全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)設計分析
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摘要：文章將詳細介紹全承載式電動客車車身的結(jié)構(gòu)特點，針對當前電動客車車身結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，提出多種解決方案，并指出改進方案設計、增強底架結(jié)構(gòu)、調(diào)整側(cè)圍結(jié)構(gòu)及加強前后圍結(jié)構(gòu)四項電動客車車身結(jié)構(gòu)的整體設計。相關(guān)人員在設計電動客車車身結(jié)構(gòu)時，需根據(jù)當前客車車身結(jié)構(gòu)發(fā)展的實際情況，進而設計出更加科學、合理的電動客車結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞：全承載；電動客車；車身結(jié)構(gòu)設計
前言
電動客車車身結(jié)構(gòu)的設計技術(shù)發(fā)展速度較快，人們對其安全的需求也逐步提升，電動客車結(jié)構(gòu)中包含全承載與非全承載式，但當前非全承載式被全承載取代已成為不可逆的趨勢，且其制造中心為整車制造，國內(nèi)多數(shù)電動客車已轉(zhuǎn)化車身結(jié)構(gòu)，雖然在設計過程中出現(xiàn)些許問題，但技術(shù)人員可找到有效措施對其結(jié)構(gòu)加以改進。
1全承載式電動客車車身的結(jié)構(gòu)特點
全承載車身結(jié)構(gòu)主要包括底架、車身前后左右圍以及頂蓋，常用于低地板、低入口城市客車。在這種桁架結(jié)構(gòu)設計模式下，可以降低整車質(zhì)量，提高強度，在發(fā)生碰撞、翻轉(zhuǎn)的過程中，產(chǎn)生的沖擊力可以被迅速分解到全車骨架的各個位置，以此降低傷害，保證客車的安全性能?？偟膩碚f，全承載式電動客車車身具有著較高強度性和輕量化特點。全承載式電動客車車身的結(jié)構(gòu)最為明顯的特點包括高承載力、質(zhì)量較輕、材料利用率高，在這三個特點下，結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全性隨之提高。另外，乘坐的舒適性、低噪音、寬視野也是其最大的優(yōu)點。但這種結(jié)構(gòu)也存在一定的問題，焊接難度較大、工藝成本較高等問題亟需解決[1]。
2全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
目前，中國汽車企業(yè)正面臨著嚴峻的形式，行業(yè)內(nèi)的設計水平相對薄弱，生產(chǎn)工作中無法高效開展，CAD/CAM/CAE等軟件仿真模擬反分析技術(shù)也沒有得到充分利用，想要實現(xiàn)全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)設計難度較大。從目前來看，客車車身結(jié)構(gòu)的開發(fā)模式可以分為串行和并行開發(fā)模式，相比較前者而言，后者的開發(fā)周期較短、成本較低，近幾年來得到了廣泛應用。但從實際情況來看，國家客車制造行業(yè)中依然有很多企業(yè)依賴于工程設計人員自身的工作經(jīng)驗，并行開發(fā)模式的優(yōu)越性并沒有得到充分體現(xiàn)。但隨著企業(yè)研發(fā)力度的提高，這種模式中最終會得到進一步完善應用。在全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)設計流程中，可以按照有限元方式高效、有針對性的進行設計。比如，CAE技術(shù)已廣泛應用在車身結(jié)構(gòu)設計和整車性能分析等方面，尤其是全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)設計中，并且借助尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及拓撲優(yōu)化等方式，完成設計工作。國內(nèi)汽車廠商如果想要提高自主研發(fā)能力，縮小和國外先進水平的差距，就要對設計技術(shù)進行完善，縮短開發(fā)周期和開發(fā)成本，降低焊接難度，讓其可以在生產(chǎn)工作中得到廣泛應用。
3完善全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)的有效措施
3.1調(diào)整生產(chǎn)工藝
