本發(fā)明屬于軌道交通車輛技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體及其制備方法。

背景技術(shù)：

軌道車輛車體一般是由車頭部的頭車車體和后面連接的若干個(gè)中間車車體構(gòu)成，各車體由車頂、側(cè)墻、端墻、底架圍成。為了追求軌道交通車輛例如動(dòng)車、高鐵等更快的運(yùn)行速度和更安全的性能，車體的輕量化設(shè)計(jì)成為必要措施。目前，實(shí)現(xiàn)車體輕量化的措施除了進(jìn)行結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)外，另一個(gè)主要途徑是采用新材料。傳統(tǒng)的軌道車輛車體一般采用耐候鋼車體和不銹鋼車體，車體結(jié)構(gòu)是采用單層外殼內(nèi)部骨架的結(jié)構(gòu)，后來(lái)出現(xiàn)了采用鋁合金的車體，并制成中空型材結(jié)構(gòu)，減重效果突出，得到快速的推廣和普及。但作為金屬結(jié)構(gòu)，其自重依然很大，限制車速的進(jìn)一步提高；特別是金屬材料其抗緩沖能力、保溫抗凍及其隔振減噪具有較大的不足，而且金屬如鋁是有限資源，也進(jìn)一步限制其大規(guī)模的應(yīng)用。

竹纏繞復(fù)合材料是一種用浸潤(rùn)樹(shù)脂膠粘劑的竹材通過(guò)纏繞工藝加工成型的新型生物基材料，充分發(fā)揮了竹材軸向拉伸強(qiáng)度高的特性，可用于制造多種產(chǎn)品，如管道、管廊、貯罐、容器、高鐵車廂等。由于其將竹子資源可再生、固碳儲(chǔ)碳、質(zhì)輕高強(qiáng)、加工過(guò)程低碳節(jié)能、使用過(guò)程綠色環(huán)保、可生物降解、成本低廉的優(yōu)異特性應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域，使竹纏繞復(fù)合材料制品具有優(yōu)異的綜合性能，可大幅度減少鋼材、塑料、玻璃纖維、鋼筋混凝土等傳統(tǒng)高能耗、高污染材料的使用，具有廣闊的發(fā)展前景。

專利文獻(xiàn)105383506a公開(kāi)了一種軌道車輛車體，包括車頂、端墻、側(cè)墻和底架，其中車體車身是由竹篾和樹(shù)脂纏繞一體成型，端墻固定在車體車身的端部，側(cè)墻、車頂、底板圍成車體車身，側(cè)墻與車頂、側(cè)墻與底板之間均通過(guò)圓角過(guò)渡，車體車身是由竹篾和樹(shù)脂纏繞一體成型，端墻固定在車體車身的端部，車體車身固定在承載結(jié)構(gòu)上車體車身固定在承載結(jié)構(gòu)上。該技術(shù)方案盡管披露了利用竹材纏繞方式制成車體結(jié)構(gòu)的構(gòu)思，但是因?yàn)檐圀w結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其受力和安全性等要求較高，該方案中并沒(méi)有公開(kāi)具體的車體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，無(wú)法確定其具體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和受力關(guān)系，。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上不足或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體，其通過(guò)基于竹纏繞技術(shù)形成的車體蒙皮與優(yōu)化布置的骨架形成優(yōu)化的組合結(jié)構(gòu)，不但抗拉強(qiáng)度以及緩沖能力好，滿足車體強(qiáng)度和受力的要求，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔熱隔音和減振性能突出的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明還公開(kāi)了相應(yīng)的竹纏繞車體的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體，其包括車體骨架及覆蓋在所述車體骨架上的蒙皮，其中，

所述蒙皮由竹篾帶纏繞在車體芯模上并通過(guò)邊纏繞邊淋澆樹(shù)脂使所述竹篾帶浸潤(rùn)所述改性后的樹(shù)脂并粘結(jié)固化成型的方式經(jīng)脫模后制成；

