全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

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摘要：文章將詳細(xì)介紹全承載式電動(dòng)客車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)當(dāng)前電動(dòng)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(jìn)方案設(shè)計(jì)、增強(qiáng)底架結(jié)構(gòu)、調(diào)整側(cè)圍結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)前后圍結(jié)構(gòu)四項(xiàng)電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)。相關(guān)人員在設(shè)計(jì)電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)時(shí)，需根據(jù)當(dāng)前客車車身結(jié)構(gòu)發(fā)展的實(shí)際情況，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理的電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：全承載；電動(dòng)客車；車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展速度較快，人們對(duì)其安全的需求也逐步提升，電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)中包含全承載與非全承載式，但當(dāng)前非全承載式被全承載取代已成為不可逆的趨勢(shì)，且其制造中心為整車制造，國(guó)內(nèi)多數(shù)電動(dòng)客車已轉(zhuǎn)化車身結(jié)構(gòu)，雖然在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)些許問題，但技術(shù)人員可找到有效措施對(duì)其結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。

1全承載式電動(dòng)客車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(shè)計(jì)模式下，可以降低整車質(zhì)量，提高強(qiáng)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(gè)位置，以此降低傷害，保證客車的安全性能。總的來(lái)說(shuō)，全承載式電動(dòng)客車車身具有著較高強(qiáng)度性和輕量化特點(diǎn)。全承載式電動(dòng)客車車身的結(jié)構(gòu)最為明顯的特點(diǎn)包括高承載力、質(zhì)量較輕、材料利用率高，在這三個(gè)特點(diǎn)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(diǎn)。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(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

目前，中國(guó)汽車企業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的形式，行業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)水平相對(duì)薄弱，生產(chǎn)工作中無(wú)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(shí)現(xiàn)全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大。從目前來(lái)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(lái)得到了廣泛應(yīng)用。但從實(shí)際情況來(lái)看，國(guó)家客車制造行業(yè)中依然有很多企業(yè)依賴于工程設(shè)計(jì)人員自身的工作經(jīng)驗(yàn)，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(huì)得到進(jìn)一步完善應(yīng)用。在全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中，可以按照有限元方式高效、有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如，CAE技術(shù)已廣泛應(yīng)用在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整車性能分析等方面，尤其是全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并且借助尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及拓?fù)鋬?yōu)化等方式，完成設(shè)計(jì)工作。國(guó)內(nèi)汽車廠商如果想要提高自主研發(fā)能力，縮小和國(guó)外先進(jìn)水平的差距，就要對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)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(yīng)用。

3完善全承載式電動(dòng)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(dāng)車身在發(fā)生碰撞或翻滾時(shí)，仍會(huì)給乘員留有足夠的生存空間。為增強(qiáng)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(dāng)今電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)發(fā)展的新趨勢(shì)，技術(shù)人員仍需改進(jìn)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(qiáng)，且較為程序化，而全承載式設(shè)計(jì)方案屬裝吊車身整體，因而其首要任務(wù)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(dòng)力，還要降低車身因安裝過程而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。另一方面，若電動(dòng)客車的車身較大，工作人員需加強(qiáng)車身的合攏力度，改善當(dāng)前生產(chǎn)工藝。

3.2控制焊接質(zhì)量

針對(duì)下料精度，工作人員需嚴(yán)格掌控，由于全承載式車身的焊接結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用小截面方管，因而要嚴(yán)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(zhǔn)度十分重要，其會(huì)對(duì)全車的焊接產(chǎn)生直接影響，也會(huì)改變整道工序的準(zhǔn)確度。對(duì)于焊接應(yīng)力與焊接變形需科學(xué)控制，相較于傳統(tǒng)型的車身，新型設(shè)計(jì)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。基于全承載式車身的結(jié)構(gòu)特征，其更加注重焊接接頭的質(zhì)量與性能，對(duì)整車骨架的縫隙也會(huì)尤為敏感，因而其焊接工藝需達(dá)到一定的水平。為增強(qiáng)焊接質(zhì)量，工作人員需努力鉆研焊接工藝，設(shè)立科學(xué)的焊接標(biāo)準(zhǔn)，只有達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的工作人員才能進(jìn)行焊接，進(jìn)而保障電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

4全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)

