一种轨道车辆及其转向架、转向架横梁的制作方法

1.本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道车辆及其转向架、转向架横梁。


背景技术：

2.随着轨道交通的快速发展，轨道车辆的转向架已成为行业内重点关注的研发方向。传统金属材质转向架构架的横梁结构，普遍采用两根圆管或方管，与辅助梁、各安装支座焊接成一体。金属材质转向架横梁重量较重，且转向架横梁的成型需要下料、焊接等较多的工序步骤，制造复杂。此外，金属材质的转向架横梁内部容易存在锈蚀等问题。
3.现有一种典型的碳纤维转向架横梁，采用分体式的两个“口”型碳纤横梁结构的形式；同时为了增加两个根单独横梁的整体刚度，采用辅助梁与两根横梁装配连接。基于分体式横梁与辅助梁的组合结构，增加了转向架横梁的装配难度。
4.有鉴于此，亟待针对碳纤维转向架横梁进行改进优化，以兼顾整体刚度及装配工艺性。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道车辆及其转向架、转向架横梁，通过结构优化可有效提高横梁整体刚度，并提升装配工艺性。
6.本发明提供的转向架横梁，所述转向架横梁为由分体结构组合形成的碳纤维转向架横梁，且包括沿横梁本体的延伸方向设置的多个型腔，所述型腔为“口”字型；在所述转向架横梁的横截面内，所述多个型腔中的第一型腔位于中部，所述多个型腔中的其他型腔对称设置在所述第一型腔的两侧，且每侧包括上下叠合设置的至少两个所述型腔；其中，所述第一型腔的中心位置处具有上下贯通的安装孔。
7.可选地，每侧包括两个所述型腔，其中，第二型腔和第三型腔位于所述第一型腔的左侧，第四型腔和第五型腔位于所述第一型腔的右侧，所述第二型腔和所述第三型腔以及所述第四型腔和所述第五型腔分别上下叠合形成“日”字型结构。
8.可选地，所述转向架横梁的底面中部具有向上形成的内凹部，所述安装孔的下部孔缘位于所述内凹部。
9.可选地，所述转向架横梁的两侧端面设置有用于与转向架侧梁适配的连接接口。
10.可选地，所述连接接口形成在所述第一型腔两侧的“日”字型结构的端口位置处，且所述“日”字型结构的中间分隔板与端口具有距离。
11.可选地，所述转向架横梁共包括八个铺层区域；其中，第一铺层区域、第二铺层区域、第六铺层区域和第七铺层区域均为“口”字形铺层区域，第三铺层区域环绕所述第一铺层区域和所述第二铺层区域，形成位于左侧“日”字铺层区域，第八铺层区域环绕所述第六铺层区域和所述第七铺层区域，形成位于右侧的“日”字铺层区域；其中，第四铺层区域为位于左右两侧的所述“日”字铺层区域之间的“口”字形铺层区域，第五铺层区域环绕左侧的所述“日”字铺层区域、所述“口”字形铺层区域和右侧的所述“日”字铺层区域。
12.可选地，每个所述铺层区域均分别由0
°
～10
°
，45
°
，-45
°
，80
°
～90
°
的碳纤维单向纱铺层按分别按比例顺序缠绕形成；或者每个所述铺层区域均分别由0
°
～10
°
，45
°
，-45
°
，80
°
～90
°
机织物铺层分别按比例顺序手工铺贴后形成。
13.可选地，所述安装孔为方孔。
14.本发明还提供一种转向架构架，包括两个纵向设置的转向架侧梁和横向设置的转向架横梁；所述转向架横梁采用如前所述的转向架横梁。
15.本发明还提供一种轨道车辆，包括转向架，所述转向架采用如前所述的转向架构架。
16.针对现有碳纤维转向架横梁，本发明另辟蹊径提出了一种由分体结构组合形成的整体式碳纤维横梁，具体地，包括沿横梁本体的延伸方向设置的多个型腔，型腔为“口”字型；在转向架横梁的横截面内，多个型腔中的第一型腔位于中部，多个型腔中的其他型腔对称设置在第一型腔的两侧，且每侧包括上下叠合设置的至少两个型腔；第一型腔的中心位置处具有上下贯通的安装孔。如此设置，整体上，在满足总装设计要求的基础上，具有较好的承载能力；同时基于碳纤维材质可降低横梁重量，具有较好的装配工艺性。
17.在本发明的可选方案中，每侧包括两个所述型腔，第二型腔和第三型腔位于第一型腔的左侧，第四型腔和第五型腔位于第一型腔的右侧，第二型腔和第三型腔以及第四型腔和第五型腔分别上下叠合形成“日”字型结构。结构简单，且可合理控制工艺实现成本，在此基础上可最大限度地提升横梁刚度。
