[发明专利]一种高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁及其制作方法。

背景技术

随着列车运营速度的提高，气动载荷对列车车体及设备舱结构可靠性的要求更加严格。动车组车下吊挂了很多运行所需的必要设备，列车高速运行时设备也在高速运行，同样受到很大的空气阻力，而且碎石块、杂物以及其它物体与高速列车车下设备发生意外高速碰撞的情况时常发生，这样会严重危及高速列车的运用安全。为减少空气阻力、保护车下设备，确保高速列车的安全运行，时速200公里及以上速度等级的高速列车的车下必须设计和安装具有导流、防护、检修功能的全封闭车下舱体，称为设备舱。列车高速运行时，设备舱兼有车体下部空气动力学导流和保护车下吊装设备安全的功能，在结构强度、防火安全性、防水、防尘、外观与制造质量等方面均有较高的要求。设备舱横梁是设备舱的主承力结构，对于设备舱的综合性能起决定性的作用，目前采用的设备舱横梁多为金属材质，由于金属材料自重大，抗疲劳性差，不利于设备舱轻量化要求和整体性能的提高。

以此，需要解决设备舱横梁轻量化的问题，同时应满足高速动车对设备舱横梁载荷条件、防火要求、服役环境及检修维护要求。上述问题是在设备舱横梁的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

申请公布号为CN105904721A(申请号为201610403386.X)的中国发明专利申请公开了一种标准化动车组设备舱碳纤维复合材料横梁装配工装及方法，包括底部平台、定位压板、封端泡沫、侧部均压板和顶部均压板，定位压板和底部平台分别设有螺栓孔，定位压板通过螺栓连接底部平台的顶面，底部平台的顶面设有一个以上的限位孔，限位孔内设有限位块，定位压板和底部平台间分别设有封端泡沫、侧部均压板和顶部均压板。限位块采用碳纤维复合材料限位块，侧部均压板和顶部均压板均采用钢板。该工装结构简单、制造简易和实施简单、加工成本低廉以及装配精度高等优点，保证了结构件的装配精度的同时也大大降低制造成本及制造周期。但是该装配工装方法虽然简单，加工成本低，但是其性能有待进一步提高，以满足现在高速动车对设备舱横梁载荷条件、防火要求、服役环境及检修维护要求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁及制作方法，解决高速动车设备舱横梁轻量化的问题，同时满足高速动车对设备舱横梁载荷条件、防火要求、服役环境及检修维护要求等问题。

本发明提供的技术解决方案是：

一种高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁，包括上缘条、左腹板、右腹板、中间的轻质泡沫和下缘条，所述上缘条、左腹板、右腹板和下缘条均以碳纤维单向预浸料和碳纤维织物预浸料为原材料采用热压罐工艺一体成型制备。

所述的高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁，其横截面为工字型，顶面为上缘条，底面为下缘条，下缘条的T形连接处设有轻质泡沫，该轻质泡沫被左腹板和右腹板包覆，左腹板和右腹板包覆轻质泡沫后并线，与上缘条连接。

上下左右均为相对概念，即两块腹板相对设置，一块为左腹板，另一块为右腹板。

所述轻质泡沫采用密度40kg/m³-100kg/m³的PVC(聚氯乙烯)泡沫或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)泡沫。

所述的碳纤维单向预浸料和碳纤维织物预浸料，可采用现有技术，采用市售产品即可，所述碳纤维单向预浸料包括单向碳纤维和环氧树脂，碳纤维单向预浸料中环氧树脂的重量百分含量为35％～45％。所述碳纤维织物预浸料包括碳纤维织物和环氧树脂，碳纤维织物预浸料中环氧树脂的重量百分含量为35％～45％。

一种高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁的制作方法，包括以下步骤：

1)在左腹板模具、右腹板模具上分别依次铺贴碳纤维单向预浸料和碳纤维织物预浸料，形成左腹板预制体和右腹板预制体，然后组装成整体模具，在左腹板预制体和右腹板预制体中间空腔处放置轻质泡沫；

2)在整体模具上、下表面铺贴铺贴碳纤维单向预浸料和碳纤维织物预浸料，形成上缘条预制体和下缘条预制体，在上缘条预制体和下缘条预制体表面各平整放置一层硅胶软膜；

3)整体封装真空袋，放入热压罐中一体成型固化，固化完成后得到高速动车碳纤维复合材料设备舱横梁。

步骤1)中，优选地，所述的左腹板模具、右腹板模具上铺贴的厚度在1.5～3.5mm。

步骤2)中，优选地，所述的上缘条预制体的厚度为0.5～1.5mm，即整体模具上表面铺贴铺贴碳纤维单向预浸料和碳纤维织物预浸料的厚度为0.5～1.5mm。