所述骨架包括沿車體長(zhǎng)度方向間隔布置的多個(gè)環(huán)向梁以及沿所述環(huán)向梁周向布置以將各環(huán)向梁串接的多個(gè)縱向梁，其中所述環(huán)向梁與縱向梁在連接處緊密固定，以此方式形成籠狀骨架結(jié)構(gòu)；

且所述蒙皮內(nèi)壁面上沿環(huán)向預(yù)開(kāi)設(shè)有多個(gè)與所述環(huán)向梁位置匹配的凹槽，預(yù)埋設(shè)有與所述環(huán)向梁位置匹配的螺栓，以用于所述蒙皮與骨架通過(guò)該凹槽進(jìn)行嵌合固定或者通過(guò)螺栓進(jìn)行固定。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述蒙皮沿長(zhǎng)度方向上繞周向開(kāi)設(shè)有多個(gè)凹槽，以用于所述縱向梁嵌入其中，且所述環(huán)向梁在與所述縱向梁交叉連接處設(shè)置有開(kāi)孔，所述縱向梁通過(guò)該開(kāi)孔穿過(guò)上述環(huán)向梁并使得兩者焊接固定。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)向梁由若干個(gè)小段拼接成環(huán)形而成，其中所述小段的連接處經(jīng)切割打磨成一定坡度后焊接使其整體呈弧形，所述連接處直接焊接連接成整體，或者所述連接處焊接有帶孔的小尺寸鋼板，通過(guò)該小尺寸鋼板利用螺栓連接使各小段連接成一個(gè)整體。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)向梁形狀與蒙皮內(nèi)壁的環(huán)向弧形預(yù)留凹槽吻合，其嵌入所述凹槽中并通過(guò)膠黏劑填滿預(yù)留槽中的空隙，以固定連接環(huán)向梁與廂體，并增加緩沖能力和隔音能力。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)向梁的每小段的側(cè)面開(kāi)孔，并通過(guò)預(yù)埋的螺栓與環(huán)向梁小段連接，以固定環(huán)向梁與蒙皮。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述竹篾帶為由多條竹篾片間隔一定間隙編織成的簾狀，其包括長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片長(zhǎng)度方向一致的縱向竹篾帶和長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片寬度方向一致的橫向竹篾帶兩類，所述竹篾帶在車體芯模上的纏繞為橫向竹篾帶與縱向竹篾帶分別沿長(zhǎng)度方向繞芯模螺旋纏繞多層而疊加形成。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述橫向竹篾帶的纏繞厚度不少于24mm，縱向竹篾帶的纏繞厚度不少于20mm。

按照本發(fā)明的另一方面，提供一種上述用于軌道交通車輛的竹纏繞車體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1制備竹篾帶，即將多條竹篾片間隔布置并編制成簾狀，其中包括長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片長(zhǎng)度方向一致的縱向竹篾帶和長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片寬度方向一致的橫向竹篾帶兩類；

s2將兩類竹篾帶分別沿長(zhǎng)度方向繞芯模螺旋纏繞多層，且邊纏繞邊淋澆樹(shù)脂，使所述竹篾帶浸潤(rùn)所述改性后的樹(shù)脂并粘結(jié)固化成型，脫模形成蒙皮；

s3將多個(gè)所述環(huán)向梁分別嵌合在蒙皮內(nèi)壁預(yù)留的環(huán)形凹槽內(nèi)粘接固定或通過(guò)預(yù)埋的螺栓緊固，并將多個(gè)縱向梁置于蒙皮內(nèi)壁預(yù)留的縱向凹槽中并與各環(huán)向梁交叉連接緊固，依次方式形成車體結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述環(huán)向梁由若干個(gè)小段拼接成環(huán)形而成，其中所述小段的連接處經(jīng)切割打磨成一定坡度后焊接使其整體呈弧形，所述連接處直接焊接連接成整體，或者所述連接處焊接有帶孔的小尺寸鋼板，通過(guò)該小尺寸鋼板利用螺栓連接使各小段連接成一個(gè)整體。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的竹纏繞車體采用蒙皮與骨架相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，其不但抗拉強(qiáng)度以及緩沖能力好，滿足車體強(qiáng)度和受力的要求，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、隔熱隔音和減振性能突出的優(yōu)勢(shì)；

