城轨车辆用轻量化牵引拉杆的制作方法

本发明主要涉及城轨车辆工程领域，尤其涉及一种城轨车辆用轻量化牵引拉杆。

背景技术：

应用于城轨车辆的牵引拉杆组件，其主要结构为牵引杆杆体和金属橡胶复合的弹性节点，牵引杆组件通过弹性节点连接车体和转向架，在车辆运行过程中主要起到连接和传递牵引制动载荷作用，并通过弹性节点达到减振降噪作用。

目前的牵引拉杆，在杆身两端开有安装弹性节点的安装孔，杆体截面一般采用圆形、长方形和工字型三种结构，由于杆体主要采用高强度钢材料，质量较大，整体显得比较笨重。

随着城市轨道交通的迅猛发展，旅客对城轨车辆的运行速度和车辆的乘坐舒适性提出了更高技术要求，作为有效的解决方法之一，轻量化技术已经成为城轨车辆的发展趋势。目前实现轻量化的方法主要有三种：1、对车辆零部件进行结构优化，减少零部件的体积；2、采用材料替代方式，用各类新型的密度小、强度高的轻量化材料替代原有材料；3、应用先进的成型工艺和表面处理技术，提高材料的强度，从而达到轻量化目标。这3种方法中，以材料替代方式取得轻量化效果最好，产品减重率能达到40%以上。

以塑代钢是目前轻量化领域应用的发展趋势，采用纤维增强塑料制造的支架和杆件，已经在各类车辆中有所应用。但如何采用以塑代钢方法实现牵引拉杆的轻量化，是牵引拉杆产品研发过程中需要解决的问题。

目前，城轨车辆牵引拉杆的轻量化方法一般为结构优化法，或采用高强度钢替代原有材料，能够实现的产品减重率小于20%，难以达到最终的减重目标。对于以环绕或模压工艺成型的高分子复合材料拉杆，其成型工艺复杂，且成型的杆体结构简单，不能满足城轨车辆牵引拉杆结构的要求。由于成型工艺的限制，最终成型的产品结构单一，杆件截面一般为圆形或长方形。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种强度高、可批量生产、能减轻车辆运行载荷重量和车辆运行能耗的城轨车辆用轻量化牵引拉杆。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种城轨车辆用轻量化牵引拉杆，包括杆体、两个金属安装圆环和两个弹性节点，所述杆体采用纤维增强塑料成型，两个所述弹性节点采用钢材和橡胶硫化成型，所述杆体的两端部开设有安装孔，两个所述金属安装圆环分别与两个安装孔一体成型适配，两个弹性节点分别与两个金属安装圆环过盈配合，所述杆体沿安装孔外围开设有多个与安装孔轴线方向一致的第一镂空部，杆体在两安装孔之间的杆身位置开设有多个与安装孔轴线方向一致的第二镂空部。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述杆体的杆身包括沿长度方向横向布置的用于连接杆体两端部的腹板，杆体还包括位于两块位于腹板外侧的用于连接杆体两端部的翼板，所述腹板的上下侧设有多条沿长度方向竖向布置的多块主加强筋，各主加强筋之间以及外侧主加强筋与两翼板之间形成所述第二镂空部。

各主加强筋之间以及外侧主加强筋与两翼板之间设有沿宽度方向竖向布置的多块辅加强筋。

所述翼板或主加强筋的高度由两端部向中间位置逐渐减小。

所述翼板与杆体两端部的连接位置设有过渡圆角。

所述杆体1由塑料基材和增强纤维通过注塑成型制备得到。

所述塑料基材的质量百分含量为40%～90%，所述增强纤维的的质量百分含量为10%～60%。

所述塑料基材为聚酰胺、聚笨醚、聚碳酸酯、聚甲醛和聚醚醚酮中的一种或几种混合物；所述增强纤维为玻璃纤维、环氧树脂纤维和碳纤维中的一种。

所述杆体的端部包括内圆板和设置在内圆板外围的外围板，所述外围板与翼板连接，外围板与内圆板之间设有多块加强肋，各加强肋与各外围板以及内圆板之间形成第一镂空部。

所述外围板包括与内圆板同心设置并靠近杆体杆身的外圆段，所述外圆段的两端连接位于内圆板两侧的水平直线段，两段所述水平直线段端部均连接有斜线段，两段斜线段之间连接有垂直直线段。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的城轨车辆用轻量化牵引拉杆，相较于传统的结构优化或用高强度钢替代原有金属的轻量化方法，本发明的牵引拉杆，采用纤维增强塑料成型的杆体和钢材与橡胶硫化成型的弹性节点，再配合第一镂空部和第二镂空部的去材料方式，使得产品减重率可以达到70%，减轻了车辆运行时转向架的载荷重量，减少了车辆运行能耗。

2、本发明的城轨车辆用轻量化牵引拉杆，杆体和金属安装圆环采用注塑成型工艺成为一个整体，适用于批量生产，可以通过调整基体材料和增强纤维的比例，优化杆体截面，使杆体满足安装尺寸和强度的要求。

