轨道交通车辆窗框及其设计方法与流程

1.本发明涉及一种轨道交通车辆窗框及其设计方法，属于轨道交通车辆侧墙板技术领域。


背景技术：

2.随着列车运行速度的提高，对能源的消耗也随之升高，进而对车辆的节能环保要求也提升到了一个新的高度。在此背景下，在保证车辆整体强度的前提下，车辆内饰部件成为车辆轻量化的重点区域。轨道交通车辆中使用的侧墙板作为车辆的装饰件，不但要求产品美观，而且对产品的可靠性、轻量化要求越来越高。侧墙是内装设计中较为复杂的一个部件，由侧墙板和门立柱组成，其中侧墙板包含中间侧墙板、一位端侧墙板、二位端侧墙板以及相关安装附件。中间侧墙板带有窗口结构，也叫做窗框，是数量最多的侧墙板，结构也最为复杂。 目前轨道交通车辆侧墙板主要采用4mm厚玻璃钢、3mm厚铝板和夹层结构铝蜂窝材料。玻璃钢侧墙的特点是成型工艺相对简单，造型能力强，但是尺寸稳定性相对较差，刚度低、易变形，重量较大，背面需要粘接金属件作为机械安装接口。铝板不适合大面积整体成型，刚度差，易变形。铝蜂窝侧墙的特点是整体强度和平面度较好，但是窗框处结构制造难度大、重量也较大。上述材质的侧墙板存在同等结构强度下重量大，安装复杂，整体性差，安全性不够等缺点。
3.检索到的现有相关专利有：1.cn201320142775.3，一种轨道交通车辆内饰用侧墙板；2.cn201910724267.8，一种轨交车辆侧窗安装系统；3.cn202011270389.3，轨道交通车辆结构耐火端墙及轨道交通车辆。


技术实现要素：

4.本发明提供的轨道交通车辆窗框，具有优良的阻燃性能，适合大面积整体成型，使窗框具有轻质高强、防火、环保和隔音隔热的优点，安装可靠性和安全性更高，使用寿命更长。本发明还提供了一种轨道交通车辆窗框的设计方法。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：轨道交通车辆窗框，包括窗框，窗框上装有卷帘组件、安装板和挂钩,窗框包括窗口板以及沿窗口板外周一体成型的窗框侧墙板，其特征在于：所述的窗框采用多层复合材料预浸料固化成型且在窗框侧墙板和窗口板相应位置的多层复合材料预浸料中铺设芳纶蜂窝夹芯层，在窗框中预埋用于卷帘组件、安装板和挂钩安装的金属件。
6.优选的，表层的复合材料预浸料的边缘翻折至底层的复合材料预浸料上，芳纶蜂窝夹芯层与复合材料预浸料通过胶模粘接，在窗框侧墙板和窗口板的中间区铺设的芳纶蜂窝夹芯层为正六边形芳纶蜂窝，在窗框侧墙板和窗口板的圆角区域铺设的芳纶蜂窝夹芯层为四边形过拉伸芳纶蜂窝。
7.优选的，在所述的窗口板内边缘一体成型窗口唇边，窗口唇边上卡接密封胶条，窗
口唇边伸入密封胶条的唇口中。
8.优选的，所述的金属件设置在芳纶蜂窝夹芯层中或粘接在复合材料预浸料上，金属件外周的芳纶蜂窝夹芯层中以及窗框开孔位置外周的芳纶蜂窝夹芯层中均填充轻质环氧胶泥且轻质环氧胶泥沿金属件周边以及窗框开孔位置周边向外填充2~4个蜂窝格。
9.优选的，所述的芳纶蜂窝夹芯层的外侧壁上粘接发泡胶条，发泡胶条被包裹在复合材料预浸料中。
10.优选的，所述的窗框侧墙板和窗口板之间形成用于卷帘组件滑动的u型槽，u型槽设置在窗口板的左右两侧，所述的金属件包括预埋在u型槽背面的金属块一和预埋在芳纶蜂窝夹芯层中的金属块二，金属块一和金属块二上至少开有一个螺纹孔，金属块一通过胶膜粘接在复合材料预浸料上且被复合材料预浸料包覆，金属块一外边角为倒角。
