车体底架结构及具有其的列车的制作方法

本发明涉及机车设备技术领域，具体而言，涉及一种车体底架结构及具有其的列车。

背景技术：

现有技术中，车辆主要为不锈钢底架和铝合金底架两种单一材料的结构，不锈钢底架结构主要为板材焊接连接，造成车辆底架板材数量多，焊接变形量大，使得列车整体重量大。铝合金底架主要为铝型材和铝板焊接组成，造成车辆底架组成部件少，由于型材研发费用高，铝合金焊接难度大，使得采用主要为铝型材和铝板焊接的车辆底架组装困难成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种车体底架结构及具有其的列车，以解决现有技术中车体底架焊接难度大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车体底架结构，包括：底架本体，底架本体包括边梁和枕梁，枕梁与边梁相连接；端部底架，与底架本体相连接，端部底架包括铝合金挤压型材和板材。

进一步地，端部底架包括：车钩箱，与端部底架相连接并位于端部底架的底部。

进一步地，端部底架还包括：插接件，与端部底架相连接，车钩箱通过插接件连接固定。

进一步地，车体底架结构还包括：地板，分别与底架本体和端部底架相连接，地板与端部底架焊接，地板与底架本体相铆接。

进一步地，地板为铝合金地板。

进一步地，端部底架与底架本体相铆接。

进一步地，边梁与枕梁相铆接。

进一步地，边梁包括：第一边梁和第二边梁，第一边梁与第二边梁相对设置并具有距离，枕梁位于第一边梁与第二边梁之间，枕梁的一端与第一边梁相连接，枕梁的另一端与第二边梁相连接。

进一步地，枕梁为多个，多个枕梁沿第一边梁和第二边梁的长度方式间隔设置。

进一步地，边梁和/或枕梁由不锈钢材料制成。

进一步地，车钩箱为铝合金车钩箱。

根据本发明的另一方面，提供了一种列车，包括车体底架结构，车体底架结构为上述的车体底架结构。

应用本发明的技术方案，车体底架结构包括底架本体和端部底架。底架本体包括边梁和枕梁，枕梁与边梁相连接。端部底架与底架本体相连接，端部底架包括铝合金挤压型材和板材。采用多种型材的车体底架结构，能够有效地降低了车体底架结构的焊接难度，提高了车体底架结构的强度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的车体底架结构的实施例的结构示意图；以及

图2示出了图1中的车体底架结构的实施例的另一视角的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、边梁；11、第一边梁；12、第二边梁；20、枕梁；30、端部底架；31、车钩箱；40、地板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1和图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种车体底架结构。

具体地，该车体底架结构包括底架本体和端部底架30。底架本体包括边梁10和枕梁20，枕梁20与边梁10相连接。端部底架30与底架本体相连接，端部底架30包括铝合金挤压型材和板材。

在本实施例中，采用多种型材的车体底架结构，能够有效地降低了车体底架结构的焊接难度，提高了车体底架结构的强度。

其中，端部底架30包括车钩箱31。车钩箱31与端部底架30相连接并位于端部底架30的底部。这样设置使得在对车钩箱31进行操作时更加方便。

为了增加车钩箱31的稳定性，端部底架30还包括插接件。插接件与端部底架30相连接，车钩箱31通过插接件连接固定。

车体底架结构还包括地板40。地板40分别与底架本体和端部底架30相连接，地板40与端部底架30焊接，地板40与底架本体相铆接。这样设置使得地板40在进行与端部底架30和底架本体连接的过程中不会发生变形，同时降低了地板40的连接难度。

为了进一步地降低地板40的连接难度，将端部底架30与底架本体相铆接。

为了增加底架本体的连接强度，将边梁10与枕梁20相铆接。

其中，边梁10包括第一边梁11和第二边梁12。第一边梁11与第二边梁12相对设置并具有距离，枕梁20位于第一边梁11与第二边梁12之间，枕梁20的一端与第一边梁11相连接，枕梁20的另一端与第二边梁12相连接。这样设置能够增加整个底架本体的连接强度。

