一种轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构的制作方法

本发明涉及轨道交通设备技术领域，尤其涉及一种轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构。

背景技术：

目前绝大多数列车车身用材均为不锈钢或铝合金材质，整个车身分为侧墙、端部、车顶、底架几大模块，然后焊接或组装在一起，从而使得整个车身承力、传力，不可避免的造成材料增加、过设计等问题。随着国内外轨道交通的迅速发展，行业对列车安全、维护成本等性能要求也越来越高。而车身是列车的主体部分，适当减轻车体重量可以减轻运行阻力，节省牵引以及制动所需的能量，有利于提高车辆的动力性能和减少车辆及轨道的维护成本。

鉴于上述需求，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，以期设计一种轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构。

技术实现要素：

本发明提供了一种轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构，使其更具实用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构，包括：

梁体，设置于车身底部两侧，沿车身长度方向延伸；框架，沿所述车身宽度方向连接两侧所述梁体；封板，至少与所述框架固定连接，形成车身底部的支撑平面；

所述梁体包括第一支撑面，所述第一支撑面对所述框架的边缘进行支撑，所述边缘顶部与所述封板底部之间设置有间隙；所述梁体在第一支撑面底部设置有贯通所述梁体长度方向的安装腔体，对所述梁体和框架进行连接的连接件一端位于所述安装腔体内，另一端位于所述间隙内；

其中，所述梁体、框架和封板均为复合材料结构。

进一步地，所述梁体上供所述连接件贯通的孔位为条形孔，且包括第一段和第二段，所述第一段的宽度大于所述第二段的宽度，所述第一段供连接件端部自上而下进入所述安装腔体，所述第二段的侧壁用于对所述连接件端部进行限位。

进一步地，所述框架与所述封板贴合的连接部分为空心的管体结构，所述管体结构通过端部材料的去除形成框架的所述边缘，所述边缘包括连接壁和两加强壁，两所述加强壁对称设置于所述连接壁两侧，所述连接壁与所述梁体固定连接。

进一步地，还包括连接座，所述连接座包括板体和两限位板，两所述限位板平行设置，且与所述板体垂直连接，所述板体边缘相对于所述限位板形成延伸段；

其中，所述延伸段与所述梁体固定连接，所述板体位于两所述限位板之间的部分设置于框架的所述边缘和梁体之间，且三者固定连接。

进一步地，所述梁体上还设置至少一个贯通的结构腔体，所述结构腔体与所述安装腔体平行设置；

其中，至少一个所述结构腔体内填充有加强杆体。

进一步地，所述封板通过成矩阵分布的若干结构单元拼接而成；

相邻两所述结构单元沿车身长度方向的拼接位置通过错位拼接结构连接，所述错位拼接结构包括设置在一个所述结构单元边缘的缩进区域，以及设置在另一个相邻所述结构单元边缘的凸沿，所述凸沿与所述缩进区域贴合实现拼接；

相邻两所述结构单元沿车身宽度方向的拼接位置通过与同一所述框架的连接实现连接。

进一步地，所述框架包括主体和过渡板，所述边缘设置于所述主体上，所述过渡板设置在所述主体顶部，且在车身的长度方向两端相对于所述主体向外延伸；

所述过渡板与所述主体通过连接件固定，所述结构单元与所述过渡板的延伸部分通过连接件进行固定，其中，所述结构单元位于所述过渡板上的边缘位置设置坡面结构，相邻两所述结构单元的坡面结构顶部对接，底部形成对连接所述过渡板与主体的连接件进行容纳的空间。

进一步地，所述梁体顶部向上延伸有沿体，所述沿体靠近车身内部一侧设置有第二支撑面，所述第二支撑面对车身支撑架进行支撑，所述沿体对所述车身支撑架进行水平方向的限位，且所述沿体嵌入所述车身支撑架表面的凹槽内，与所述车身支撑架形成与车身侧墙贴合的光滑表面。

进一步地，所述梁体位于车身两侧的外部设置有槽体，所述槽体沿车身长度方向设置，所述槽体用于容纳所述车身侧墙上的凸起部分。

进一步地，所述框架包括平行设置的两水平管体以及对两所述水平管体进行连接的连接结构。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