附图说明

图1是本发明立体分解结构示意图。

图2是本发明杆体与金属安装圆环的装配图。

图3是本发明中杆体的截面结构示意图。

图4是本发明中杆体端部的俯视结构示意图。

图中各标号表示：

1、杆体；11、安装孔；12、第一镂空部；13、第二镂空部；14、腹板；15、翼板；151、过渡圆角；16、主加强筋；17、辅加强筋；18、内圆板；19、外围板；191、外圆段；192、水平直线段；193、斜线段；194、垂直直线段；20、加强肋；2、金属安装圆环；3、弹性节点。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1至图4示出了本发明城轨车辆用轻量化牵引拉杆的第一种实施例，包括杆体1、两个金属安装圆环2和两个弹性节点3，杆体1采用纤维增强塑料成型，两个弹性节点3采用高强度钢成型，杆体1的两端部开设有安装孔11，两个金属安装圆环2分别与两个安装孔11一体成型适配，两个弹性节点3分别与两个金属安装圆环2过盈配合，杆体1沿安装孔11外围开设有多个与安装孔11轴线方向一致的第一镂空部12，杆体1在两安装孔11之间的杆身位置开设有多个与安装孔11轴线方向一致的第二镂空部13。相较于传统的结构优化或用高强度钢替代原有金属的轻量化方法，本发明的牵引拉杆，采用纤维增强塑料成型的杆体1和钢材和橡胶硫化成型的弹性节点3，再配合第一镂空部12和第二镂空部13的去材料方式，使得产品减重率可以达到70%，减轻了车辆运行时转向架的载荷重量，减少了车辆运行能耗；本发明杆体1和金属安装圆环2采用注塑成型工艺成为一个整体，适用于批量生产，可以通过调整基体材料和增强纤维的比例，优化杆体1截面，使杆体满足安装尺寸和强度的要求。

本实施例中，杆体1的杆身包括沿长度方向横向布置的用于连接杆体1两端部的腹板14，杆体1还包括位于两块位于腹板14外侧的用于连接杆体1两端部的翼板15，腹板14的上下侧设有多条沿长度方向竖向布置的多块主加强筋16，各主加强筋16之间以及外侧主加强筋16与两翼板15之间形成第二镂空部13。该结构中，通过各主加强筋16之间以及外侧主加强筋16与两翼板15之间形成第二镂空部13，一方面保证了去材料可行性，实现了产品减重，另一方面主加强筋16可提高杆体1杆身的强度。

本实施例中，各主加强筋16之间以及外侧主加强筋16与两翼板15之间设有沿宽度方向竖向布置的多块辅加强筋17。该结构中，各辅加强筋17能进一步提高杆体1杆身的强度。

本实施例中，翼板15或主加强筋16的高度由两端部向中间位置逐渐减小。这样设置，一方面能保证两端部的强度，另一方面还能优化牵引拉杆截面形状。

本实施例中，翼板15与杆体1两端部的连接位置设有过渡圆角151。这样设置在保证了高度渐变的同时，又确保了外观的美观性。

本实施例中，杆体1的端部包括内圆板18和设置在内圆板18外围的外围板19，外围板19与翼板15连接，外围板19与内圆板18之间设有多块加强肋20，各加强肋20与各外围板19以及内圆板18之间形成第一镂空部12。该结构中，加强肋20与各外围板19以及内圆板18之间形成第一镂空部12，一方面保证了去材料可行性，实现了产品减重，另一方面加强肋20可提高杆体1端部的强度。

本实施例中，外围板19包括与内圆板18同心设置并靠近杆体1杆身的外圆段191，外圆段191的两端连接位于内圆板18两侧的水平直线段192，两段水平直线段192端部均连接有斜线段193，两段斜线段193之间连接有垂直直线段194。该结构中，通过将外围板19设置成多段结构，进一步提高了杆体1端部的强度。

在其它实施例中，两段斜线段193也可采用圆弧段。

本实施例中，杆体1的材料包括50%的基体材料和50%的增强纤维，其中基体材料为聚酰胺，增强纤维为玻璃增强纤维。其制备方法为：将基体材料和增强纤维按质量比进行混合，然后注塑成型得到杆体1。将在85℃的热空气下经过12小时烘干处理后的玻纤增强塑料粒子注射到拉杆体模具中，在注塑过程中实现拉杆体1 及金属安装圆环2 的粘接；玻纤增强塑料粒子在注塑成型时，熔体温度为285~290℃，模具温度为100℃，注塑时间为4s，注塑压力为120MPa，保压压力45MPa，保压时间为40s。

在其他实施例中，基体材料的含量可以为10%~60%；增强纤维的含量可以为40%~90%。基体材料可以为聚酰胺、聚笨醚、聚碳酸酯、聚甲醛和聚醚醚酮中的一种或几种混合物。增强纤维可以为玻璃纤维、环氧树脂纤维或碳纤维。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。