一种中低速磁浮悬浮架托臂、悬浮架、车辆及成型工艺的制作方法

1.本发明涉及磁浮悬浮架领域，具体涉及一种复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构及成型工艺。


背景技术：

2.中低速磁浮列车悬浮能力有限导致其运能受到一定限制，同时某些金属结构构件在制造过程中会出现各种各样的质量问题，因此解决中低速磁浮悬浮架托臂结构制造质量缺陷问题以及充分实现悬浮架托臂结构轻量化设计是迫在眉睫的。
3.目前的解决方案一种是同样采用金属材料进行悬浮架托臂结构设计制造，在原有金属托臂基础上增加更多的减重孔，实现的托臂结构的减重设计，例如在cn 201911101564.3中公开的金属托臂，但是该种金属托臂结构依然存在以下缺点：(1)虽然较之前金属托臂结构已经实现结构轻量化，但是减重效果不明显；(2)该种设计方案在制造工艺上依然沿用之前的制造工艺，易造成结构件产生制造缺陷。
4.目前的另一种解决方案是采用复合材料进行悬浮架托臂结构设计制造，实现了一定的结构轻量化，例如在cn 201710517702.0中公开的复合材料托臂，但是该种复合材料托臂结构存在以下缺点：(1)该专利所设计的复合材料托臂结构与原金属材料托臂结构是一致的，该种设计结构及其不利于复合材料托臂的成型工艺，该种托臂结构的成型质量已产生缺陷，成品率较低；(2)该专利所设计的复合材料托臂结构属于典型的材料替代设计，只是在金属材料托臂结构的基础上进行材料的替换，并未基于复合材料的基础特性进行悬浮架托臂结构的正向设计，该种设计并不能充分发挥复合材料的特性，对于因此是不利于托臂结构的承载；(3)该种复合材料悬浮架托臂结构的设计及其不利于结构成型，同时难以实现托臂结构的高效低成本制造以及批量化制造。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构、悬浮架、车辆及成型工艺，解决了中低速磁浮悬浮架托臂结构轻量化设计、制造困难及其缺陷严重的问题，尤其是悬浮架托臂结构目前采用金属铸造工艺进行设计制造，铸造托臂易造成大量内部缺陷将会导致结构强度大大降低，本发明可以通过针对托臂结构采用复合材料进行设计，实现悬浮架托臂结构的高效低成本制备，实现批量化生产。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明的实施例提供了一种中低速磁浮悬浮架托臂结构，包括复合材料一体成型的托臂本体，所述的托臂本体包括第一托臂和第二托臂，所述的第二托臂沿着第一托臂的一端垂直向下延伸，且第一托臂和第二托臂的前侧面在同一平面，第一托臂和第二托臂的后侧面在同一平面；在第一托臂的顶面形成有圆形空气弹簧安装孔，在第一托臂、第二托臂上设有减重孔。
8.作为进一步的技术方案，所述的第一托臂的两端分别设置一个减重孔。
9.作为进一步的技术方案，所述的第二托臂上设有两个减重孔。
10.作为进一步的技术方案，所述的第一托臂和第二托臂的过渡部分的内过渡面为圆弧面，外过渡面为一个斜面。
11.第二方面，本发明实施例还提供了一种悬浮架，包括前面所述的中低速磁浮悬浮架托臂结构。
12.第三方面，本发明实施例还提供了一种车辆，包括前面所述的中低速磁浮悬浮架。
13.第三方面，本发明实施例还提供了一种中低速磁浮悬浮架托臂的制作工艺，具体如下：
14.制作托臂结构模具，采用预浸料进行铺贴，并且标示好预浸料的铺贴方向，根据设计好的铺层角度以及铺层数开展相应的铺贴，铺贴过程中第一层需要进行预压实，后续铺两层需要进行预压实一次，所有的预浸料铺贴完成以后形成托臂结构预成型体，完成预成型体后，外部一次铺贴一层可剥布，利用密封胶条进行相应的结构密封，并进行抽真空处理；
15.抽真空完成后，关闭抽真空系统进行气密性试验，静置设定时间，保证真空袋内部压力下降未超过设定值，满足相应的气密性要求后，将其放置到固化炉中进行加热进行固化处理，固化完成后将托臂取出。
16.上述本发明的实施例的有益效果如下：
17.1、该复合材料悬浮架托臂结构采用复合材料一体化成型设计制造，较好的解决了金属材料悬浮架托臂结构轻量化设计制造困难及其轻量化制造过程中出现的质量缺陷等问题，进而实现悬浮架结构高效低成本制备以及轻量化目的，减重达到45％左右。
18.2、该复合材料悬浮架托臂结构较之前传统金属材料悬浮架结构而言结构形式发生较大变化，该种复合材料悬浮架结构托臂更利于结构件的安装与结构承载。
19.3、该复合材料悬浮架托臂结构是依据复合材料成型工艺开展结构设计，便于结构实现高效低成本的成型工艺制备。
20.4、该中低速复合材料悬浮架托臂结构是一种新型的复合材料托臂结构形式，能够充分满足现有复合材料悬浮架托臂结构设计下的设计不足。
附图说明
21.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