本发明中的底架结构整体均采用复合材料结构，有效的降低了车身的重量，其中的梁体和框架形成了底架结构的骨架形式，通过连接件的连接实现承力、传力的目的，在梁体和框架连接后，封板的安装极为方便，连接框架和梁体的连接件一部分被隐藏在安装腔体内，一部分隐藏在封板和框架边缘顶部之间的间隙内，保证了车身整体结构的美观性；对于安装腔体设计，进一步地减轻了梁体的重量。

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为轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构与车身支撑架和车身侧墙的相对位置示意图；

图2为图1中a处的局部放大图；

图3为框架的边缘与梁体连接位置的局部放大图；

图4为孔位的结构示意图；

图5为框架边缘的一种结构示意图；

图6为框架边缘的另一种结构示意图；

图7为图2中b处的局部放大图；

图8为连接座设置在梁体中部的示意图；

图9为连接座对相邻两根梁体进行连接的示意图；

图10为连接座的结构示意图；

图11为加强杆体的安装示意图；

图12为梁体、框架和封板的连接示意图；

图13为图12中c处的局部放大图，其中省略部分凸沿；

图14为图12中d处的局部放大图；

图15为图12中e处的局部放大图；

图16为梁体和车身支撑架的连接示意图；

附图标记：

1、梁体；11、第一支撑面；12、安装腔体；13、孔位；13a、第一段；13b、第二段；14、结构腔体；15、加强杆体；16、沿体；17、第二支撑面；18、槽体；2、框架；21、连接部分；21a、连接壁；21b、加强壁；22、过渡板；23、水平管体；24、连接结构；3、封板；31、结构单元；31a、缩进区域；31b、凸沿；4、连接座；41、板体；41a、延伸段；42、限位板；5、车身支撑架；6、车身侧墙。

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。

如图1~16所示，一种轨道交通高速动车组车身碳纤复合材料底架结构，其特征在于，包括：梁体1，设置于车身底部两侧，沿车身长度方向延伸；框架2，沿车身宽度方向连接两侧梁体1；封板3，至少与框架2固定连接，形成车身底部的支撑平面；梁体1包括第一支撑面11，第一支撑面11对框架2的边缘进行支撑，边缘顶部与封板3底部之间设置有间隙；梁体1在第一支撑面11底部设置有贯通梁体1长度方向的安装腔体12，对梁体1和框架2进行连接的连接件一端位于安装腔体12内，另一端位于间隙内；其中，梁体1、框架2和封板3均为复合材料结构。

本发明中的底架结构整体均采用复合材料结构，其中的梁体1和框架2形成了底架结构的骨架形式，通过连接件的连接实现承力、传力的目的，在梁体1和框架2连接后，封板3的安装极为方便，通过框架2的顶部即可实现其在高度方向上的定位，随后可以通过连接件仅仅对封板3和框架2进行连接，或者通过连接件分别对封板3和框架2以及封板3和梁体1进行连接，而连接框架2和梁体1的连接件一部分被隐藏在安装腔体12内，一部分隐藏在封板3和框架2边缘顶部之间的间隙内，保证了车身整体结构的美观性；对于安装腔体12的设计，同样的减轻了梁体1的重量。

为了降低对框架2和梁体1进行连接的连接件的安装难度，梁体1上供连接件贯通的孔位13为条形孔，且包括第一段13a和第二段13b，第一段13a的宽度大于第二段13b的宽度，第一段13a供连接件端部自上而下进入安装腔体12，第二段13b的侧壁用于对连接件端部进行限位。

在对梁体1和框架2进行连接的过程中，连接件一般采用螺栓结构，即便采用特殊的连接件结构也是被允许的，但需要保证连接件设置有主体和端部，且端部的尺寸大于主体的尺寸，从而可卡设在安装腔体12内。在以下的描述中以连接件为螺栓结构为例进行说明，将连接件自下而上贯穿位于边缘的贯通孔，为了避免其掉落，可首先在其顶部通过螺母进行固定，随后将位于底部的端部自孔位13的第一段13a进入到安装腔体12内，随后将端部向第二段13b滑动，当滑动到位后，旋紧螺母，即可实现边缘和梁体1的固定，通过第二段13b侧壁的限位和螺母的锁紧作用保证了整个骨架形式的稳定性。

