磁悬浮列车用悬浮构架

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车轻量化设计技术领域，尤其涉及一种磁悬浮列车用悬浮构架。

背景技术

磁悬浮列车是一种基于无接触磁悬浮，新兴的城市轨道地面交通工具，其运行稳定、速度快、爬坡效果好。近几年，在各国节能减排政策驱动下，“轻量化”是当前全球焦点，车辆的轻量化已经成为世界发展的潮流。在目前采取的车辆零部件轻量化的措施，可以有效地降低车辆排放及能耗。从实现轻量化的效果看，部件中使用纤维复合材料，至少可以减轻质量20％～30％或更多。根据研究测算，汽车每减轻质量10％，可以降低燃油消耗6％，有利于节能并减少排放。碳纤维复合材料在未来开发中，具有较强的竞争力和良好的社会效益。碳纤维复合材料，具有非常好的能量吸收能力，这进一步保证了车辆的安全性。据介绍，碳纤维复合材料的能量吸收能力比金属材料高4-5倍左右。

现有技术中，应用在轨道列车上的托臂通常为金属材质，磁悬浮列车要实现减重的要求，经分析发现，出现上述现象的原因是由于金属托臂质量太重，从而造成减重效果不明显，导致磁悬浮超重等现象。其次，由于现阶段托臂为金属材质，因此与安装座的连接需要使用过多的螺栓，使得安装的过程中费时费力的同时，重量也增加，严重影响着装配效率和减重效果。

另外，悬浮架构架连接梁是磁悬架的重要组成部分，是磁浮列车主要承载构件之一，在车辆通过曲线时，提供一定的回转力矩以防止车体侧滚。

目前，抗侧滚连接梁为金属结构件，抗侧滚梁由四片抗侧滚片组成，两片为一组，组件中，两单片金属梁之间，由多个销轴、隔套、衬套等安装组套连接装配而成。现有技术的缺点是：抗侧滚连接梁的材质均为金属材料，不利于减重，且多样零部件装配时间长，装配复杂。

而现已知的，碳纤维复合材料的密度很低，只有1.5-2g/cm3。相当于钢密度的1/5，铝合金的1/2，碳纤维复合材料不仅在轻量化方面独具优势，高强度也让碳纤维复合材料可以代替很多传统金属材质。碳纤维复合材料制作的零部件，要比使用传统铝合金材质的零部件重量轻15％-30％，机器使用寿命也得到提升。抗拉强度方面可达3500MPa以上，是钢的7-9倍；在抗拉弹性模量方面达到2300-4300MPa，也明显高于钢；碳纤维复合材料的比模量也比钢要高，碳纤维比模量为2000MPa/(g/cm3)，而钢仅为59MPa/(g/cm3)。

因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种磁悬浮列车用悬浮构架。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁悬浮列车用悬浮构架，通过碳纤维材质的托臂、连接梁、纵梁组成新型悬浮构架，满足轻量化设计要求，同时，碳纤维材质的部件能够减少多处紧固件的使用，提高装配效率，保证产品质量。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种磁悬浮列车用悬浮构架，该悬浮构架包括：