相較于非承載式或半承載式，全承載式車身的安全性能更高，當車身在發(fā)生碰撞或翻滾時，仍會給乘員留有足夠的生存空間。為增強車身結(jié)構(gòu)的安全性，也是從以人為本的角度考慮，此類結(jié)構(gòu)已成為當今電動客車結(jié)構(gòu)發(fā)展的新趨勢，技術(shù)人員仍需改進多種問題。一方面，工作人員需調(diào)整生產(chǎn)工藝，舊式且傳統(tǒng)的車身安裝方法為底盤在先，車身吊裝在后，此方式的工作效率不強，且較為程序化，而全承載式設計方案屬裝吊車身整體，因而其首要任務為合攏車身，要合理協(xié)調(diào)其整車的骨架剛度，不僅要保證安裝后的動力，還要降低車身因安裝過程而產(chǎn)生的內(nèi)應力。另一方面，若電動客車的車身較大，工作人員需加強車身的合攏力度，改善當前生產(chǎn)工藝。
3.2控制焊接質(zhì)量
針對下料精度，工作人員需嚴格掌控，由于全承載式車身的焊接結(jié)構(gòu)主要應用小截面方管，因而要嚴格控制其加工精度，如下料彎折角度、加工角度及下料尺寸等。下料的精準度十分重要，其會對全車的焊接產(chǎn)生直接影響，也會改變整道工序的準確度。對于焊接應力與焊接變形需科學控制，相較于傳統(tǒng)型的車身，新型設計法增加了較多額外的工作量，其焊接接頭的總數(shù)也急劇增加?；谌休d式車身的結(jié)構(gòu)特征，其更加注重焊接接頭的質(zhì)量與性能，對整車骨架的縫隙也會尤為敏感，因而其焊接工藝需達到一定的水平。為增強焊接質(zhì)量，工作人員需努力鉆研焊接工藝，設立科學的焊接標準，只有達到該標準的工作人員才能進行焊接，進而保障電動客車車身結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。
4全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)的整體設計
4.1調(diào)整方案設計
在設計全承載式電動客車車身結(jié)構(gòu)前，針對此類工程，技術(shù)人員需設計出整體建設方案，工作人員需根據(jù)當前的要求與車身設計的需求，確保多項數(shù)據(jù)的準確度，如整車斷面曲線、整車寬度、長度、前懸長、后懸長及軸距等，設置相應的數(shù)學模型，根據(jù)當前所掌握的數(shù)據(jù)信息了解整部電動客車的尺寸參數(shù)。再依照參數(shù)尺寸確定整部客車車門的位置、行李艙、車窗橫梁高度與玻璃的具體分塊等。在設計好每項參數(shù)與各事物的位置后，整部客車的模型已然勾勒，在此階段的主要設計任務為行李艙立柱、車門及車窗，需要設計出整部電動客車的整體結(jié)構(gòu)。具體來說，工作人員還可借助信息技術(shù)，如CAE技術(shù)或互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將該技術(shù)引入到車身結(jié)構(gòu)設計的初期，有助于修復車身內(nèi)部的參數(shù)性能，如有必要，技術(shù)人員仍需建立數(shù)學模型，以增強計算結(jié)果或相關(guān)參數(shù)的精準性[2]。
4.2加強底架結(jié)構(gòu)
針對電動客車車身的底架結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員需從多個方面考慮底架設計，首先，可依照懸架結(jié)構(gòu)適當調(diào)整或改善氣囊與板簧的安裝位置，并確定其結(jié)構(gòu)尺寸，其中心龍骨寬度要選取最合適的尺寸，便于其結(jié)構(gòu)緊湊，施工便捷。若龍骨的選擇過寬，其踏步深度會受較大影響。為更好地布置過道，在龍骨內(nèi)側(cè)還需增添多余材料。其次，工作人員還要依照多個門框的位置分布來確定龍骨斷面。在選擇龍骨斷面的過程中，艙門、門立柱及懸架伸梁等位置與分布需保持一致，進而保證力的有效傳遞。與此同時，在安裝客車發(fā)動機時，應確定車身后半段的龍骨寬度，而前半段龍骨寬度則由客車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)確認。此外，還要依據(jù)車身高度明確車內(nèi)地板高度，在選取過程中要考慮到諸多因素，如外觀效果、行李艙大小與車內(nèi)高度等。最后，工作人員應密切注意車身的整體承載力，因而要合理布置管線路與客車過道深度等，進而改善龍骨的扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度。對于車身的懸架支撐，在開展局部設計時，需增強其支撐以后的氣囊外伸梁，并進行科學設計，降低其彎曲狀態(tài)出現(xiàn)的頻率，完善車身結(jié)構(gòu)。
4.3設計側(cè)圍結(jié)構(gòu)