作为框架2的一种优化方式，框架2与封板3贴合的连接部分21为空心的管体结构，管体结构通过端部材料的去除形成框架2的边缘，边缘包括连接壁21a和两加强壁21b，两加强壁21b对称设置于连接壁21a两侧，连接壁21a与梁体1固定连接。

其中，本优选方案中所指的管体结构可以为端部封堵的，如图5所示，也可为敞开的，如图6所示，以上两种形式均不影响在材料去除后加强壁21b和连接臂的形成，区别仅仅在于当管体结构的端部为封堵结构时还包括对连接壁21a和加强壁21b进行连接的侧壁。通过对整体结构的材料去除保证了加强壁21b和连接壁21a之间的整体性，有效的提高了连接位置的结构稳定性。针对管体结构的截面轮廓设计，可以选择正方形、长方形、梯形或者其他异性结构，仅需要保证的是包括与梁体1贴合的平整的连接壁21a即可，材料去除后形成的加强壁21b为平面或者曲面，以及，加强壁21b与连接壁21a之间的角度均可根据实际的生产条件进行设计和选择。

为了对框架2和梁体1的连接位置进行进一步的加强，还包括连接座4，连接座4包括板体41和两限位板42，两限位板42平行设置，且与板体41垂直连接，板体41边缘相对于限位板42形成延伸段41a；其中，延伸段41a与梁体1固定连接，板体41位于两限位板42之间的部分设置于框架2的边缘和梁体1之间，且三者固定连接。

本优选方案中通过连接座4的设置对梁体1因为孔位13开设而造成的对强度的影响被弥补，板体41的设置增加了梁体1连接处的局部厚度，而限位板42的设置又有效的对板体41的结构强度进行了增强，延伸段41a的设置使得上述增强效果的影响范围增大，从而有效的提升了连接处的结构可靠性。

参见图8所示，本优选方案中的连接座4可设置在梁体1中部的任何位置，或者如图9所示，可设置在梁体1的边缘部分，对相邻的两根梁体1进行连接，均在本发明的保护范围内。对于连接座4材料的选择，优选使用复合材料成型，但金属结构可以进行使用，同样在本发明的保护范围内，

为了在保证梁体1结构强度的基础上尽可能的降低其重量，梁体1上还设置至少一个贯通的结构腔体14，结构腔体14与安装腔体12平行设置；其中，至少一个结构腔体14内填充有加强杆体15。

在具体实施过程中，尽可能的增大梁体1的截面面积对其结构强度是有益的，但是却增大了其重量，通过本优选方案，既保证了其截面尺寸的最优范围，又能够通过腔体的设置来节省材料，结构腔体14与安装腔体12之间的侧壁，以及多个结构腔体14之间的侧壁均可起到加强筋的作用而在一定程度上保证结构的强度。但在本优选方案中，为了保证梁体1的结构稳定性，在其中至少一个结构腔体14内设置加强杆体15。

针对加强杆体15，可选择实心结构或空心结构，而对于材料方面，金属结构或者复合材料结构也均在本发明的保护范围内。在将加强杆体15填充至结构腔体14内之后，为了保证加强杆体15位置的稳定性，需要对加强杆体15进行固定，固定方式包括但不限于连接件连接、粘接等。当通过连接件对加强杆体15和梁体1进行连接且加强杆体15为空心结构时，可在梁体1和加强杆体15的对应位置均设置上述包括第一段13a和第二段13b的条形孔，连接件端部在进入空心部分后漏出的端部可通过螺母等结构固定；当通过连接件对加强杆体15和梁体1进行连接且加强杆体15为实心结构时，可在梁体1上设置贯通孔，且在加强杆体15上设置螺纹孔，从而使得通过贯通孔的螺栓可通过螺纹孔实现固定。

