转向架的侧梁以及转向架的制作方法

1.本实用新型涉及轨道车辆技术领域，具体涉及一种转向架的侧梁以及转向架。


背景技术：

2.车辆减重是节约运行能耗的一种有效方式，目前在保证车辆安全性能的前提下，钢构架侧梁很难再通过结构优化进行减重，此时材料的更换是突破该技术瓶颈的一种有效手段，但材料替换后如何满足强度、空间要求，是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种转向架的侧梁，包括箱型的主梁体，以及位于所述主梁体两端的端部梁体，所述端部梁体与所述主梁体一体或分体设置，所述端部梁体为板状结构，至少所述主梁体由纤维复合材料制成。
4.可选地，所述主梁体和所述端部梁体由纤维复合材料一体制成，所述主梁体和所述端部梁体全部为纤维复合材料，或，所述主梁体包括与其匹配的芯模和缠绕于所述芯模外周的纤维复合材料层；
5.或，所述主梁体和所述端部梁体分体设置，且所述主梁体由纤维复合材料制成，所述端部梁体由金属制成。
6.可选地，所述端部梁体为条形板，且所述端部梁体的宽度大于所述主梁体的宽度。
7.可选地，所述主梁体和所述端部梁体分体设置，所述端部梁体通过连接套筒与所述主梁体的端部相互嵌套并固定连接，所述连接套筒与所述端部梁体为一体结构。
8.可选地，所述端部梁体包括一体相接的圆形安装板和条形延伸板，且所述端部梁体的宽度大于所述主梁体的宽度，所述圆形安装板的宽度大于所述条形延伸板的宽度。
9.可选地，所述圆形安装板的两侧向下延伸形成弧形延伸边，所述条形延伸板的两侧向下延伸形成条形延伸边，所述弧形延伸边和所述条形延伸边相接；所述条形延伸板的端部向下弯折。
10.可选地，所述主梁体对应于连接横梁的位置的内侧向内突出，形成一级台阶部，所述主梁体内侧的中部相对所述一级台阶部向外突出形成二级台阶部。
11.可选地，所述主梁体设有横梁连接孔，所述主梁体的内腔壁一体设置突出的第一加强部，所述第一加强部围绕所述横梁连接孔设置；和/或，所述主梁体设有安装制动夹钳安装座的安装接口，所述主梁体的内腔壁一体设置突出的第二加强部，所述第二加强部包裹所述安装接口。
12.可选地，所述主梁体下凹设置，形成下沉段和位于所述下沉段两端的倾斜段，所述倾斜段连接所述端部梁体。
13.本实用新型还提供一种转向架，包括上述任一项所述的侧梁，所述端部梁体的下方设有一系弹簧、一系垂向减振器，所述端部梁体与所述一系弹簧、所述一系垂向减振器共同形成一系悬挂；或所述端部梁体下方不设置一系弹簧、一系垂向减震器，所述端部梁体形
成一系悬挂。
14.本方案中，侧梁的主梁体作为主要结构承载件，设计为中部空心的箱型结构，且主梁体所处位置的空间相对较大，可以根据需求设计出箱型尺寸使得由纤维复合材料制成的主梁体具有足够的强度和刚度，而端部梁体则设置为板状结构，以适应构架在此位置的高度空间限制，同时板状结构使得端部梁体具有一定弹性，通过刚度设计，可与一系弹簧、一系垂向减振器一起作为一系悬挂，提供垂向刚度，或直接充当一系悬挂。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例1所提供侧梁的结构示意图；
16.图2为图1的主视图；
17.图3为图2的俯视图；
18.图4为图2的左视图。
19.图5为图2中主梁体的纵向剖视图；
20.图6为本实用新型实施例2中侧梁的结构示意图。
21.图1-6中的附图标记说明如下：
22.1-侧梁；
23.11-主梁体；111-一级台阶部；112-二级台阶部；113-横梁连接孔；114-手动操作工艺孔；115-安装接口；116-大圆角；117-小圆角；118-第一加强部；119-第二加强部；1110-通气接口；
24.12-端部梁体；12a-工艺口；121-圆形安装板；121a-弧形延伸边；122-条形安装板；122a-条形延伸边。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
26.实施例1
