[发明专利]一种复合材料车辆抗侧滚扭杆

说明书

本发明一种轨道交通车辆用复合材料抗侧滚扭杆装置，包括扭杆轴、扭转臂、支撑座和垂向连杆，扭转臂固定在扭杆轴上，扭杆轴通过安装座固定在车体构架上，垂向连杆通过节点与扭转臂连接，扭杆轴、垂向连杆和支撑座采用纤维类环氧树脂复合材料，扭杆轴和垂向连杆，采用金属芯模或可融芯模，在缠绕机上通过机械张力器，将浸润了环氧树脂液体的长纤维逐层缠绕在金属芯模或可融芯模上，固化后脱模或融模；支撑座采用整体模压纤维环氧树脂，根据产品结构尺寸和安装接口需要，设计专用模压模具进行支撑座的模压制造。本发明采用纤维环氧树脂复合材料代替原有金属部件，整体重量减轻40%，工艺简单，质量易于控制，实现了抗侧滚扭杆系统的轻量化。

技术领域

本发明涉及一种轨道交通车辆用部件，具体涉及一种安装在轨道车辆车体和转向架之间的轨道交通车辆用抗侧滚扭杆系统，属于机械工程技术领域。

技术背景

抗侧滚扭杆系统（简称扭杆系统）是轨道交通车辆（包括干线铁路车辆，地铁城轨车辆，有轨电车等）的关键部件，用于抑制在车辆转弯，侧风等情况下的车体侧滚，扭杆系统由垂向连杆组件，扭转臂，支撑座组件和扭杆轴组成。随着车辆运行速度以及其乘坐舒适性要求的提高，对扭杆系统以及轨道交通车辆系统部件（如悬挂连杆部件，定位转臂组件等）也提出越来越高的要求，其中轻量化是其中的一个技术发展趋势。

通常扭杆系统的车辆根据其布置方式的不一样，区分为内置式和外置式两种型式，其中内置式的扭杆系统布置在转向架横梁的内侧，扭杆轴的长度为1300-1800mm，扭杆系统的重量约120-150kg，外置式扭杆系统布置在转向架横梁的外侧，扭杆轴的长度为1800-2500mm，扭杆系统的重量150-220kg。

扭杆系统中的部件除极少部分的金属橡胶件，或者高分子材料外，其余的金属部件的重量占到95%以上。在目前的技术方案的前提下，只能通过扭杆轴空心化，优化支撑座和扭转臂结构等方式减轻扭杆系统的重量，但存在较大的局限，可减少的重量范围小于10%。轨道交通车辆的内饰，车体等部件纷纷采用轻金属合金（铝合金，镁合金等），高分子复合材料等手段来不断降低车辆的重量，因此，如何通过选用其他非金属部件来制造扭杆系统，并形成批量的生产制造工艺和质量控制手段是系统部件产品开发过程中亟待解决的问题。

目前采用以金属部件为主的扭杆系统主要存在如下缺陷：

1.制造成本高，由于金属部件的原材料和成型工艺的限制，制造成本相对较高，以扭杆轴为例，采用用量少，强度高，高淬透性的52CrMoV4 acc EN 10089的弹簧钢材料的原材料成本较高，其次扭杆轴的成型工艺包括端部镦粗，机械加工，热处理，表面喷丸等各种工序，还包括超声波探伤，磁粉探伤等无损检测手段，工艺复杂导致成本较高；

2.质量控制难，由于其复杂的成型工艺，扭杆系统的各部件在质量控制方面要求的项点也相对较多，常用的包括金属原材料的化学成分，热处理后的机械性能，体现其淬透性的外部和芯部的硬度检测，以及超声波无损检测（金属原材料内部质量）和磁粉探伤（产品的表面缺陷情况）等，任何质量控制将导致成本，控制失效将导致产品的潜在失效风险的；

3.重量高，轨道交通车辆的轻量化是其发展的趋势，目前出系统部件外，其余产品均进行采用轻金属或者复合材料进行材料替代的轻量化应用，而系统部件通常在重量方面占有较大的重量比重，如能进行轻量化的应用，经存在极大的优化空间。车辆的轻量化将从运行的能耗，乘坐的舒适性等各个方面来优化整车的性能。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种复合材料车辆抗侧滚扭杆及其制造方式，具体技术方案如下：

一种复合材料车辆抗侧滚扭杆，包括扭杆轴、扭转臂、支撑座和垂向连杆，扭转臂安装在扭杆轴上，扭杆轴连接安装座，垂向连杆通过关节轴与扭转臂连接，其特征在于：扭杆轴、垂向连杆和支撑座采用纤维类环氧树脂复合材料。