托臂及纵梁总成，所述托臂及纵梁总成为碳纤维复合材料成型结构；以及

连接于两侧的所述托臂及纵梁总成之间的连接梁总成，所述连接梁总成包括两根碳纤维复合材料成型结构的连接梁；

所述连接梁与对应一侧的所述托臂及纵梁总成通过安装座装配，相邻两根所述连接梁之间通过连杆连接。

进一步的，所述托臂及纵梁总成包括：

托臂及纵梁一体化结构，且所述托臂及纵梁一体化结构包括托臂和纵梁；以及

连接于所述托臂与所述连接梁配合一端的安装座；

所述托臂的材质为碳纤维复合材料成型结构，所述安装座为碳纤维复合材料成型结构；

所述托臂一侧具有与所述安装座匹配的安装凹槽，所述安装座与所述托臂配合一侧嵌入所述安装凹槽内、并通过螺栓与所述托臂紧固。

进一步的，所述托臂包括：

托臂连接体和托臂支撑体，所述托臂支撑体的底部开设有两个凹槽；

所述托臂连接体与所述纵梁连接，所述托臂支撑体一端与所述托臂连接体连接，另一端朝向所述托臂连接体侧面延伸；

所述托臂连接体远离所述托臂支撑体一端的端部、并靠近与其连接的纵梁的位置安装有所述安装座；

所述托臂连接体远离所述托臂支撑体一端的端部被配置为平面结构，且该端的壁厚为30mm；

所述托臂连接体的底面被配置为平面结构；

所述托臂连接体上设置空簧安装孔；

所述托臂支撑体与所述托臂连接体之间通过过渡部过渡，且所述过渡部的表面被配置为弧形面；

所述托臂连接体的安装凹槽分为位于纵梁一侧的第一安装凹槽、以及位于所述托臂连接体端部的第二安装凹槽。

进一步的，所述安装座包括：

与所述托臂配合并装配固定的安装座装配部；以及

与所述安装座装配部连接、并作为外部连接梁的连接基础的安装座连接部；

所述安装座装配部包括第一装配部和第二装配部；

所述第一装配部和所述第二装配部一体成型；

所述第一装配部嵌入所述第一安装凹槽，所述第二装配部嵌入所述第二安装凹槽，且所述第二装配部和所述第一装配部均通过多根螺栓与所述托臂固连；

所述安装座连接部与所述第二装配部连接；

所述安装座连接部远离所述第二装配部一端被配置为与所述连接梁配合的连接部，且所述连接部中部为弧形槽结构，所述连接部的两侧具有与所述连接梁连接的孔。

进一步的，每组所述托臂及纵梁总成包括左侧托臂和右侧托臂，且所述左侧托臂和所述右侧托臂之间连接有所述纵梁；

所述纵梁均为碳纤维复合材料成型结构，所述纵梁内部中空，且所述纵梁的截面为矩形；

所述左侧托臂的托臂支撑体和右侧托臂的托臂支撑体相对设置。

进一步的，所述连接梁总成的两根连接梁均包括：

连接梁主体，所述连接梁主体为碳纤维复合材质，且所述连接梁主体被配置为通过碳纤维复合材料纤维层层叠而成的结构；

包覆于所述连接梁主体外表的碳纤维蒙皮；以及

作为中间层的泡沫填充层；

所述泡沫填充层位于所述连接梁主体和所述碳纤维蒙皮之间；

所述连接梁主体设置多个安装孔；

两根所述连接梁之间的连杆通过对应的安装孔与对应一侧的所述连接梁连接。

进一步的，所述连接梁主体长度方向的一端为第一端，另一端为第二端；

所述第一端的宽度大于所述第二端的宽度；

所述连接梁主体被配置为由所述第一端至所述第二端宽度逐渐减小的结构；

所述第一端开设有两个第一安装孔，所述第二端开设有一个第二安装孔；

所述第一端外侧面具有弧形槽，且所述第一端位于所述弧形槽两侧的部分凸出地形成为连接端；

每个所述连接端上开设有一个第一安装孔，且该第一安装孔用于与外部的连接座通过紧固件连接。

进一步的，所述连接梁主体靠近所述第一端的位置设置有贯穿所述连接梁主体的通孔，该通孔被配置为相互配合的连接梁之间的连杆的运动空间；

所述连接梁主体与所述运动空间配合的位置开设有一个第二安装孔，相互配合的两个连接梁之间的连杆一端与所述第二端的第二安装孔通过紧固件连接，另一端通过连接梁主体上的第二安装孔通过紧固件连接，且所述连杆部分延伸至所述运动空间内。

进一步的，所述连杆包括：

杆部；以及

位于所述杆部长度方向两端的连杆安装部；

所述连接梁主体的第二端设置有嵌入槽，且所述嵌入槽的两侧为所述第二安装孔；

所述杆部一端的所述连杆安装部嵌入所述嵌入槽内，且该连杆安装部的两端穿设于所述第二端的第二安装孔内；

所述杆部另一端的所述连杆安装部置于所述运动空间内，且该连杆安装部的两端穿设于该处的第二安装孔内。

在上述技术方案中，本发明提供的一种磁悬浮列车用悬浮构架，具有以下有益效果：

本发明的悬浮构架的托臂、安装座、纵梁、连接梁均采用碳纤维复合材料成型结构，相比金属结构重量更轻，满足轻量化设计要求。连接梁采用碳纤维复合材料制成，并且表面包覆泡沫填充层和碳纤维蒙皮，取消了金属销轴、隔套和衬套等零件，一体化成型，轻量化效果好，结构简单，减少零件多样性，成本低，抗疲劳能力更强。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的底部的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的托臂的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的安装座的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的托臂和安装座的连接结构示意图；