18.在本发明的另一可选方案中，转向架横梁的底面中部具有向上形成的内凹部，安装孔的下部孔缘位于内凹部；基于该内凹部的设置可满足转向架结构的限界，实现横梁与中央牵引装置的安装连接；与此同时，内凹部两侧的转向架横梁的底面相对向下突出，该部分用于转向架侧梁连接，能够最大程度地提高横梁刚度。
附图说明
19.图1为具体实施方式中所述转向架横梁的整体结构示意图；
20.图2为图1的a向视图；
21.图3为图1的b向视图；
22.图4为图1的c向视图；
23.图5为具体实施方式中所述转向架构架的结构示意图；
24.图6为图1中所示转向架横梁的铺层结构示意图。
25.图中：
26.转向架构架100、转向架横梁10、第一型腔101、第二型腔102、第三型腔103、第四型腔104、第五型腔105、方孔106、内凹部107、连接接口108、分隔板109、侧梁20、过渡连接座30。
具体实施方式
27.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。
28.请参见图1，该为本实施方式中所述转向架横梁的整体结构示意图。不失一般性，
本实施方式以图示转向架横梁作为表述基础，应当理解，作为示例性说明，该转向架横梁的各构成部分的尺寸比例关系，对本技术请求保护的范围并不构成实质性的限制。
29.该转向架横梁为由分体结构组合形成的整体式碳纤维横梁。如图1所法，该转向架横梁10包括沿横梁本体的延伸方向设置的五个型腔，具体地，在转向架横梁的横截面内，第一型腔101为位于中部的“口”字型结构，其中，第二型腔102和第三型腔103位于第一型腔101的一侧，且上下叠合配置形成“日”字型结构；第四型腔104和第五型腔105位于第一型腔101的另一侧，同样上下叠合配置形成“日”字型结构。请一并参见图2，该图为图1中所示的a向视图。
30.图2所示，该整体式碳纤维转向架横梁的结构左右对称设置，也即相对于该端面竖向中心线对称设置。
31.第一型腔101中心位置处具有上下贯通的方孔106。该方孔106将第一型腔101分隔，用于安装中央牵引装置、横向止挡、垂向止挡等部件。在其他具体实现中，该方孔106作为安装孔也可以为圆形，而非局限于图中所示的方形通孔。
32.请一并参见图3和图4，其中，图3为图1的b向视图，图4为图1的c向视图。本实施方案中，该转向架横梁10的底面中部具有内凹部107，也即，沿转向架横梁10的长度方向，该内凹部107两侧的转向架横梁10的底面向下突出。如图所示，中部方孔106的下部孔缘位于内凹部107。
33.这样，基于该内凹部107的设置可满足转向架结构的限界，实现横梁与中央牵引装置的安装连接；与此同时，内凹部107两侧的转向架横梁10的底面相对向下突出，该部分用于转向架侧梁20连接，能够最大程度地提高横梁刚度。整体上，在满足总装设计要求的基础上，具有较好的承载能力；同时基于碳纤维材质可降低横梁重量，具有较好的装配工艺性。
34.请一并参见图5，该图示出了本实施方案所述转向架横梁与转向架纵梁的组装关系示意图。
35.图中所示，该转向架构架100包括图1至图4中所描述的转向架横梁10，以及两个转向架侧梁20。转向架横梁10的两侧端面配置有与转向架侧梁20适配的连接接口108。
36.本实施方案中，对于每侧端面来说，连接接口108形成在位于第一型腔101两侧的“日”字型结构端口位置。如图1、图3和图4所示，该“日”字型结构的中间分隔板109与端口之间具有距离l，也就是说，沿转向架侧梁20的长度方向，该“日”字型结构的中间分隔板109内收，并在端口处形成“口”字型的连接接口108。
37.组装时，转向架横梁10两端面的连接接口108均可插装过渡连接座30，通过过渡连接座30与相应侧的侧梁20连接并固定，形成图5中所示的转向架构架100。在实际应用中，转向架横梁10的上部用于实现横向减振器安装座、齿轮箱吊座的安装，转向架横梁10的梁体旁侧用于实现电机安装支座、牵引拉杆安装座的安装。
38.需要说明的是，该转向架构架100的侧梁20及其他功能构成非本技术的核心发明点所在，且本领域技术人员能够基于现有技术实现，故本文不再赘述。