优选地，为了使得底架本体具有更好的稳定性和连接强度，以及使得底板能够很好的设置在底架本体上，将枕梁20设置成多个，多个枕梁20沿第一边梁11和第二边梁12的长度方式间隔设置。

优选地，为了进一步提高底架本体的刚度，边梁10和枕梁20由不锈钢材料制成。

上述实施例中的车体底架结构还可以用于列车设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种列车。该列车包括车体底架结构，车体底架结构为上述实施例中的车体底架结构。车体底架结构包括底架本体和端部底架30。底架本体包括边梁10和枕梁20，枕梁20与边梁10相连接。端部底架30与底架本体相连接，端部底架30包括铝合金挤压型材和板材。采用多种型材的车体底架结构，能够有效地降低了车体底架结构的焊接难度，提高了车体底架结构的强度。

车体底架结构包括不锈钢枕梁、不锈钢边梁、铝合金地板、铝合金车钩箱，铝合金端部底架等部件。其中铝合金地板、端部底架、车钩箱采用铝合金挤压型材和板材焊接。不锈钢枕梁与不锈钢边梁、铝合金地板通过铆接连接在一起，不锈钢边梁和铝合金端部底架采用铆接连接方式。

钢铝复合车体底架结构，取长补短。综合了铝合金材料的低密度、可挤压型材和不锈钢材料的强度高，使得该车体底架结构具有经济性好的特点。

地板和端部底架为铝型材拼接，底架结构减重效果明显，实现轻量化设计。该车体底架结构连接方式有焊接和铆接两种，大大降低了焊接量，底架变形量小，结构强度好。

不锈钢枕梁与不锈钢边梁、铝合金地板、铝合金端部底架采用铆接连接方式，取消了原来的焊接连接方式，其连接结构设计简单，工艺可行性高。

具体地，该列车还包括门板结构，该门板结构有碳纤维材料制成。其中，碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。

碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。

碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值(0.72到0.90)，而垂直于纤维方向是正值(32到22)。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。

碳纤维的化学性质与碳相识，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400℃时则出现明显的氧化，生成CO与CO₂。碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。

碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量(指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量)是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。

碳纤维还具有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数)，一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力(即不能打结)而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。

有关PAN基碳纤维的制备：

聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80％；热转化性能好。

生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于6到8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h到3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理1600℃的碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。

由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维。

第一、原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相(苯可溶各向异性沥青)和潜在中间相(喹啉可溶各向异性沥青)等。作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。

第二、预氧化(聚丙烯腈纤维200到300℃)、不融化(沥青200到400℃)或热处理(粘胶纤维240℃)，以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。

第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶纤维400到2000℃。

第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维3000到3200℃。

第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。

第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构。

要想得到质量好碳纤维，需要注意一下技术要点：

(1)实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。

(2)杂质缺陷最少化，这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施，也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说，提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。

(3)在预氧化过程中，保证均质化的前提下，尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。

(4)研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300到1800℃，石墨化一般在2500到3000℃。在如此高的温度下操作，既要连续运行、又要提高设备的使用寿命，所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

铝合金车钩箱采用铝合金挤压型材焊接组成，通过插接方式焊接在端部底架上，承载力大，强度高，力的传递性好。取消了牵引梁和枕梁的直接连接方式，避免了枕梁处的应力集中，受力传导性好，整个底架结构的强度好。

铝合金地板组成是由多块通长的铝型材地板通过焊接拼接而成、端部底架采用铝合金挤压型材和板材焊接而成，形成一个近似小框架结构，铝合金车钩箱，通过插接形式焊接到端部底架上，即小框架结构中具有与车钩箱配合的插接件，车钩箱先与插接件配合连接，之后焊接固定，成为端部底架组成的一部分。铝合金地板和端部底架通过焊接连接，不锈钢枕梁分别与不锈钢边梁、铝合金地板采用铆接连接方式。不锈钢边梁与端部底架通过铆接连接在一体，最终形成一个底架框架的形式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。