作为上述实施例的优选，封板3通过成矩阵分布的若干结构单元31拼接而成；相邻两结构单元31沿车身长度方向的拼接位置通过错位拼接结构连接，错位拼接结构包括设置在一个结构单元31边缘的缩进区域31a，以及设置在另一个相邻结构单元31边缘的凸沿31b，凸沿31b与缩进区域31a贴合实现拼接；相邻两结构单元31沿车身宽度方向的拼接位置通过与同一框架2的连接实现连接。

在使用错位拼接结构时，可在一块结构单元31两侧均设置缩进区域31a，而在相邻的一块结构单元31两侧均设置凸沿31b，或者，在一块结构单元31两侧分别设置缩进区域31a和凸沿31b，均可实现本优化方案中的目的，当凸沿31b与梁体1连接时，也可在梁体1的边缘设置凹陷区域，从而适应凸沿31b的安装。通过框架2对相邻两结构单元31分别进行连接，从而实现相邻两结构单元31的对接，可使得结构单元31的结构得到简化，仅仅调整框架2的设置位置即可，实施成本低。

在对结构单元31进行成型的过程中，优选通过复合材料拉挤的方式在车身方向上形成等截面的结构，可有效的增加生产效率，同样地，为了降低材料的重量，可在拉挤的过程中直接形成空腔结构。

在通过框架2对相连两结构单元31进行连接的过程中，为了保证连接的有效性，需要适当的增加框架2结构在车身长度方向上的尺寸，但是此种方式必然会增加结构的成本，为了解决上述技术问题，框架2包括主体和过渡板22，边缘设置于主体上，过渡板22设置在主体顶部，且在车身的长度方向两端相对于主体向外延伸；过渡板22与主体通过连接件固定，结构单元31与过渡板22的延伸部分通过连接件进行固定，其中，结构单元31位于过渡板22上的边缘位置设置坡面结构，相邻两结构单元31的坡面结构顶部对接，底部形成对连接过渡板22与主体的连接件进行容纳的空间。

通过过渡板22的设置有效的降低了对主体尺寸的要求，通过延伸部分的设置增加了对结构单元31的支撑面积，同时也降低了与结构单元31的连接难度。

为了使得底架结构与车身支撑架5和车身侧墙6进行更好的连接，梁体1顶部向上延伸有沿体16，沿体16靠近车身内部一侧设置有第二支撑面17，第二支撑面17对车身支撑架5进行支撑，沿体16对车身支撑架5进行水平方向的限位，且沿体16嵌入车身支撑架5表面的凹槽内，与车身支撑架5形成与车身侧墙6贴合的光滑表面。

在整个底架结构安装完成后，可通过第二支撑平面和沿体16的设置对车身支撑架5进行定位，为了使得车身支撑架5进行稳定的固定，可对其进行结构优化而获得覆盖面积更大的连接端与梁体1贴合连接，当然，车身支撑架5的结构并不在本申请的保护范围内，其中，沿体16的设置除了实现定位还可对车身支撑架5和第二支撑面17连接的缝隙进行覆盖，从而提高梁体1和车身支撑架5的连接稳定性。

在车身侧墙6安装完成后，可通过连接件将其与车身支撑架5和沿体16进行连接，为了进一步的保证车身侧墙6的位置准确性和稳定性，梁体1位于车身两侧的外部设置有槽体18，槽体18沿车身长度方向设置，槽体18用于容纳车身侧墙6上的凸起部分。

通过凸起部分与槽体18的配合使得车身侧墙6在高度方向上受到槽体18的限制而稳定，车身侧墙6上的凸起部分也在于梁体1连接后增强了连接位置的强度。

在对框架2进行加工的过程中，可以通过热压罐成型工艺对其进行整体成型，此种成型工艺整体结构性强，但当出于加工效率角度考虑时，框架2包括平行设置的两水平管体23以及对两水平管体23进行连接的连接结构24。其中的水平管体23和连接结构24均可通过拉挤的方式获得，从而可实现高效的生产；连接结构24可包括对接的两部分，两部分拼接后形成对水平管体23进行包覆的区域即可，两部分可通过连接件进行固定，每一部分和水平管体23也通过连接件进行固定，从而保证整个框架2结构的稳定性。

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。