(2)本發(fā)明的竹纏繞車體中，蒙皮采用竹篾帶在芯模上多層螺旋纏繞并浸潤(rùn)改性樹(shù)脂而形成，這種蒙皮結(jié)構(gòu)其不但結(jié)構(gòu)輕盈、節(jié)能減排，而且其隔熱隔音以及抗振緩沖性能優(yōu)異，特別是其內(nèi)部具有良好的力學(xué)性能而且整體無(wú)應(yīng)力缺陷，整體強(qiáng)度高；

(3)本發(fā)明的竹纏繞車體中，骨架采用環(huán)形梁與縱向梁交叉固定形成的籠式框架結(jié)構(gòu)，并與蒙皮嵌合固定，使得車體不但具有良好的車體強(qiáng)度與受力要求，而且其結(jié)構(gòu)制備和裝配簡(jiǎn)便，整體抗拉伸和抗緩沖性能優(yōu)異。

附圖說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明實(shí)施例的一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體的整體框體。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是竹纏繞車體的整體框體。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體，其包括車體骨架20及覆蓋在車體骨架20上的蒙皮10，即其中車體為龍骨(鋼架)加蒙皮(竹纏繞廂體)，來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。

如圖1和2所示，蒙皮10由竹篾帶纏繞在車體芯模上并通過(guò)邊纏繞邊淋澆改性后的樹(shù)脂使竹篾帶浸潤(rùn)樹(shù)脂(優(yōu)選是改性后的樹(shù)脂)并粘結(jié)固化成型的方式經(jīng)脫模后制成。具體而言，制備蒙皮時(shí)，先制備竹篾帶，即將多條竹篾片間隔布置并編制成簾狀，其中包括長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片長(zhǎng)度方向一致的縱向竹篾帶和長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片寬度方向一致的橫向竹篾帶兩類。之后，將兩類竹篾帶分別沿長(zhǎng)度方向繞芯模螺旋纏繞多層，并浸潤(rùn)樹(shù)脂，例如優(yōu)選是邊纏繞邊淋澆樹(shù)脂，使竹篾帶浸潤(rùn)樹(shù)脂并粘結(jié)固化成型，脫模形成蒙皮。

竹篾帶纏繞中澆淋的樹(shù)脂具體類型在現(xiàn)有技術(shù)中也以有所披露，其不屬于本車體結(jié)構(gòu)和制備方法的重點(diǎn)，因此不再贅述。

骨架20包括沿車體長(zhǎng)度方向間隔布置的多個(gè)環(huán)向梁21以及沿環(huán)向梁22周向布置以將各環(huán)向梁串接的多個(gè)縱向梁22，其中環(huán)向梁21與縱向梁22在連接處緊密固定，以此方式形成籠狀骨架結(jié)構(gòu)。

蒙皮10沿長(zhǎng)度方向上繞周向開(kāi)設(shè)有多個(gè)凹槽，以用于縱向梁嵌入其中，且環(huán)向梁21在與縱向梁22交叉連接處設(shè)置有開(kāi)孔，縱向梁通過(guò)該開(kāi)孔穿過(guò)上述環(huán)向梁并使得兩者焊接固定。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)向梁21由若干個(gè)小段拼接成環(huán)形而成，其中所述小段的連接處經(jīng)切割打磨成一定坡度后焊接使其整體呈弧形，連接處直接焊接連接成整體，或者所述連接處焊接有帶孔的小尺寸鋼板，通過(guò)該小尺寸鋼板利用螺栓連接使各小段連接成一個(gè)整體。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)向梁21形狀與蒙皮內(nèi)壁的環(huán)向弧形預(yù)留凹槽吻合，其嵌入凹槽中并通過(guò)膠黏劑填滿預(yù)留槽中的空隙，以固定連接環(huán)向梁與廂體，并增加緩沖能力和隔音能力。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，環(huán)向梁的每小段的側(cè)面開(kāi)孔，并通過(guò)預(yù)埋的螺栓與環(huán)向梁小段連接，以固定環(huán)向梁與蒙皮。

