一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体制造技术

本发明专利技术属于轨道车辆设备相关领域，并公开了一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其包括蒙皮单元和骨架单元，其中蒙皮单元由浇淋有树脂的多层竹篾带通过缠绕工艺一体成型制得，并形成为上下和左右各自对称分布且整体呈腰鼓造型的中空厢体结构；骨架单元包括沿着车体长度方向间隔布置的多个环向梁、以及沿着车体长度方向延伸布置将这些环向梁串接起来的多个纵向梁，并且所有环向梁和纵向梁以嵌合安装的方式设置于蒙皮单元的内部。通过本发明专利技术，可进一步充分发挥竹纤维轴向拉伸强度高以及环向无应力缺陷的优点，同时具备适应竹缠绕加工工艺特点，车体整体强度高、缓冲能力和抗拉强度好等优点。

With a drum shape of bamboo wrapped body

The invention belongs to the field of rail vehicle equipment, and discloses a drum shape characteristics of bamboo wrapped body, including skin and skeleton unit unit, the unit is composed of multilayer skin poured resin with bamboo by winding process of integral molding system, and form up and down about their symmetric distribution and as a whole the hollow box structure of drum shape; skeleton unit includes a plurality of ring along the length direction of the vehicle to the beam, and spaced along the length direction of the vehicle will be positioned to extend these rings to beam on a plurality of longitudinal beam connected together, and all the internal ring is arranged to beam and longitudinal beam to be fitted on the skin unit set. The invention can further make full use of bamboo fiber with high tensile strength and axial ring no advantage defects, at the same time to adapt to the bamboo winding machining process characteristics, advantages, the overall strength of body high buffering capacity and good tensile strength etc..