39.另外，在其他具体实现中，位于第一型腔101两侧的“日”字型结构，也可以采用其他形态的型腔结构，例如但不限于“目”字型结构(图中未示出)。应当理解，只要能够在有效降低横梁自重并可提高横梁刚度均可。当然，对于第一型腔101两侧采用“目”字型的型腔结构，同样可以在相应端面处形成可插装过渡连接座的连接接口，并以此与侧梁组成整体的
转向架构架。
40.本实施方式所描述的转向架横梁10，可以采用碳纤维实现相应的铺层结构，并根据该横梁的铺层结构，通过缠绕、模压、手工铺层等成型工艺实现该转向架横梁的加工制造。
41.为了获得工艺性良好的铺层结构，可以对第二型腔102和第三型腔103以及第四型腔104和第五型腔105，分别叠合形成的“日”字型结构的外周壁厚，以及第一型腔101的上下壁厚作进一步优化。再如图2所示，第一型腔101的上下壁厚分别以尺寸标记g和f进行标记，并以尺寸标记a、b、c和d分别示意了位于左侧的“日”字型结构的外周壁厚；应当理解，左、右两侧的“日”字型结构对称，尺寸要求完全相同，故图中仅示意了左侧结构的尺寸标记，以简化图面。
42.具体地，本实施方案中限定：a＝b＝c＝d，g＝f，以方便实现铺层工艺。请一并参见图6，该为本实施方式中所述转向架横梁的铺层结构示意图。图中上部箭头所示代表铺层方向。
43.1)该转向架横梁共包括八个铺层区域组成，即图中所示的第一铺层区域1～8。其中，每个铺层区域均分别由(0
°
～10
°
)，45
°
，-45
°
，(80
°
～90
°
)的碳纤维单向纱铺层按分别按一定比例顺序缠绕形成，也可由(0
°
～10
°
)，45
°
，-45
°
，(80
°
～90
°
)机织物铺层分别按一定比例顺序手工铺贴后形成。其余角部区域均可填充。
44.2)第一铺层区域1、第二铺层区域2、第三铺层区域3分别与第六铺层区域6、第七铺层区域7、第八铺层区域8分别对称布置。
45.3)第一铺层区域1、第二铺层区域2分别为“口”字形铺层区域，第三铺层区域3为环绕第一铺层区域1和第二铺层区域2的铺层区域，三者共同组成左侧“日”字铺层区域；第六铺层区域6、第七铺层区域7分别为“口”字形铺层区域，第八铺层区域8为环绕第六铺层区域6和第七铺层区域7的铺层区域，三者共同组成右侧“日”字铺层区域。
46.4)第四铺层区域4为“口”字形铺层区域；
47.5)第五铺层区域5为最外层环绕一周的方形铺层区域。即第五铺层区域5包覆第一铺层区域1、第二铺层区域2和第三铺层区域3组成的“日”形铺层区域、“口”形第四铺层区域4、第六铺层区域6、第七铺层区域7和第八铺层区域8组成的“日”形铺层区域。
48.6)图中所示的各铺层区域厚度与横梁各壁厚存在下面关系：
49.a＝p1+p3+p5＝p6+p8+p5；
50.b＝c＝p2+p3+p5＝p7+p8+p5；
51.d＝p2+p3+p4＝p7+p8+p4；
52.e＝p1+p2；
53.f＝g＝p4+p5；
54.其中，各铺层区域厚度存在下面关系：
55.p1＝p2＝p6＝p7、p3＝p4＝p5＝p8。
56.根据转向架横梁10的上述铺层结构，该横梁可以采用由内及外的顺序进行铺层，下面简要说明本实施方式提供的转向架横梁10的成型铺层顺序及方法：
57.1)分别在芯模上组成第一铺层区域1、第二铺层区域2、第六铺层区域6、第七铺层区域7、第四铺层区域4组成“口”形铺层；
58.2)再由第一铺层区域1、第二铺层区域2、第三铺层区域3及第六铺层区域6、第七铺层区域7、第八铺层区域8分别组成“日”形铺层；
59.3)按照左侧“日”形铺层、中部“口”形铺层、右侧“日”形铺层顺序组合成一体，包覆第五铺层区域5。
60.需要说明的是，各铺层结构的实现可以使用缠绕、手工铺贴等方式实现，最后固化可以采用rtm、模压等工艺成型。
61.除前述转向架横梁和转向架构架外，本实施方式还提供一种轨道车辆，该轨道车辆包括前所述的转向架构架。基于碳纤维转向架横梁结构设置，相较于分体横梁，取消了辅助横梁装配连接，提高了转向架横梁的整体刚度，降低横梁重量的同时，具有较好的装配工艺性。应当理解，该轨道车辆的其他功能构成非本技术的核心发明点所在，且本领域技术人员能够基于现有技术实现，本文不再赘述。
