本發(fā)明屬于軌道交通車輛技術領域，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：

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中間車車體構成，各車體由車頂、側墻、端墻、底架圍成。為了追求軌道交通車輛例如動車、高鐵等更快的運行速度和更安全的性能，車體的輕量化設計成為必要措施。目前，實現(xiàn)車體輕量化的措施除了進行結構的合理優(yōu)化設計外，另一個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，車體結構是采用單層外殼內部骨架的結構，后來出現(xiàn)了采用鋁合金的車體，并制成中空型材結構，減重效果突出，得到快速的推廣和普及。但作為金屬結構，其自重依然很大，限制車速的進一步提高；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，也進一步限制其大規(guī)模的應用。

竹纏繞復合材料是一種用浸潤樹脂膠粘劑的竹材通過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度高的特性，可用于制造多種產品，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、固碳儲碳、質輕高強、加工過程低碳節(jié)能、使用過程綠色環(huán)保、可生物降解、成本低廉的優(yōu)異特性應用到工業(yè)產品領域，使竹纏繞復合材料制品具有優(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105383506a公開了一種軌道車輛車體，包括車頂、端墻、側墻和底架，其中車體車身是由竹篾和樹脂纏繞一體成型，端墻固定在車體車身的端部，側墻、車頂、底板圍成車體車身，側墻與車頂、側墻與底板之間均通過圓角過渡，車體車身是由竹篾和樹脂纏繞一體成型，端墻固定在車體車身的端部，車體車身固定在承載結構上車體車身固定在承載結構上。該技術方案盡管披露了利用竹材纏繞方式制成車體結構的構思，但是因為車體結構復雜，對其受力和安全性等要求較高，該方案中并沒有公開具體的車體結構細節(jié)，無法確定其具體的結構強度和受力關系，。

技術實現(xiàn)要素：

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

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，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邊纏繞邊淋澆樹脂使所述竹篾帶浸潤所述改性后的樹脂并粘結固化成型的方式經脫模后制成；

所述骨架包括沿車體長度方向間隔布置的多個環(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構；

且所述蒙皮內壁面上沿環(huán)向預開設有多個與所述環(huán)向梁位置匹配的凹槽，預埋設有與所述環(huán)向梁位置匹配的螺栓，以用于所述蒙皮與骨架通過該凹槽進行嵌合固定或者通過螺栓進行固定。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述蒙皮沿長度方向上繞周向開設有多個凹槽，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置有開孔，所述縱向梁通過該開孔穿過上述環(huán)向梁并使得兩者焊接固定。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述環(huán)向梁由若干個小段拼接成環(huán)形而成，其中所述小段的連接處經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，通過該小尺寸鋼板利用螺栓連接使各小段連接成一個整體。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述環(huán)向梁形狀與蒙皮內壁的環(huán)向弧形預留凹槽吻合，其嵌入所述凹槽中并通過膠黏劑填滿預留槽中的空隙，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)明的進一步改進，所述環(huán)向梁的每小段的側面開孔，并通過預埋的螺栓與環(huán)向梁小段連接，以固定環(huán)向梁與蒙皮。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述竹篾帶為由多條竹篾片間隔一定間隙編織成的簾狀，其包括長度方向與單個竹篾片長度方向一致的縱向竹篾帶和長度方向與單個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)明的進一步改進，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，其中包括長度方向與單個竹篾片長度方向一致的縱向竹篾帶和長度方向與單個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度方向繞芯模螺旋纏繞多層，且邊纏繞邊淋澆樹脂，使所述竹篾帶浸潤所述改性后的樹脂并粘結固化成型，脫模形成蒙皮；

s3將多個所述環(huán)向梁分別嵌合在蒙皮內壁預留的環(huán)形凹槽內粘接固定或通過預埋的螺栓緊固，并將多個縱向梁置于蒙皮內壁預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構。

作為本發(fā)明的進一步改進，作為本發(fā)明的進一步改進，所述環(huán)向梁由若干個小段拼接成環(huán)形而成，其中所述小段的連接處經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，通過該小尺寸鋼板利用螺栓連接使各小段連接成一個整體。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，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合的結構形式，其不但抗拉強度以及緩沖能力好，滿足車體強度和受力的要求，而且具有結構簡單、隔熱隔音和減振性能突出的優(yōu)勢；

(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改性樹脂而形成，這種蒙皮結構其不但結構輕盈、節(jié)能減排，而且其隔熱隔音以及抗振緩沖性能優(yōu)異，特別是其內部具有良好的力學性能而且整體無應力缺陷，整體強度高；

(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構，并與蒙皮嵌合固定，使得車體不但具有良好的車體強度與受力要求，而且其結構制備和裝配簡便，整體抗拉伸和抗緩沖性能優(yōu)異。

附圖說明

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

圖2是本發(fā)明實施例的一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體的整體框體。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

圖1為本發(fā)明實施例的一種用于軌道交通車輛的竹纏繞車體的結構示意圖，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)，來實現(xiàn)結構增強。