【技术实现步骤摘要】
一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体
本专利技术属于轨道车辆设备相关领域，更具体地，涉及一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体。
技术介绍
对于轨道车辆譬如高铁列车的车体而言，一般是由车头部的头车车体和后面连接的若干个中间车车体构成，各车体由车顶、侧墙、端墙、底架等结构共同围成。为了追求更快的运行速度和更安全的性能，在确保必要整体强度的前提下，轨道车体的轻量化设计正成为本领域的研发趋势和热点之一。目前实现轨道车体轻量化的主要方式除了进行结构的合理优化设计之外，另一个途径是采用具备适当特征的新材料。例如，传统的轨道车辆车体一般采用耐候钢车体和不锈钢车体，车体结构呈单层外壳内部骨架的结构；后来出现了采用新型铝合金的车体，并制成中空型材结构，减重效果突出，得到快速的推广和普及。但无论何种以金属为主的车体结构，其自重依然很大，限制车速的进一步提高；尤其是，金属材料在抗缓冲能力、保温抗冻及其隔振减噪等多个性能方面具有较大的不足，并且金属如铝是储量有限的资源，也进一步限制了大规模的应用。竹缠绕复合材料是一种浸润复合有树脂胶粘剂的竹基元件、并专门通过缠绕工艺加工成型的新型生物基材料，大量的实际工程应用及测试表明，可充分发挥竹纤维轴向拉伸强度高的关键特性，并适于替代钢材、塑料、玻璃纤维、钢筋混凝土等传统高能耗、高污染材料的使用，因而具备广阔的应用前景。例如，本申请的专利技术人早期已经递交了多份相关申请，如CN200910099279.2公开了一种竹纤维缠绕复合管的制备方法、CN201410383421.7公开了一种竹缠绕复合管的连续缠绕加工工艺，CN201610081398.5公开了一种用于竹缠绕复合产品的竹篾帘及其编制成型方法、CN201610229360.8公开了一种超大口径的竹缠绕复合管及其制造方法等，这些竹缠绕复合管材及其组件、制造方法和设备已经在国内多个工程项目中获得了认证和大规模推广，并通过实际应用及测试表明可有效替代聚乙烯管、玻璃钢管和玻璃钢夹砂管等常规管材，因而适用于给排水工程、石油化工防腐等场合。此外，针对一些新的应用方向如轨道交通设备领域，本申请的专利技术人早期也申请了相关申请，如CN201510942477.6公开了一种轨道车辆车体及其制备方法，其中提出该车体由竹篾和树脂缠绕一体成型，其中端墙固定在车体车身的端部，侧墙、车顶、底板围成车体车身并固定在承载结构之上。然而，随着后期更进一步的深入研究表明，该早期专利虽然披露了利用竹缠绕复合材料来加工制备轨道车体的基础构思，但由于轨道交通设备在实际设计中尚需考虑多方面的复杂影响因素，相应地，必需结合竹缠绕复合材料自身的特征及工艺特点，进一步对适合竹缠绕车体的结构组成、尺寸外形、整体结构强度、受力分析以及加工工艺等重要方面做出更具针对性的后续研究和改进设计。
技术实现思路
针对现有技术的以上不足或改进需求，本专利技术提供一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其中通过充分结合竹缠绕复合材料自身的结构及加工特点，并专门针对车体结构组成、外形特征、整体布局、受力分析和加工工艺等多个重要方面做出进一步的研究和设计，所制得的竹缠绕车体不仅符合现有技术规范的各项性能指标要求，而且在结构减重、缓冲能力、底板抗剪切强度、抗拉强度以及保温抗冻性等方面具备突出的优势，因而尤其适用于譬如中低速磁悬浮、城市轻轨、动车组或其他高铁形式的轨道交通应用场合。为实现上述目的，按照本专利技术，提供一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其特征在于，该竹缠绕车体包括蒙皮单元和骨架单元，其中：所述蒙皮单元由浇淋有树脂的多层竹篾带通过缠绕工艺一体成型制得，并形成为上下和左右各自对称分布的中空厢体结构；该中空厢体的左右宽度的尺寸被设计为大于上下高度的尺寸，并且其内、外区域的所有表面均沿着环向方向采用圆弧转角过渡，由此整体呈现为腰鼓造型的外形特征；所述骨架单元包括沿着车体长度方向间隔布置的多个环向梁、以及沿着车体长度方向延伸布置将这些环向梁串接起来的多个纵向梁，并且所有环向梁和纵向梁均在所述蒙皮单元一体成型之后，再以嵌合安装的方式设置于所述蒙皮单元的内部。通过以上构思，由于该竹缠绕车体的整体外形被设计为侧向略微鼓出且内外所有区域均采用圆弧转角过渡的腰鼓状造型，首先，可充分发挥竹纤维从微观层面看所具备的轴向拉伸强度高以及环向无应力缺陷的关键特征，由此在骨架单元的配合下可确保获得所需的整体强度，其次，还便于整个缠绕加工工艺过程中，对蒙皮单元的四个面特别是侧面均获得更为均匀和紧实的缠绕效果，并且从车体有限元仿真测试结果来看，这种腰鼓状造型能够显著提高车厢底板在纵向和横向上的抗剪切强度，同时还有助于获得更好的缓冲能力和抗拉强度，以及取得降低重心以及减小空气阻力等效果；最后，鉴于竹材质的蒙皮单元对高温敏感，在加工中很难像钢或铝合金一样框架点焊定型之后再无缝长焊，这种腰鼓状造型还极大便利了按照本申请的骨架单元的后续安装操作，使得金属形式的梁架如槽钢、矩形管或开口型材能够在四个转角区域尤其是左右侧面区域，获取更大的设计空间以便全部采用弧线过渡而不是直线的方式来执行嵌合安装，相应在提供必要的骨架支撑基础功能的同时，更重要的是能够确保不会对竹纤维的环向无应力缺陷这一关键特性造成不利影响或损失。作为进一步优选地，所述蒙皮单元在其内壁沿着环向方向加工有多个环形凹槽。作为进一步优选地，所述环向梁优选由若干个小段共同拼接成完整的环形，其中各小段的连接段经切割打磨成具备一定坡度，并经焊接使该小段整体呈弧形结构，然后分别嵌合固定安装在所述蒙皮单元内壁的环形凹槽之中。作为进一步优选地，所述纵向梁优选为矩形管的形式，其沿着车体长度方向穿过所述环形凹槽上预留的矩形开口。作为进一步优选地，所述多层竹篾带由沿着车体环向分布的多层横向竹篾带和保持垂直于这些横向竹篾带的多层纵向竹篾带彼此叠加组成，并且所述横向竹篾带的缠绕总厚度被设计为10mm以上，所述纵向竹篾带的缠绕总厚度被设计为10mm以上；其中，所述横向竹篾带由多个竹篾片编织而成，并且单个竹篾片的宽度方向与此横向竹篾片的整体长度方向保持一致；所述纵向竹篾带同样由多个竹篾片编织而成，并且单个竹篾片的长度方向与此纵向竹篾片的长度方向保持一致。作为进一步优选地，对于上述竹缠绕车体而言，其车体底面的纵向抗剪切力和横向抗剪切力分别优选依照以下公式来设计：F纵向抗剪＝L纵向×底板厚度d底板×竹篾剪切强度ζ竹篾F横向抗剪＝L横向×底板厚度d底板×竹篾剪切强度ζ竹篾其中，F纵向抗剪、F横向抗剪分别表示所需的纵向抗剪切力、横向抗剪切力，其单位为牛顿；L纵向、L横向分别表示单节竹缠绕车体沿着长度方向的整体尺寸、沿着左右宽度方向的整体尺寸，其单位为mm；底板厚度d底板表示单节竹缠绕车体的车体底面所具备的厚度，其单位为mm；竹篾剪切强度ζ竹篾则表示该车厢底面所采用的竹篾带所对应的整体剪切强度，其单位为MPa。作为进一步优选地，对于所述车体底面所采用的竹篾带而言，在不考虑底架承载的情况下，优选设计为采用10mm以上厚度的横向竹篾带，以及10mm以上厚度的纵向竹篾带，并确保在此部位的竹篾带的总厚度为20mm以上。作为进一步优选地，上述竹缠绕车体的左右宽度尺寸被设计为2830mm～3200mm，上下高度尺寸被设计为不超过2930mm。作为进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其特征在于，该竹缠绕车体包括蒙皮单元和骨架单元，其中：所述蒙皮单元由浇淋有树脂的多层竹篾带通过缠绕工艺一体成型制得，并形成为上下和左右各自对称分布的中空厢体结构；该中空厢体的左右宽度的尺寸被设计为大于上下高度的尺寸，并且其内、外区域的所有表面均沿着环向方向采用圆弧转角过渡，由此整体呈现为腰鼓造型的外形特征；所述骨架单元包括沿着车体长度方向间隔布置的多个环向梁、以及沿着车体长度方向延伸布置将这些环向梁串接起来的多个纵向梁，并且所有环向梁均在所述蒙皮单元一体成型之后，再以嵌合安装的方式设置于所述蒙皮单元的内部。