27.请参考图1-4，图1为本实用新型实施例1所提供侧梁1的结构示意图；图2为图1的主视图；图3为图2的俯视图；图4为图2的左视图。
28.如图1所示，实施例1中的侧梁1，包括箱型的主梁体11，即主梁体11为中空的箱型结构，主梁体11具体在本实施例中下凹设置，包括下沉段和位于下沉段两端的倾斜段。此外，侧梁1还包括位于主梁体11两端的端部梁体12，实施例1中，端部梁体12与主梁体11一体设置，端部梁体12和倾斜段相接，而且端部梁体12为板状结构，图1中的端部梁体12为条形板结构。
29.如图2所示，侧梁1的主梁体11开设有横梁连接孔113，具体是侧梁1的内、外两侧均设有横梁连接孔113，前后位置对应的两个横梁连接孔113组成一组横梁连接孔113，侧梁1设有两组横梁连接孔113用于连接两根横梁，横梁连接孔113的四周还可以设置手动操作工艺孔114，便于连接横梁和侧梁1的连接件的安装与拆卸。
30.侧梁1端部呈板状的端部梁体12用于和一系弹簧连接，一系弹簧处于端部梁体12的下方。另外，主梁体11和端部梁体12由纤维复合材料一体制成，有利于实现转向架构架的
轻量化设计要求，纤维复合材料例如是碳纤维，或者包括碳纤维和玻璃纤维等。本文主要以碳纤维为例进行说明，不再一一赘述。
31.如此设置，侧梁1的主梁体11作为主要结构承载件，设计为中部空心的箱型结构，且主梁体11所处位置的空间相对较大，可以根据需求设计出箱型尺寸使得由纤维复合材料制成的主梁体11具有足够的强度和刚度，而端部梁体12则设置为板状结构，以适应构架在此位置的高度空间限制，同时板状结构使得端部梁体12具有一定弹性，通过刚度设计，可与一系弹簧、一系垂向减振器一起作为一系悬挂，提供垂向刚度，或者直接取消一系弹簧、一系垂向减震器，直接由端部梁体12承担一系悬挂的功能。端部梁体12的顶部可设有用于拆卸一系弹簧的工艺口12a。
32.如图3所示，侧梁1的端部梁体12为条形板，且端部梁体12的宽度大于主梁体11的宽度，宽度即图3中上下方向的尺寸。主梁体11向端部梁体12平滑过渡，较大宽度的端部梁体12可以提供足够的面积与一系弹簧完成连接，端部梁体12靠近主梁体11的一端的下方一系弹簧连接，远离主梁体12的外端下方连接一系垂向减振器。端部梁体12可以是平直的条形板，根据空间需求，端部梁体12的端部也可以向下弯折倾斜一定角度，避免与车体干涉。
33.请继续参考1、3，主梁体11对应于连接横梁的位置的内侧向内突出，形成一级台阶部111，主梁体11内侧的中部相对一级台阶部111继续向外突出形成二级台阶部112。本文中，将侧梁1的两侧分别定义为内侧和外侧，文中除特别指名外，内、外方向是以转向架构架为基准，靠近转向架构架中部为内，远离转向架中部为外，即两根侧梁1相对的一侧为内侧，两根侧梁1相背的一侧相应地为外侧。
34.可结合图3理解，主梁体11的厚度沿长度方向大体一致，长度方向即图3中的左右方向，厚度即图3中上下方向的尺寸，厚度也即主梁体11的宽度。在主梁体11的位置，由于相对凸出的一级台阶部111和二级台阶部112的存在，主梁体11的厚度有所增加。为了避免应力集中，如图1、3所示，一级台阶部111和相邻倾斜段的内侧之间，以及一级台阶部111和二级台阶部112之间，均平滑过渡。其中，一级台阶部111对应于和横梁连接的位置，如图1所示，横梁连接孔113设于一级台阶部111的台阶面，另外，二级台阶部112的顶部用于支撑偏心设置的空簧。空簧靠近转向架的中部作偏心设置，可改善转向架的受力状况，而此时设置突出的二级台阶部112，可以联合横梁结构为偏心设置的空簧提供整体支撑。
35.本实施例中侧梁1的内侧做了两级台阶设置，一级台阶部111增加侧梁1对应位置的厚度，以增强和横梁连接位置的强度，二级台阶部112进一步内凸以提供足够的支撑面积以辅助支撑偏心设置的空簧，一级台阶部111形成二级台阶部112和主梁体11的其他内侧表面之间的过渡台阶部，从而便于工艺成型，降低一体成型工艺中主梁体11中部截面突变的成型难度。