62.此外，本文所使用的序数词“第一”和“第二”等，仅用于在描述技术方案中相同功能的构成或结构。可以理解的是，上述序数词“第一”和“第二”等的使用，对本技术请求保护的技术方案未构成理解上的限制。
63.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。

技术特征：
1.一种转向架横梁，其特征在于，所述转向架横梁为由分体结构组合形成的碳纤维转向架横梁，且包括沿横梁本体的延伸方向设置的多个型腔，所述型腔为“口”字型；在所述转向架横梁的横截面内，所述多个型腔中的第一型腔位于中部，所述多个型腔中的其他型腔对称设置在所述第一型腔的两侧，且每侧包括上下叠合设置的至少两个所述型腔；其中，所述第一型腔的中心位置处具有上下贯通的安装孔。2.根据权利要求1所述的转向架横梁，其特征在于，每侧包括两个所述型腔，其中，第二型腔和第三型腔位于所述第一型腔的左侧，第四型腔和第五型腔位于所述第一型腔的右侧，所述第二型腔和所述第三型腔以及所述第四型腔和所述第五型腔分别上下叠合形成“日”字型结构。3.根据权利要求2所述的转向架横梁，其特征在于，所述转向架横梁的底面中部具有向上形成的内凹部，所述安装孔的下部孔缘位于所述内凹部。4.根据权利要求2或3所述的转向架横梁，其特征在于，所述转向架横梁的两侧端面设置有用于与转向架侧梁适配的连接接口。5.根据权利要求4所述的转向架横梁，其特征在于，所述连接接口形成在所述第一型腔两侧的“日”字型结构的端口位置处，且所述“日”字型结构的中间分隔板与端口具有距离。6.根据权利要求2所述的转向架横梁，其特征在于，所述转向架横梁包括八个铺层区域；其中，第一铺层区域、第二铺层区域、第六铺层区域和第七铺层区域均为“口”字形铺层区域，第三铺层区域环绕所述第一铺层区域和所述第二铺层区域，形成位于左侧“日”字铺层区域，第八铺层区域环绕所述第六铺层区域和所述第七铺层区域，形成位于右侧的“日”字铺层区域；其中，第四铺层区域为位于左右两侧的所述“日”字铺层区域之间的“口”字形铺层区域，第五铺层区域环绕左侧的所述“日”字铺层区域、所述“口”字形铺层区域和右侧的所述“日”字铺层区域。7.根据权利要求6所述的转向架横梁，其特征在于，每个所述铺层区域均分别由0
°
～10
°
，45
°
，-45
°
，80
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～90
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的碳纤维单向纱铺层按分别按比例顺序缠绕形成；或者每个所述铺层区域均分别由0
°
～10
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，45
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，-45
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，80
°
～90
°
机织物铺层分别按比例顺序手工铺贴后形成。8.根据权利要求1所述的转向架横梁，其特征在于，所述安装孔为方孔。9.一种转向架构架，包括两个纵向设置的转向架侧梁和横向设置的转向架横梁；其特征在于，所述转向架横梁采用权利要求1至8中任一项所述转向架横梁。10.一种轨道车辆，包括转向架，其特征在于，所述转向架采用权利要求9所述的转向架构架。

技术总结
本发明公开一种轨道车辆及其转向架、转向架横梁，该转向架横梁为由分体结构组合形成的碳纤维横梁，且包括沿横梁本体的延伸方向设置的多个型腔，所述型腔为“口”字型；在所述转向架横梁的横截面内，所述多个型腔中的第一型腔位于中部，所述多个型腔中的其他型腔对称设置在所述第一型腔的两侧，且每侧包括上下叠合设置的至少两个所述型腔；其中，所述第一型腔的中心位置处具有上下贯通的安装孔。本方案通过结构优化可有效提高横梁整体刚度，并具有较好的装配工艺性。的装配工艺性。的装配工艺性。


技术研发人员：葛继文 王晓明 付宇 张联合 林浩博
受保护的技术使用者：中车青岛四方机车车辆股份有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/4/28