22.图1是本发明公开的中低速磁浮悬浮架复合材料托臂结构主视图；
23.图2是本发明公开的中低速磁浮悬浮架复合材料托臂结构侧视图；
24.图3是图2的a-a剖视图；
25.图4是本发明公开的中低速磁浮悬浮架复合材料托臂结构轴侧图；
26.图中：1本体，1-1第一托臂，1-2第二托臂，2减重孔，3减重孔，4减重孔，5圆形空气弹簧安装孔。
具体实施方式
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另
有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
29.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。
30.术语解释部分:本实施例中的“中低速”是指速度等级为80-250km/h。
31.本实施例中的“复合材料”是指现有的碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳玻混合纤维增强树脂基复合材料或芳纶纤维增强树脂基复合材料等等。
32.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构及成型工艺；其中复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构包括复合材料一体成型的托臂本体，所述的托臂本体包括第一托臂和第二托臂，所述的第二托臂沿着第一托臂的一端垂直向下延伸，且第一托臂和第二托臂的前侧面在同一平面，第一托臂和第二托臂的后侧面在同一平面；在第一托臂的顶面形成有圆形空气弹簧安装孔，在第一托臂、第二托臂上设有减重孔。一方面，该结构基于悬浮架托臂结构实际服役环境工况，充分发挥复合材料特性开展的正向设计，结构承载特性更好，更加便于结构安装；另一方面，该结构较金属结构去除了较多的设计加强筋，在整个结构形式发生重大变化，大量采用减重空洞的形式，这样便于复合材料的铺层设计同时也便于预浸料的铺贴，能够实现较好的预成型体制备，更加便于结构成型。
33.本发明的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例公开的复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构整体为一个旋转180
°
后的“l”型，与金属材料结构形式存在较大不同，具体的，包括一个“l”型的托臂本体，托臂本体由复合材料制作，托臂本体包括第一托臂1-1、第二托臂1-2，所述的第二托臂1-2沿着第一托臂1-1的一端向下延伸，且第一托臂1-1、第二托臂1-2的前后侧面均各自在同一平面。
34.进一步的，在第一托臂1-1的两端分别设置“口”字形减重孔，所设置减重孔相邻减重孔之间内筋厚度不能低于10mm，所设置的减重孔形状可以多变，同时减重孔的数量和位置可以根据发生变更。在本实施例中，第一托臂1-1的一端设置矩形减重孔5，另一端设置五边型的减重孔2，第一托臂1-1上方还设置圆形空气弹簧安装孔6，空气弹簧安装孔6的大小可根据不同的承载能力的线路适用能力的空气弹簧选型进行设置。
35.进一步的，在第二托臂1-2上也设有减重孔，在本实施例中在第二托臂1-2上设置减重孔3和减重孔4，所设置减重孔3和减重孔4相邻减重孔之间内筋厚度不能低于10mm，所设置的减重孔3和减重孔4形状可以多变，同时减重孔3和减重孔4的数量和位置可以根据发生变更。
36.进一步的，为便于复合材料托臂结构成型工艺，在各减重孔内部的成型面上设置
不小于10mm的过度圆角，便于结构成型同时能够较好的抑制结构疲劳裂纹的萌生。
37.作为进一步的技术方案，上述第一托臂1-1和第二托臂1-2的过渡部分的内过渡面为圆弧面，外过渡面为一个斜面，该斜面的倾斜角度为45
°
。
38.进一步的，形成上述空气弹簧安装孔6的壁厚要大于其他位置的壁厚。
39.进一步，本实施例中，完成后的复合材料托臂如图4所示，采用复合材料一体化成型的托臂结构并未设置任何与中低速磁浮悬浮架其他结构接口的安装孔，其接口安装孔主要包含纵梁、抗侧滚梁、电磁铁安装座以及其余的支架等的所有接口安装孔，其所有接口安装孔的均在完成一体化成型托臂制备后采用机加工形式进行制孔，采用机加工制孔的方式能够更好地控制制孔误差，以更好地满足不同结构之间的装配效果。
40.进一步，本实施例基于上述公开的复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构，还公开了对应的制备工艺，具体如下：