11.优选的，所述的芳纶蜂窝夹芯层中预埋多个金属块二，金属块二的厚度比芳纶蜂窝夹芯层的厚度小0.5毫米，金属块二与复合材料预浸料通过胶膜粘接。
12.优选的，所述的卷帘组件包括装在u型槽中的卷帘滑道和设置有窗口板中线上且与窗口板固定的卷帘中间立柱，卷帘滑道设置在u型槽中且通过螺钉与金属块一紧固，卷帘中间立柱的上端固定上固定板，上固定板与金属块二通过螺钉紧固，卷帘中间立柱下端连接下固定板，下固定板上的螺钉贯穿窗口板钉入至卷帘中间立柱下端中。
13.优选的，所述的安装板与金属块二通过螺钉紧固，挂钩包括挂钩本体和与挂钩本体固接的压板，挂钩本体贯穿窗框侧墙板，压板与窗框侧墙板贴合并通过螺钉与金属块二紧固。
14.以上所述的轨道交通车辆窗框的设计方法，其特征在于：根据窗框的强度和厚度需求，设计多层复合材料预浸料的厚度、芳纶蜂窝夹芯层的厚度以及复合材料预浸料的面密度，根据窗框的安装强度需求，设计金属件的尺寸及数量。
15.发明的有益效果是：1.本发明的轨道交通车辆窗框，窗框采用多层复合材料预浸料固化成型且在窗框侧墙板和窗口板相应位置的多层复合材料预浸料中铺设芳纶蜂窝夹芯层，芳纶蜂窝具有良好的树脂浸润性、高比强度、高比刚度、凸出的耐腐蚀性和自熄性，优良的耐候性和绝缘性，芳纶蜂窝夹芯层与复合材料预浸料固化成一体，在减重方向具有突出优势，且具有优良的阻燃性能，适合大面积整体成型，使窗框具有轻质高强、防火、环保和隔音隔热的优点。
16.2.在窗框中预埋金属件用于卷帘组件、安装板和挂钩的安装，其中金属块二预埋在芳纶蜂窝夹芯层中被复合材料预浸料覆盖住，且在金属块二外周的芳纶蜂窝夹芯层中填充轻质环氧胶泥，使金属块二周边的芳纶蜂窝夹芯层的强度更高，增加了预埋可靠性，对金属件形成有效的预埋加固，避免金属块二在拧螺钉时松动或被拔出，提高卷帘组件、安装板和挂钩的安装强度，提高窗框的安装可靠性和安全性，延长其使用寿命。
17.3.窗框开孔位置外周的芳纶蜂窝夹芯层中填充轻质环氧胶泥，起到密封效果，避免水、汽进入芳纶蜂窝夹芯层导致分层开裂，同时对开孔位置的芳纶蜂窝夹芯层进行加固，增加开孔位置的强度。
18.4.芳纶蜂窝夹芯层的外侧壁上粘接发泡胶条，发泡胶条在加热过程中体积膨胀3~5倍，可以有效避免窗框周边向内凹陷。
19.5.在窗框侧墙板和窗口板的中间区铺设的芳纶蜂窝夹芯层为正六边形芳纶蜂窝，
在窗框侧墙板和窗口板的圆角区域铺设的芳纶蜂窝夹芯层为四边形过拉伸芳纶蜂窝，使窗框侧墙板和窗口板在边角位置弯曲刚度更低，弯曲变形能力更大，降低了铺层难度。
附图说明
20.图1为发明的轨道交通车辆窗框的主视图。
21.图2为轨道交通车辆窗框的立体图。
22.图3为u型槽位置处的剖视图。
23.图4为上固定板与窗框中的金属块二固定的示意图。
24.图5为下固定板与窗框固定的示意图。
25.图6为挂钩与窗框固定的示意图。
26.图7为安装板与窗框固定的示意图。
具体实施方式
27.下面结合图1~7对本发明的实施例做详细说明。
28.轨道交通车辆窗框，包括窗框1，窗框上装有卷帘组件2、安装板3和挂钩4,窗框1包括窗口板5以及沿窗口板5外周一体成型的窗框侧墙板6，其特征在于：所述的窗框1采用多层复合材料预浸料11固化成型且在窗框侧墙板6和窗口板5相应位置的多层复合材料预浸料11中铺设芳纶蜂窝夹芯层12，在窗框1中预埋用于卷帘组件2、安装板3和挂钩5安装的金属件13。