图6为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的托臂和安装座的底部的示意图；

图7为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的托臂与连接梁总成的连接结构示意图；

图8为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的连接梁的结构示意图；

图9为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的连接梁与连杆的连接结构示意图；

图10为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的连杆的结构示意图；

图11为本发明实施例公开的磁悬浮列车用悬浮构架的托臂及纵梁总成的结构示意图。

附图标记说明：

1、托臂；2、安装座；3、连接梁；4、纵梁；5、连杆；

101、托臂连接体；102、托臂支撑体；103、过渡部；104、空簧安装孔；105、第一安装凹槽；106、第二安装凹槽；107、凹槽；

201、第一装配部；202、第二装配部；203、弧形槽结构；204、孔；

301、第一端；302、第二端；303、碳纤维蒙皮；304、运动空间；305、第一安装孔；306、第二安装孔；

30101、弧形槽；30102、连接端；

501、杆部；502、连杆安装部。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1至图11所示；

本实施例的一种磁悬浮列车用悬浮构架，该悬浮构架包括：

托臂及纵梁总成，托臂及纵梁总成为碳纤维复合材料成型结构；以及

连接于两侧的托臂及纵梁总成之间的连接梁总成，连接梁总成包括两根碳纤维复合材料成型结构的连接梁3；

连接梁3与对应一侧的托臂及纵梁总成通过安装座2装配，相邻两根连接梁3之间通过连杆5连接。

具体的，本实施例公开了一种碳纤维复合材料的悬浮构架，该悬浮构架适用于磁悬浮列车；本实施例的悬浮构架包括托臂及纵梁总成、连接梁总成。每个悬浮构架具有两组对称布置的托臂及纵梁总成，并在两侧托臂及纵梁总成之间安装两组对称布置的连接梁总成。本实施例的连接梁总成具体包括两根连接梁3，且连接梁3与对应一侧的托臂及纵梁总成的对应的托臂1通过安装座2连接。

另外，本实施例的悬浮构架为了满足磁悬浮列车对于轻量化设计的要求，托臂1、纵梁4、安装座2、连接梁3均为碳纤维复合材料成型结构。并且主要通过碳纤维层层叠的方式成型，而本实施例的碳纤维层层叠时，相邻层以具有一定角度的交叉层叠成型，例如相邻铺设角度差为45°、或90°。