【技术特征摘要】
1.一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其特征在于，该竹缠绕车体包括蒙皮单元和骨架单元，其中：所述蒙皮单元由浇淋有树脂的多层竹篾带通过缠绕工艺一体成型制得，并形成为上下和左右各自对称分布的中空厢体结构；该中空厢体的左右宽度的尺寸被设计为大于上下高度的尺寸，并且其内、外区域的所有表面均沿着环向方向采用圆弧转角过渡，由此整体呈现为腰鼓造型的外形特征；所述骨架单元包括沿着车体长度方向间隔布置的多个环向梁、以及沿着车体长度方向延伸布置将这些环向梁串接起来的多个纵向梁，并且所有环向梁均在所述蒙皮单元一体成型之后，再以嵌合安装的方式设置于所述蒙皮单元的内部。2.如权利要求1所述的一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其特征在于，所述蒙皮单元在其内壁沿着环向方向加工有多个环形凹槽。3.如权利要求2所述的一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其特征在于，所述环向梁优选由若干个小段共同拼接成完整的环形，其中各小段的连接段经切割打磨成具备一定坡度，并经焊接使该小段整体呈弧形结构，然后分别嵌合固定安装在所述蒙皮单元内壁的环形凹槽之中。4.如权利要求2或3所述的一种具备腰鼓外形特征的竹缠绕车体，其特征在于，所述纵向梁优选为矩形管的形式，其沿着车体长度方向穿过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶柃，朱鑫，孙元平，张永维，李胜岭，高文，
申请(专利权)人：浙江鑫宙竹基复合材料科技有限公司，叶柃，
类型：发明
国别省市：浙江,33