本發(fā)明方案的竹纏繞車體采用竹纏繞工藝一次成型。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用槽鋼(例如8#)或鋁合金開(kāi)口型材沿著車廂內(nèi)壁埋入提前預(yù)制好的環(huán)向槽，每?jī)蓚€(gè)窗戶之間放置一根，另外車廂2個(gè)內(nèi)端墻和2個(gè)外端墻處各放置一根，用于加強(qiáng)環(huán)向強(qiáng)度外，也便于和端墻板的連接固定。內(nèi)端墻和外端墻之間跨距大，也要放置一根。另外，由于窗戶跨距大，為保證剛度，在窗戶中間位置環(huán)向上也要放置小尺寸的槽鋼(例如5#)或鋁合金開(kāi)口型材。環(huán)向槽鋼上開(kāi)矩形槽，用于縱向嵌入矩形管或鋁合金閉口型材。

本方案中，由于車廂長(zhǎng)度大，撓度也大，所以僅環(huán)向上加強(qiáng)是不行的，縱向上也需要加強(qiáng)，一是可以分擔(dān)縱向載荷，二是可以增加剛度，三是為車廂底板與底架固定、天花板安裝、座椅安裝、行李架安裝、內(nèi)飾板安裝做好準(zhǔn)備。兩環(huán)向筋之間底板上放置帶折邊鋼板，鋼板與竹纏繞底板貼合緊密并鋪滿，折邊與環(huán)向槽鋼焊接固定，在折邊上開(kāi)有和環(huán)向槽鋼一樣的矩形口，也是為了縱向上布置矩形管或鋁合金閉口型材。

除了底板上要布置縱向梁外，側(cè)墻和頂板上也要布置縱向梁。首先，是側(cè)墻下邊緣縱向要布置梁，除了增加剛度外，也為座椅安裝固定用。其次，側(cè)窗水平方向邊緣的縱向載荷要求達(dá)到300kn，所以，在側(cè)窗水平邊緣方向上有必要增加縱向梁22。最后，離地板面高例如1750mm位置處要安裝行李架，所以側(cè)墻上相應(yīng)高度處也要安裝縱向梁，其上方還要布置一根縱向梁，用來(lái)固定頂棚支架。

車廂頂板除了要經(jīng)受300kn的縱向壓縮載荷外，還要考慮安裝空調(diào)單元(也可安裝在底架上)、風(fēng)管等配件的承重，所以頂板上縱向梁是必不可少的，只是鋼材型號(hào)選用小的，一是為了減重，二是為了行車安全考慮，盡量將車體的重心往下移。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，車體還包括設(shè)置在車體兩端的端墻，車廂的端墻可以分為內(nèi)端墻和外端墻，其中內(nèi)端墻用來(lái)隔離客室與通過(guò)臺(tái)，同時(shí)為大尺寸行李間、衛(wèi)生區(qū)安裝提供附著支架。外端墻連接底架和竹纏繞車廂，將底架上的載荷傳遞到廂體上，實(shí)現(xiàn)整體承載。

本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在制備車體時(shí)，具體制備過(guò)程如下：

(1)竹篾預(yù)處理：將原竹的竹青、竹黃去掉，剩余部分剖切成竹蔑，將所述竹篾進(jìn)行脫水防腐處理，之后連接成連續(xù)長(zhǎng)的竹篾帶；竹青部分維管束結(jié)構(gòu)過(guò)于致密，樹(shù)脂不易滲入，不適宜用于與樹(shù)脂復(fù)合，竹黃部分強(qiáng)度太低，所以將這兩部分都去掉，選用強(qiáng)度高、樹(shù)脂能夠進(jìn)入的剩余部分，竹材最好選用3-4年生的青壯年的竹子，竹材的力學(xué)強(qiáng)度最好，竹篾脫水防腐處理使竹篾不易腐蝕，壽命長(zhǎng)，具體的脫水防腐處理方式不做限制，脫水方式可以采用曬干、烘干等方式去除竹材的水分，使其含水率降至10％以下，防腐處理可以采用不破壞竹材力學(xué)性能的任意現(xiàn)有方式。