优选的，本实施例的托臂及纵梁总成包括：

托臂及纵梁一体化结构，且托臂及纵梁一体化结构包括托臂1和纵梁4；以及

连接于托臂1与连接梁3配合一端的安装座2；

托臂1的材质为碳纤维复合材料成型结构，安装座2为碳纤维复合材料成型结构；

托臂一侧具有与安装座2匹配的安装凹槽，安装座2与托臂1配合一侧嵌入安装凹槽内、并通过螺栓与托臂1紧固。

其中，本实施例的托臂1包括：

托臂连接体101和托臂支撑体102，托臂支撑体101的底部开设有两个凹槽；

托臂连接体101与纵梁4连接，托臂支撑体102一端与托臂连接体101连接，另一端朝向托臂连接体101侧面延伸；

托臂连接体101远离托臂支撑体102一端的端部、并靠近与其连接的纵梁4的位置安装有安装座2；

托臂连接体101远离托臂支撑体102一端的端部被配置为平面结构，且该端的壁厚为30mm；

托臂连接体101的底面被配置为平面结构；

托臂连接体101上设置空簧安装孔104；

托臂支撑体102与托臂连接体101之间通过过渡部103过渡，且过渡部103的表面被配置为弧形面；

托臂连接体101的安装凹槽分为位于纵梁4一侧的第一安装凹槽105、以及位于托臂连接体101端部的第二安装凹槽106。

上述实施例进一步限定了托臂1的结构，托臂1采用碳纤维复合材料成型，即通过碳纤维层层叠而成，本实施例的碳纤维层铺设角度差为45°，即相邻碳纤维层的层叠角度相差45°。本实施例的碳纤维复合材料成型结构相比金属结构质量更轻，强度更高，韧性更强，所以整体上在降低了托臂1重量的同时，提高了托臂1的强度，起到磁悬浮列车减重的作用。本实施例的托臂1侧面取消了加强筋，并且设计为托臂连接体101远离托臂支撑体102一端的端部被配置为平面结构，且该端的壁厚为30mm；加厚了壁厚可以提高结构强度。其次，托臂连接体101的底面被配置为平面结构；托臂连接体101上设置空簧安装孔104。过渡部103的弧形面结构相比现有技术取消了该处的三根加强筋，采用三根加强筋整体拉平的方式形成本实施例的弧形面。

优选的，基于上述实施例限定的托臂1的结构，本实施例进一步限定了安装座2的结构，具体为：

安装座2包括：

与托臂1配合并装配固定的安装座装配部；以及

与安装座装配部连接、并作为外部连接梁3的连接基础的安装座连接部；

安装座装配部包括第一装配部201和第二装配部202；

第一装配部201和第二装配部202一体成型；

第一装配部201嵌入第一安装凹槽105，第二装配部202嵌入第二安装凹槽106，且第二装配部202和第一装配部201均通过多根螺栓与托臂1固连；

安装座连接部与第二装配部202连接；

安装座连接部远离第二装配部202一端被配置为与连接梁3配合的连接部，且连接部中部为弧形槽结构203，连接部的两侧具有与连接梁3连接的孔204。

本实施例具体说明了托臂1和安装座2的连接结构。本实施例的安装座2采用埋设的方式与托臂1配合，即在托臂1的侧面设计了上述的第一安装凹槽105和第二安装凹槽106，同时安装座2与其对应的位置成L型的结构，分为第一装配部201和第二装配部202。第一装配部201与第一安装凹槽105匹配，第二装配部202与第二安装凹槽106匹配，对位后通过螺栓紧固即可。

基于上述对托臂1和安装座2的结构限定，可以得出，本实施例的托臂1换为碳纤维复合材料成型结构，相比金属结构质量更轻，强度更好，韧性更强，整体实现轻量化设计，减少了托臂1和安装座2的零件以提高装配效率，采用预埋式连接方式能够更好地实现托臂1和安装座2的定位，提高装配精度。

优选的，本实施例的每组托臂及纵梁总成包括左侧托臂和右侧托臂，且左侧托臂和右侧托臂之间连接有纵梁4；

纵梁4均为碳纤维复合材料成型结构，纵梁4内部中空，且纵梁4的截面为矩形；其中，左侧托臂的托臂支撑体和右侧托臂的托臂支撑体102相对设置。

本实施例的纵梁4和托臂1均为碳纤维复合材料成型结构，即通过碳纤维复合材料层层叠的方式成型，且每层碳纤维复合材料层之间具有层叠的角度差，例如45°角度差。本实施例的纵梁4截面为矩形，且为薄壁结构。本实施例的一体化结构的托臂1和纵梁4均采用碳纤维复合材料成型结构，满足磁悬浮列车的轻量化设计要求。且一体化结构减少了金属螺栓的连接，提高构架装配效率。