41.首先制作托臂结构模具，采用预浸料进行铺贴，并且标示好预浸料的铺贴方向，根据设计好的铺层角度以及铺层数开展相应的铺贴，采用高精度光学定位仪器为铺贴基准线，不同部位根据相应的设计厚度进行预浸料铺贴，铺贴过程中第一层需要进行预压实，后续每铺两层需要进行预压实一次，所有的预浸料铺贴完成以后形成托臂结构预成型体，完成预成型体后，外部依次铺贴一层可剥布、有孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，利用密封胶条进行相应的结构密封，并进行抽真空处理，具体的，实现预压实真空度不低于980mbar,时间不少于25分钟；关闭抽真空系统进行气密性试验，静置8分钟左右后，保证真空袋内部压力下降未超过35mbar，满足相应的气密性要求后，将其放置到固化炉中进行加热进行固化处理，固化阶段：90度—110度之间保温2.5小时左右，固化完成后将托臂取出，拆除其余辅助工具，取出托臂，完成制造。
42.进一步的，上述的复合材料中低速磁浮悬浮架托臂结构也可以整体采用热压罐成型工艺进行制备，采用单向预浸料进行预成型体的制备，首先根据悬浮架托臂结构形式采用单向预浸料进行铺贴形成预成型体，预成型体制备过程中单向预浸料的铺层方向以及占比为：0度/占比25％，
±
45度/占比50％，90度/占比25％，根据上述的铺层方向依次进行对称交错铺层，实现悬浮架托臂结构预成型体的制备。
43.采用单向预浸料完成铺贴后，将形成的托臂结构预成型体放置到热压罐中进行固化，固化完成后实现复合材料悬浮架托臂的制备。采用热压罐固化方式可实现复合材料托臂高质量的制备。
44.本实施例还提供了一种车辆，所述的车辆包括前面所述的复合材料一体化成型的托臂结构。由于该轨道车辆中设置有如上所述的复合材料一体化成型的托臂结构，因此该轨道车辆同样具备如上所述的全部优势。
45.最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
46.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种中低速磁浮悬浮架托臂，其特征在于，包括由复合材料一体成型的托臂本体，所述的托臂本体包括第一托臂和第二托臂，所述的第二托臂沿着第一托臂的一端向下延伸形成l形结构，在第一托臂的顶面形成有圆形空气弹簧安装孔，在第一托臂、第二托臂上设有减重孔。2.如权利要求1所述的中低速磁浮悬浮架托臂，其特征在于，所述的第一托臂的两端分别设置一个减重孔。3.如权利要求1所述的中低速磁浮悬浮架托臂，其特征在于，所述的第二托臂上设有两个减重孔。4.如权利要求1所述的中低速磁浮悬浮架托臂，其特征在于，所述的第一托臂和第二托臂的过渡部分的内过渡面为圆弧面，外过渡面为一个斜面。5.如权利要求1所述的中低速磁浮悬浮架托臂，其特征在于，相邻减重孔之间的内筋厚度小于等于10mm。6.如权利要求1所述的中低速磁浮悬浮架托臂，其特征在于，形成减重孔的相邻面之间圆弧过渡。7.一种悬浮架，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的中低速磁浮悬浮架托臂。8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7所述的悬浮架。9.如权利要求1-7任一所述的中低速磁浮悬浮架托臂的成型工艺，其特征在于，首先制作托臂结构模具，采用预浸料进行铺贴，并且标示好预浸料的铺贴方向，根据设计好的铺层角度以及铺层数开展相应的铺贴，铺贴过程中第一层需要进行预压实，后续铺两层需要进行预压实一次，所有的预浸料铺贴完成以后形成托臂结构预成型体，完成预成型体后，外部一次铺贴一层可剥布，利用密封胶条进行相应的结构密封，并进行抽真空处理；抽真空完成后，关闭抽真空系统进行气密性试验，静置设定时间，保证真空袋内部压力下降未超过设定值，满足相应的气密性要求后，将其放置到固化炉中进行加热进行固化处理，固化完成后将托臂取出。

技术总结
本发明公开了一种中低速磁浮悬浮架托臂、悬浮架、车辆及成型工艺，包括一体成型的托臂本体，所述的托臂本体包括第一托臂和第二托臂，所述的第二托臂沿着第一托臂的一端向下延伸形成L形结构，在第一托臂的顶面形成有圆形空气弹簧安装孔，在第一托臂、第二托臂上设有减重孔。本发明解决了中低速磁浮悬浮架托臂结构轻量化设计、制造困难及其缺陷严重的问题，尤其是悬浮架托臂结构目前采用金属铸造工艺进行设计制造，铸造托臂易造成大量内部缺陷将会导致结构强度大大降低，本发明可以通过针对托臂结构采用复合材料进行设计，实现悬浮架托臂结构的高效低成本制备，实现批量化生产。实现批量化生产。实现批量化生产。


技术研发人员：王坤 史磊 赵英男 蔡茂 岳书静 尹高冲 侯帅昌
受保护的技术使用者：中车成型科技（青岛）有限公司
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/5/4