中间连接有辅助梁形成h型横梁组件。上述各横向减振器座、牵引拉杆座、横向止档座等的安装位置及结构本文不做具体介绍。
51.另外，本实用新型还提供了一种轨道车辆，包括上述任一实施例所述的梁结构；或者/和，上述转向架。
52.本实用新型中的轨道车辆和转向架包括上述梁结构，故二者也具有梁结构的上述技术效果。
53.以上对本实用新型所提供的一种梁结构、转向架和轨道车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型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，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。