具體處理時(shí)，可以先制備竹篾帶，即將多條竹篾片間隔布置并編制成簾狀，其中包括長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片長(zhǎng)度方向一致的縱向竹篾帶和長(zhǎng)度方向與單個(gè)竹篾片寬度方向一致的橫向竹篾帶兩類。之后，將兩類竹篾帶分別沿長(zhǎng)度方向繞芯模螺旋纏繞多層，且邊纏繞邊淋澆改性后的樹(shù)脂，使竹篾帶浸潤(rùn)所述改性后的樹(shù)脂并粘結(jié)固化成型，脫模形成蒙皮。

(2)制作芯模：根據(jù)具體車型制作相應(yīng)芯模。

(3)纏繞車體車身，即將所述竹篾帶橫向、縱向、螺旋交叉纏繞在芯模上，邊纏繞邊淋澆改性后的樹(shù)脂，使竹篾帶浸潤(rùn)改性后的樹(shù)脂并粘結(jié)固化成型，脫模后制成車體車身。采用橫向、縱向、螺旋交叉纏繞的組合纏繞方式，使纏繞出的車身表面各個(gè)點(diǎn)上的各個(gè)方向強(qiáng)度均勻，淋澆樹(shù)脂的方式使竹篾帶浸潤(rùn)樹(shù)脂，與現(xiàn)有的通過(guò)浸膠槽浸膠的方式相比，可以使質(zhì)地較硬的竹篾浸潤(rùn)更多樹(shù)脂；

優(yōu)選還包括制作端墻和承載結(jié)構(gòu)，其中端墻和承載結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、制作方式均屬于現(xiàn)有常規(guī)的結(jié)構(gòu)和制作方式，本發(fā)明中優(yōu)選不做限制。

將端墻固定在制作好的車體車身的端部，具體固定方式不做限制，如可以將端墻套裝在端部外表面，并用連接緊固件固定，也可以用高粘結(jié)度的膠黏劑將其粘接在車體車身端部的內(nèi)表面，同時(shí)用連接緊固件連接固定，也可以使端墻焊接在承載結(jié)構(gòu)上，車體車身固定在承載結(jié)構(gòu)上，則端墻也與車體車身固定，只要能使端墻固定在車體車身端部的任意本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的固定方式都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

將制作好的車體車身固定在承載結(jié)構(gòu)上，具體固定方式不做限制，如采用高粘結(jié)度的膠黏劑粘接，并同時(shí)用連接緊固件連接固定，或在纏繞車體車身的時(shí)候，最后將承載結(jié)構(gòu)上首先與車體車身接觸的兩條邊梁直接纏繞在車體車身上，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明的竹纏繞車是以竹材為基材，以樹(shù)脂為膠黏劑，采用纏繞工藝制成的。為滿足車體的整體剛度需要，采用蒙皮加骨架的形式制作車體。蒙皮就是竹纏繞層，骨架主要是由環(huán)向梁和縱向梁相互交錯(cuò)而成，其材質(zhì)可以是鋼材、鋁合金、鎂合金等金屬或其它高強(qiáng)非金屬材料。蒙皮與骨架之間的連接方式可以是開(kāi)槽限位結(jié)合粘結(jié)或者是螺栓定位結(jié)合粘結(jié)；開(kāi)槽限位即蒙皮制作時(shí)就已經(jīng)形成環(huán)向凹槽，在車廂縱向上均勻分布，環(huán)向梁分段放入環(huán)形槽中，并用高強(qiáng)粘結(jié)劑與蒙皮固定；然后用縱向梁將各個(gè)環(huán)向梁連接起來(lái)，形成一個(gè)高剛度的骨架。

若采用螺栓定位則需要在纏繞時(shí)定位放入螺栓，待蒙皮制作完成固化后，再將骨架與預(yù)埋的螺栓連接在一起，環(huán)向梁與蒙皮間也要涂上高強(qiáng)膠黏劑，形成一個(gè)高剛度的整體。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。