36.请继续参考图1、3，主梁体11中部的顶部设有通气接口1110，在主梁体11的顶部安装有空簧安装座，空簧安装于空簧安装座后，通气接口1110用于连通空簧和主梁体11的内腔，此时，主梁体11的内腔的一部分或全部可以作为空簧气室，也可以通过增加风缸、利用横梁内腔等方式增加气室的容积，当然，单独设置风缸等方式作为空簧的气室也可以。此处设置的通气接口1110与偏心设置的空簧对应，通气接口1110相对主梁体11的纵向中线也偏心设置，这里的纵向中线处于同一纵向平面。
37.进一步地，请参考图5，图5为图2中主梁体11的纵向剖视图。
38.主梁体11的内腔壁，对应于和横梁连接的位置，设有突出的由碳纤维制成的第一加强部118，本文所述内腔壁的“内腔”是指侧梁1的空心腔室，区分于侧梁1的外部环境，与上文内侧非同一参考系。如图5所示，主梁体11下沉段的两端设有横梁连接孔113，横梁受力复杂且载荷较大，第一加强部118围绕横梁连接孔113设置，从而加强与横梁连接位置的强度。另外，如图5所示，第一加强部118包裹住手动操作工艺孔114。
39.同样，主梁体11的内腔壁，对应于和制动夹钳安装座连接的位置，设有突出的由碳纤维制成的第二加强部119。如图4所示，端部梁体12设有安装制动夹钳安装座的安装接口115，第二加强部119包裹住安装接口115，即安装接口115开设于第二加强部119，从而在安装接口115位置进行补强，以适应制动夹钳较大制动反力。
40.本实施例中，如前所述，侧梁1的主梁体11呈中部下凹的倒“几”形，端部梁体12用于安装一系弹簧，需要具有一定的高度，主梁体11连接横梁的位置较低，主梁体11通过倾斜段下倾一定角度以降低高度，可避免和车体干涉，并完成和横梁的连接，可见，该下凹设置方式可充分利用空间，而纤维复合材料的抗拉强度较高，也适应于此种结构设计。
41.请参考图1，主梁体11下沉段的内侧的上、下边缘设置为大圆角116，主梁体11倾斜段内侧的上、下边缘则为小圆角117，其中，大圆角116和小圆角117之间平滑过渡，大圆角116和小圆角117是相对的概念，根据侧梁1的结构尺寸、装配需求等设计。主梁体11的大圆角116结构有助于碳纤维工艺成型，倾斜段的内侧安装有制动夹钳安装座，用于固定安装制动夹钳，此时，主梁体11的大圆角116逐步向两侧过渡为较小的小圆角117，以满足制动夹钳安装座的安装接口115应用要求。
42.下面描述上述实施例中侧梁1的两种成型工艺：
43.成型工艺一：
44.首先，预备芯模，芯模例如可以是金属制成，芯模包括主芯模和端部芯模，主芯模按照所需成型侧梁1的主梁体11形状设计，比如，主芯模也包括内侧和外侧，其中内侧形成与第一台阶部111、第二台阶部112对应的第一芯模台阶部、第二芯模台阶部；
45.然后，主芯模和端部芯模拼合为完整的芯模，在芯模上缠绕碳纤维；
46.之后，可在压力和/或真空作用下，注入树脂以固化碳纤维；
47.最后，脱除端部芯模，主芯模保留，然后将两端压扁形成板状结构的端部梁体12，然后可根据结构需求机械加工出上述的各种接口、连接孔等，得到所需的侧梁1。此时侧梁1的主梁体11包括与其匹配的主芯模和缠绕于主芯模的碳纤维复合材料层。
48.成型工艺二：
49.首先，预备芯模，芯模例如可以是金属制成，芯模按照所需成型侧梁1的形状设计，比如，主芯模也包括内侧和外侧，其中内侧形成与第一台阶部111、第二台阶部112对应的第一芯模台阶部、第二芯模台阶部；
50.然后，在芯模上铺设碳纤维预浸料，铺设的碳纤维预浸料形成内芯，此时内芯的厚度小于所需成型的侧梁1厚度；
51.再沿芯模的长度方向切割内芯，以取出芯模，切割方式有利于异形结构的芯模的脱模；
52.切割后的内芯包括两半，此时，将切割开的内芯再重新拼合形成完整空心梁体状的内芯，此时的内芯相对较薄，此后再在重新拼合的内芯的外侧继续铺设干丝碳纤维，铺设