29.以上所述的轨道交通车辆窗框，窗框1采用多层复合材料预浸料11固化成型且在窗框侧墙板6和窗口板5相应位置的多层复合材料预浸料11中铺设芳纶蜂窝夹芯层12，芳纶蜂窝具有良好的树脂浸润性、高比强度、高比刚度、凸出的耐腐蚀性和自熄性，优良的耐候性和绝缘性，芳纶蜂窝夹芯层12与复合材料预浸料11固化成一体，同类产品在同样采用芳纶蜂窝作为夹芯层时采用3mm厚铝板制作时其面密度是8.1kg/
㎡
，采用4mm厚玻璃钢制作时其面密度是7.2~8kg/
㎡
，采用0.5~1mm厚的多层复合材料预浸料11制作时其面密度是4~5kg/
㎡
，减重30%以上，在减重方向具有突出优势，且具有优良的阻燃性能，适合大面积整体成型，使窗框具有轻质高强、防火、环保和隔音隔热的优点。在窗框1中预埋金属件13用于卷帘组件2、安装板3和挂钩4的安装，提高卷帘组件2、安装板3和挂钩4的安装强度，提高窗框的安装可靠性和安全性，延长其使用寿命。
30.其中，表层的复合材料预浸料11的边缘翻折至底层的复合材料预浸料11上，芳纶蜂窝夹芯层12与复合材料预浸料11通过胶模14粘接，保证芳纶蜂窝夹芯层12与复合材料预浸料11的有效粘接,将表层的复合材料预浸料11的边缘翻边至底层的复合材料预浸料11上，保证多层复合材料预浸料11有效结合成整体不易分层；在窗框侧墙板6和窗口板5的中间区铺设的芳纶蜂窝夹芯层12为正六边形芳纶蜂窝，在窗框侧墙板6和窗口板5的圆角区域铺设的芳纶蜂窝夹芯层12为四边形过拉伸芳纶蜂窝，使窗框侧墙板6和窗口板5在边角位置弯曲刚度更低，弯曲变形能力更大，降低了铺层难度。
31.其中，在所述的窗口板5内边缘一体成型窗口唇边51，窗口唇边51上卡接密封胶条7，窗口唇边伸入密封胶条7的唇口中。密封胶条7卡在窗口唇边51并将窗口唇边51包裹，可有效对窗口唇边51进行保护，窗口玻璃安装后与窗口唇边51之间通过密封胶条7密封隔开，
即可密封窗口玻璃边缘又可有效缓解窗口玻璃对窗口唇边51的振动受力。
32.其中，所述的金属件13设置在芳纶蜂窝夹芯层12中或粘接在复合材料预浸料11上，金属件13外周的芳纶蜂窝夹芯层12中以及窗框1开孔位置外周的芳纶蜂窝夹芯层中均填充轻质环氧胶泥15且轻质环氧胶泥15沿金属件13周边以及窗框1开孔位置周边向外填充2~4个蜂窝格。在金属件13外周的芳纶蜂窝夹芯层12中填充轻质环氧胶泥15，使金属件13周边的芳纶蜂窝夹芯层12的强度更高，增加了预埋可靠性，对金属件形成有效的预埋加固，避免金属件13在拧螺钉时松动或被拔出，提高卷帘组件、安装板和挂钩的安装强度，提高窗框的安装可靠性和安全性，延长其使用寿命。窗框1开孔位置外周的芳纶蜂窝夹芯层12中填充轻质环氧胶泥15，起到密封效果，避免水、汽进入芳纶蜂窝夹芯层12导致分层开裂，同时对开孔位置的芳纶蜂窝夹芯层12进行加固，增加开孔位置的强度。
33.其中，所述的芳纶蜂窝夹芯层12的外侧壁上粘接发泡胶条16，发泡胶条16被包裹在复合材料预浸料11中。发泡胶条16在加热过程中体积膨胀3~5倍，可以有效避免窗框1周边向内凹陷。