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邊纏繞邊淋澆改性后的樹脂使竹篾帶浸潤樹脂(優(yōu)選是改性后的樹脂)并粘結固化成型的方式經脫模后制成。具體而言，制備蒙皮時，先制備竹篾帶，即將多條竹篾片間隔布置并編制成簾狀，其中包括長度方向與單個竹篾片長度方向一致的縱向竹篾帶和長度方向與單個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度方向繞芯模螺旋纏繞多層，并浸潤樹脂，例如優(yōu)選是邊纏繞邊淋澆樹脂，使竹篾帶浸潤樹脂并粘結固化成型，脫模形成蒙皮。

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

骨架20包括沿車體長度方向間隔布置的多個環(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構。

蒙皮10沿長度方向上繞周向開設有多個凹槽，以用于縱向梁嵌入其中，且環(huán)向梁21在與縱向梁22交叉連接處設置有開孔，縱向梁通過該開孔穿過上述環(huán)向梁并使得兩者焊接固定。

在一個優(yōu)選實施例中，環(huán)向梁21由若干個小段拼接成環(huán)形而成，其中所述小段的連接處經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，通過該小尺寸鋼板利用螺栓連接使各小段連接成一個整體。

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

在一個優(yōu)選實施例中，環(huán)向梁的每小段的側面開孔，并通過預埋的螺栓與環(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。在一個優(yōu)選實施例中，用槽鋼(例如8#)或鋁合金開口型材沿著車廂內壁埋入提前預制好的環(huán)向槽，每兩個窗戶之間放置一根，另外車廂2個內端墻和2個外端墻處各放置一根，用于加強環(huán)向強度外，也便于和端墻板的連接固定。內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#)或鋁合金開口型材。環(huán)向槽鋼上開矩形槽，用于縱向嵌入矩形管或鋁合金閉口型材。

本方案中，由于車廂長度大，撓度也大，所以僅環(huán)向上加強是不行的，縱向上也需要加強，一是可以分擔縱向載荷，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、內飾板安裝做好準備。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，側墻和頂板上也要布置縱向梁。首先，是側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，側窗水平方向邊緣的縱向載荷要求達到300kn，所以，在側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，所以側墻上相應高度處也要安裝縱向梁，其上方還要布置一根縱向梁，用來固定頂棚支架。

車廂頂板除了要經受300kn的縱向壓縮載荷外，還要考慮安裝空調單元(也可安裝在底架上)、風管等配件的承重，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。

在一個優(yōu)選實施例中，車體還包括設置在車體兩端的端墻，車廂的端墻可以分為內端墻和外端墻，其中內端墻用來隔離客室與通過臺，同時為大尺寸行李間、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，實現(xiàn)整體承載。

本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中，在制備車體時，具體制備過程如下：

(1)竹篾預處理：將原竹的竹青、竹黃去掉，剩余部分剖切成竹蔑，將所述竹篾進行脫水防腐處理，之后連接成連續(xù)長的竹篾帶；竹青部分維管束結構過于致密，樹脂不易滲入，不適宜用于與樹脂復合，竹黃部分強度太低，所以將這兩部分都去掉，選用強度高、樹脂能夠進入的剩余部分，竹材最好選用3-4年生的青壯年的竹子，竹材的力學強度最好，竹篾脫水防腐處理使竹篾不易腐蝕，壽命長，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性能的任意現(xiàn)有方式。

具體處理時，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，其中包括長度方向與單個竹篾片長度方向一致的縱向竹篾帶和長度方向與單個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度方向繞芯模螺旋纏繞多層，且邊纏繞邊淋澆改性后的樹脂，使竹篾帶浸潤所述改性后的樹脂并粘結固化成型，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脂，使竹篾帶浸潤改性后的樹脂并粘結固化成型，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點上的各個方向強度均勻，淋澆樹脂的方式使竹篾帶浸潤樹脂，與現(xiàn)有的通過浸膠槽浸膠的方式相比，可以使質地較硬的竹篾浸潤更多樹脂；

優(yōu)選還包括制作端墻和承載結構，其中端墻和承載結構的材質、制作方式均屬于現(xiàn)有常規(guī)的結構和制作方式，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，也可以用高粘結度的膠黏劑將其粘接在車體車身端部的內表面，同時用連接緊固件連接固定，也可以使端墻焊接在承載結構上，車體車身固定在承載結構上，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域技術人員容易想到的固定方式都在本發(fā)明的保護范圍之內。

將制作好的車體車身固定在承載結構上，具體固定方式不做限制，如采用高粘結度的膠黏劑粘接，并同時用連接緊固件連接固定，或在纏繞車體車身的時候，最后將承載結構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)明的保護范圍之內。

本發(fā)明的竹纏繞車是以竹材為基材，以樹脂為膠黏劑，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而成，其材質可以是鋼材、鋁合金、鎂合金等金屬或其它高強非金屬材料。蒙皮與骨架之間的連接方式可以是開槽限位結合粘結或者是螺栓定位結合粘結；開槽限位即蒙皮制作時就已經形成環(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，并用高強粘結劑與蒙皮固定；然后用縱向梁將各個環(huán)向梁連接起來，形成一個高剛度的骨架。

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

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