干丝碳纤维时可以采用定型胶，加强局部承载能力，在铺设干丝碳纤维时，为了增加干丝碳纤维连续性，可结合三维编织技术共同实现干丝碳纤维铺层结构，在达到侧梁1整体厚度要求后，不再继续铺设干丝碳纤维，成型工艺一采用同样编织缠绕方式。
53.最后，可在压力和/或真空作用下，注入树脂以固化干丝碳纤维，并将两端压扁形成板状结构的端部梁体12，然后可根据结构需求机械加工出上述的各种接口、连接孔等，从而形成侧梁1。
54.上述两种成型工艺在注入树脂、固化时，可采用rtm工艺 热压罐进行侧梁1的整体成型，最终成型碳纤维材质的侧梁1。机械加工的接口和连接孔等，主要是使用机械加工形式对侧梁1的横梁连接孔113、工艺口12a、安装接口115、手动操作工艺孔114等位置进行加工。其中安装接口115、手动操作工艺孔114可以在第一加强部118、第二加强部119的位置加工，形成的安装接口115、手动操作工艺孔114分别由第一加强部118、第二加强部119包裹。
55.为了形成上述的第一加强部118、第二加强部119，芯模的外表面对应于横梁连接的位置、制动夹钳安装座连接的位置，设有凹坑，在上述铺设碳纤维预浸料前，可事先在凹坑内铺设加强层或加强块，形成对应的第一加强部118、第二加强部119。
56.上述成型工艺二通过芯模先制备内芯，再切割取出芯模后，将内芯拼合后继续铺设和/或编织干丝碳纤维，从而实现异形芯模的取出。本实施例中侧梁1形状复杂，包括板状结构、二级台阶设计、渐变圆角等，综合使用编织 铺放 rtm的成型方式有效解决了侧梁1复杂形状的成型问题。
57.实施例2
58.请参考图6，图6为本实用新型实施例2中侧梁1的结构示意图。
59.实施例2与实施例1的主梁体11的结构相同，区别在于端部梁体12的结构以及端部梁体12和主梁体11是分体设置，相同部分不再赘述，下面主要描述不同部分。
60.如图6所示，实施例2中的主梁体11和端部梁体12分体设置，且主梁体11由纤维复合材料制成，端部梁体12则由金属制成。端部梁体12同样是板状结构，所起作用与实施例1中板状的端部梁体12相同。
61.图6中，端部梁体12一体形成有金属制成的连接套筒13，端部梁体12通过连接套筒13与主梁体11的端部相互嵌套并固定连接，具体地，连接套筒13外套主梁体11的端部，并通过紧固件连接，紧固件例如是铆钉或者螺栓等。主梁体11是箱型结构，端部梁体12是板状结构，端部梁体12和主梁体11分体设置可以降低侧梁1的整体成型难度。另外，金属制成的端部梁体12根据需求进行刚度设计也易于实现，且也便于和一系弹簧、一系垂向减振器进行安装。
62.具体地，如图6所示，端部梁体12包括一体相接的圆形安装板121和条形延伸板122，圆形安装板121的下方连接一系弹簧，例如是螺旋钢弹簧，圆形安装板121与一系弹簧的端部形状较为匹配，工艺口12a设于圆形安装板121。为了提供足够的安装面积，端部梁体12的宽度也大于主梁体11的宽度，图6中圆形安装板121和条形延伸板122的宽度方向尺寸均大于主梁体11的宽度，条形延伸板122的宽度小于圆形安装板121的宽度，条形延伸板122的下方连接有一系垂向减振器。
63.此外，圆形安装板121的两侧向下延伸形成弧形延伸边121a，条形延伸板122的两侧向下延伸形成条形延伸边122a，弧形延伸边121a和条形延伸边122a是一体形成，即端部
梁体12的截面近似u形，这样有利于提高抗弯能力。图6中端部梁体12的长度相对较长，延伸板122的端部向下弯折，如此，当转向架相对车体发生转动时，可避免较长的端部梁体122与车体发生干涉。
64.实施例2中侧梁1的成型工艺与实施例1基本相同，只是配备的芯模是对应于主梁体11的芯模，不需要压扁操作，最后成型将制成的主梁体11与金属件的端部梁体12再进行连接，即形成侧梁1。实施例1中主梁体11和端部梁体12为一体式结构，结构稳定性更好，实施例2中主梁体11和端部梁体12为分体式结构，加工工艺相对更为简单。
65.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。