34.其中，所述的窗框侧墙板6和窗口板5之间形成用于卷帘组件2滑动的u型槽8，u型槽8设置在窗口板5的左右两侧，所述的金属件13包括预埋在u型槽8背面的金属块一131和预埋在芳纶蜂窝夹芯层12中的金属块二132，金属块一131和金属块二132上至少开有一个螺纹孔，金属块一131通过胶膜14粘接在复合材料预浸料11上且被复合材料预浸料11包覆，金属块一131外边角为倒角。金属块一131粘接在u型槽8的背面，用于卷帘组件2的固定，即不影响u型槽8的结构成型，又与卷帘组件2形成刚性连接，保证其安装稳定性和可靠性。
35.其中，所述的芳纶蜂窝夹芯层12中预埋多个金属块二132，金属块二132的厚度比芳纶蜂窝夹芯层12的厚度小0.5毫米，金属块二132与复合材料预浸料11通过胶膜粘接。金属块二132预埋在芳纶蜂窝夹芯层12中被复合材料预浸料11覆盖住，且在金属块二132外周的芳纶蜂窝夹芯层13中填充轻质环氧胶泥15，增加了金属块二132的预埋可靠性，对金属块二132进行预埋加固，避免金属块二132在拧螺钉时松动或被拔出，提高卷帘组件2、安装板3和挂钩4的安装强度，提高窗框1的安装可靠性和安全性，延长其使用寿命。
36.其中，所述的卷帘组件2包括装在u型槽8中的卷帘滑道21和设置有窗口板5中线上且与窗口板5固定的卷帘中间立柱22，卷帘滑道21设置在u型槽中且通过螺钉与金属块一131紧固，卷帘中间立柱22的上端固定上固定板221，上固定板221与金属块二132通过螺钉紧固，卷帘中间立柱22下端连接下固定板222，下固定板22上的螺钉贯穿窗口板5钉入至卷帘中间立柱22下端中。卷帘滑道21配装在u型槽8中并通过螺钉与金属块一131紧固，卷帘滑道21装在窗口板5与窗框侧墙板6之间且置于u型槽8中，形成隐藏的滑道结构，提高窗框的美观度，卷帘滑道21与金属块二131紧固，安装稳定可靠，金属块一131的外边缘做倒角处理，可使外层的复合材料预浸料与金属块一131贴合的更紧密，提高粘接可靠性。其中，所述的安装板3与金属块二132通过螺钉紧固，挂钩4包括挂钩本体41和与挂钩本体41固接的压板42，挂钩本体41贯穿窗框侧墙板6，压板42与窗框侧墙板6贴合并通过螺钉与金属块二132紧固。安装板3与金属块二132通过螺钉紧固，安装板3再通过螺钉固定在车体骨架上，安装板3与窗框和车体骨架都是刚性连接，稳定性好，不易松开，挂钩4中的压块42与金属块二132通过螺钉紧固，稳定性好，挂钩本体51贯穿窗框侧墙板6，在贯穿孔周边的芳纶蜂窝夹芯层中填充轻质环气胶泥15，起到密封效果，避免水、汽进入芳纶蜂窝夹芯层导致分层开裂，
同时对开孔位置的芳纶蜂窝夹芯层12进行加固，增加了开孔位置的强度，提高挂钩5的安装可靠性。
37.本发明还保护一咎轨道交通车辆窗框的设计方法，其特征在于：根据窗框1的强度和厚度需求，设计多层复合材料预浸料11的厚度、芳纶蜂窝夹芯层12的厚度以及复合材料预浸料11的面密度，根据窗框1的安装强度需求，设计金属件13的尺寸及数量。设计多层复合材料预浸料11的厚度、芳纶蜂窝夹芯层12的厚度以及复合材料预浸料11的面密度满足窗框的强度及轻量化需求，设计金属件13的尺寸及数量保证窗框的安装强度，窗框的安装稳定性和安全性更高。
38.以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。