在設計側(cè)圍結(jié)構(gòu)前，工作人員需意識到該階段設計的重要性，側(cè)圍結(jié)構(gòu)在全承載式電動客車的設計中必要性極強，其影響著車身的彎曲性與車身高度，借助兩邊骨架的連接，可增強側(cè)圍結(jié)構(gòu)的安全性。具體來說，第一，在側(cè)圍骨架的厚度方面，工作人員需選用尺寸規(guī)格較合適的材料增加其厚度，進而提升其沖擊力。底骨架斷面要處在門立柱、艙門立柱的對面，改善其橫向沖擊力。同時，側(cè)圍腰部區(qū)域的結(jié)構(gòu)需進行設計，改善其承載力，由于側(cè)圍下半邊屬行李艙洞口，而上半邊則為風窗洞口，針對其上下腰間的距離應合理選取，并設計出科學的斜撐，以緩解其承載力。根據(jù)相關(guān)電動客車車身結(jié)構(gòu)標準，其斜撐需有一定的角度，其高寬比需在0.6左右，若斜撐太小，會影響其彎曲力，在其增大的同時，極易引發(fā)斷裂危險。第二，若側(cè)圍的下腰梁斷開，工作人員需對其及時處理，為增強客車側(cè)面的連續(xù)受力，在設計此類結(jié)構(gòu)時，需注重力流引導，并將其側(cè)面的集中應力消除。第三，在設計窗立柱時，需挑選性能較好的材料，且尺寸規(guī)格要大，若電動客車發(fā)生交通事故，當車頂著地時，其窗立柱的承載力極為關(guān)鍵，因而車內(nèi)的安全空間需有足夠保證，窗立柱需保持較高的剛度與強度[3]。
4.4改進車頂結(jié)構(gòu)
在設計電動客車的車頂結(jié)構(gòu)時，其要做到三個方面，即改善車輛中的彎曲部分、連接客車的前后圍與側(cè)圍、承受車頂?shù)呢撝氐?。車頂負重主要包含風道、內(nèi)行李架與空調(diào)等，工作人員需采用多種方式改進車頂結(jié)構(gòu)，其一，側(cè)窗立柱需與車頂弧桿件相對應，當車輛在運行中能有效改善車輛載荷或彎曲，直接傳遞左右側(cè)面的力，避免了車頂上的載荷流轉(zhuǎn)。其二，針對車頂弧桿件，應選取合適的尺寸規(guī)格，增加其多種抗擊打能力，如抗扭曲、抗彎曲等，當其剛度與強度達到標準后，可略去剩余弧桿件，使車頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計更為簡潔，降低焊接量。其三，在設計車頂結(jié)構(gòu)的過程中，除了安裝需要，不應與車頂弧桿件斷開，可有效提升車頂?shù)目古つ芰εc剛度。此外，在車頂承載內(nèi)部，車頂縱梁所占比例較少，可適當降低尺寸，并考慮多重因素，如風道安裝、行李架、頂部窗口及空調(diào)洞口等，從而增強車頂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。
4.5增強前后圍結(jié)構(gòu)
在設計電動客車的前后圍結(jié)構(gòu)時，需做到安裝掛水器、發(fā)動機艙門與燈具等，其附近的玻璃鋼件也應安裝固定，工作人員還需設置一性能較強的框架，以用來連接車頂與側(cè)圍骨架，若車輛發(fā)生碰撞，剛性框架會有效保護人身安全。具體來說，在選擇玻璃鋼時要嚴密貼合前后圍骨架，進而保障風窗的位置。設計框架的過程中，其結(jié)構(gòu)要保證科學、合理，可采用信息技術(shù)，計算出精準的數(shù)值，更好地連接車頂與側(cè)圍。此外，前圍的風窗較為重要，剛度與硬度都要達到一定標準，如有必要，可整體設計底架結(jié)構(gòu)，增強其抗擊打能力，防止其與較低物體產(chǎn)生撞擊時，傷害車內(nèi)人員，因此，為保障前后圍結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)模型能將電動客車結(jié)構(gòu)設計得更為準確。
5結(jié)束語
綜上所述，隨著電動客車車身結(jié)構(gòu)設計水平的提升，也有效保障其安全性能，當前多數(shù)國家的客車車身結(jié)構(gòu)已轉(zhuǎn)化為全承載式。為使增加我國的車身結(jié)構(gòu)設計水平，工作人員仍需努力提高設計能力，利用信息技術(shù)，分析與研究當前急需攻克的難題，并采取對應性方法解決，從而使我國的電動客車客車結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固，安全性、經(jīng)濟性也有所增強。
參考文獻：
[1]王夢，劉彩玉.全承載式車身骨架的設計及分析[J].機械設計與制造工程，2019，48（05）：72-75.
[2]徐金泉.一種動力電池底部布置的新型全承載式底架設計[J].客車技術(shù)與研究，2018，40（06）：35-36+48.
[3]郭聰聰，朱思賢，祝國強，等.全承載式客車車身結(jié)構(gòu)輕量化研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2018，56（01）：68-72.
作者：朱銘 單位：廈門金龍旅行車有限公司