优选的，最后本实施例进一步限定了位于托臂及纵梁总成之间的连接梁总成的结构，具体为：

本实施例的连接梁总成的两根连接梁3均包括：

连接梁主体，连接梁主体为碳纤维复合材质，且连接梁主体被配置为通过碳纤维复合材料纤维层层叠而成的结构；

包覆于连接梁主体外表的碳纤维蒙皮303；以及

作为中间层的泡沫填充层；

泡沫填充层位于连接梁主体和碳纤维蒙皮303之间；

连接梁主体设置多个安装孔；

两根连接梁之间的连杆5通过对应的安装孔与对应一侧的连接梁3连接。

进一步的，所述连接梁主体长度方向的一端为第一端301，另一端为第二端302；

第一端301的宽度大于第二端302的宽度；

连接梁主体被配置为由第一端301至第二端302宽度逐渐减小的结构；

第一端301开设有两个第一安装孔305，第二端302开设有一个第二安装孔306；

第一端301外侧面具有弧形槽30101，且第一端301位于弧形槽30101两侧的部分凸出地形成为连接端30102；

每个连接端上开设有一个第一安装孔305，且该第一安装孔305用于与外部的连接座2通过紧固件连接。

其次，本实施例的连接梁主体靠近第一端301的位置设置有贯穿连接梁主体的通孔，该通孔被配置为相互配合的连接梁3之间的连杆5的运动空间；

连接梁主体与运动空间配合的位置开设有一个第二安装孔306，相互配合的两个连接梁3之间的连杆5一端与第二端302的第二安装孔306通过紧固件连接，另一端通过连接梁主体上的第二安装孔306通过紧固件连接，且连杆5部分延伸至运动空间304内。

为了实现两根连接梁3的连接，本实施例的连杆5包括：

杆部501；以及

位于杆部501长度方向两端的连杆安装部502；

连接梁主体的第二端302设置有嵌入槽，且嵌入槽的两侧为第二安装孔306；

杆部501一端的连杆安装部502嵌入嵌入槽内，且该连杆安装部502的两端穿设于第二端302的第二安装孔306内；

杆部501另一端的连杆安装部502置于运动空间304内，且该连杆安装部502的两端穿设于该处的第二安装孔306内。

本实施例的连接梁总成，其主要分为两根连接梁3，以连接于两根连接梁3之间的连杆5。其中，本实施例的连接梁3包括连接梁主体、包覆在连接梁主体表面的泡沫填充层和碳纤维蒙皮303。本实施例的连接梁主体作为与整个磁悬浮列车构架的安装座2和连杆5的连接基础。本实施例的碳纤维蒙皮303采用碳纤维斜纹预浸料，保证产品的刚度和表面品质，具有良好的隔热、隔音、防震、抵抗裂纹及其他损伤扩展能力。本实施例的连接梁主体为一体成型的结构，取消了传统的销轴、衬套连接形式，在连接梁主体和碳纤维蒙皮303之间采用PMI泡沫填充层填充，承受载荷时，能够有效向碳纤维蒙皮303提供支持，维持产品形状，这种结构可以有效解决强度、刚度与减轻结构质量之间的矛盾。

结构整体以采用预浸料模压工艺，以泡沫结构为芯模，包覆碳纤维蒙皮303，置于模具模压一体成型，尺寸稳定，工艺简单，模具成本低，省去后续大量的装配作业。

连接梁主体设置了能够穿过连杆5的运动空间304，并在该处开设一个第二安装孔306，与第二端302的第二安装孔306一起作为连杆5两端的安装孔，并通过紧固件实现连接。当两个连接梁主体装配为一体时，连杆5部分穿过运动空间304，在车辆通过曲线时，能够提供一定的回转力矩以防止车体侧滚。

本实施例的连接梁采用碳纤维复合材料制成，并且表面包覆泡沫填充层和碳纤维蒙皮303，取消了金属销轴、隔套和衬套等零件，一体化成型，轻量化效果好，结构简单，减少零件多样性，成本低，抗疲劳能力更强。

连接梁总成的两根连接梁3之间通过连杆5连接，通过第二安装孔306作为连杆5两端的连杆安装部502的连接位置，保持两根连接梁3的相对位置，连接梁3的结构简化了，即可提高连接梁总成的装配效率。

在上述技术方案中，本发明提供的一种磁悬浮列车用悬浮构架，具有以下有益效果：

本发明的悬浮构架的托臂1、安装座2、纵梁4、连接梁3均采用碳纤维复合材料成型结构，相比金属结构重量更轻，满足轻量化设计要求。连接梁3采用碳纤维复合材料制成，并且表面包覆泡沫填充层和碳纤维蒙皮303，取消了金属销轴、隔套和衬套等零件，一体化成型，轻量化效果好，结构简单，减少零件多样性，成本低，抗疲劳能力更强。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。