4.1調(diào)整方案設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)前，針對(duì)此類工程，技術(shù)人員需設(shè)計(jì)出整體建設(shè)方案，工作人員需根據(jù)當(dāng)前的要求與車身設(shè)計(jì)的需求，確保多項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，如整車斷面曲線、整車寬度、長(zhǎng)度、前懸長(zhǎng)、后懸長(zhǎng)及軸距等，設(shè)置相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)當(dāng)前所掌握的數(shù)據(jù)信息了解整部電動(dòng)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(shè)計(jì)好每項(xiàng)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(shè)計(jì)任務(wù)為行李艙立柱、車門及車窗，需要設(shè)計(jì)出整部電動(dòng)客車的整體結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，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(shè)計(jì)的初期，有助于修復(fù)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(xué)模型，以增強(qiáng)計(jì)算結(jié)果或相關(guān)參數(shù)的精準(zhǔn)性[2]。

4.2加強(qiáng)底架結(jié)構(gòu)

針對(duì)電動(dòng)客車車身的底架結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員需從多個(gè)方面考慮底架設(shè)計(jì)，首先，可依照懸架結(jié)構(gòu)適當(dāng)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(huì)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(gè)門框的位置分布來(lái)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(jìn)而保證力的有效傳遞。與此同時(shí)，在安裝客車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)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(rèn)。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(yīng)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(jìn)而改善龍骨的扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度。對(duì)于車身的懸架支撐，在開展局部設(shè)計(jì)時(shí)，需增強(qiáng)其支撐以后的氣囊外伸梁，并進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)側(cè)圍結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)側(cè)圍結(jié)構(gòu)前，工作人員需意識(shí)到該階段設(shè)計(jì)的重要性，側(cè)圍結(jié)構(gòu)在全承載式電動(dòng)客車的設(shè)計(jì)中必要性極強(qiáng)，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(qiáng)側(cè)圍結(jié)構(gòu)的安全性。具體來(lái)說(shuō)，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(jìn)而提升其沖擊力。底骨架斷面要處在門立柱、艙門立柱的對(duì)面，改善其橫向沖擊力。同時(shí)，側(cè)圍腰部區(qū)域的結(jié)構(gòu)需進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(fēng)窗洞口，針對(duì)其上下腰間的距離應(yīng)合理選取，并設(shè)計(jì)出科學(xué)的斜撐，以緩解其承載力。根據(jù)相關(guān)電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)影響其彎曲力，在其增大的同時(shí)，極易引發(fā)斷裂危險(xiǎn)。第二，若側(cè)圍的下腰梁斷開，工作人員需對(duì)其及時(shí)處理，為增強(qiáng)客車側(cè)面的連續(xù)受力，在設(shè)計(jì)此類結(jié)構(gòu)時(shí)，需注重力流引導(dǎo)，并將其側(cè)面的集中應(yīng)力消除。第三，在設(shè)計(jì)窗立柱時(shí)，需挑選性能較好的材料，且尺寸規(guī)格要大，若電動(dòng)客車發(fā)生交通事故，當(dāng)車頂著地時(shí)，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(qiáng)度[3]。

4.4改進(jìn)車頂結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)電動(dòng)客車的車頂結(jié)構(gòu)時(shí)，其要做到三個(gè)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?fù)重等。車頂負(fù)重主要包含風(fēng)道、內(nèi)行李架與空調(diào)等，工作人員需采用多種方式改進(jìn)車頂結(jié)構(gòu)，其一，側(cè)窗立柱需與車頂弧桿件相對(duì)應(yīng)，當(dāng)車輛在運(yùn)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(duì)車頂弧桿件，應(yīng)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(dāng)其剛度與強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，可略去剩余弧桿件，使車頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)潔，降低焊接量。其三，在設(shè)計(jì)車頂結(jié)構(gòu)的過程中，除了安裝需要，不應(yīng)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(dāng)降低尺寸，并考慮多重因素，如風(fēng)道安裝、行李架、頂部窗口及空調(diào)洞口等，從而增強(qiáng)車頂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。

4.5增強(qiáng)前后圍結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)電動(dòng)客車的前后圍結(jié)構(gòu)時(shí)，需做到安裝掛水器、發(fā)動(dòng)機(jī)艙門與燈具等，其附近的玻璃鋼件也應(yīng)安裝固定，工作人員還需設(shè)置一性能較強(qiáng)的框架，以用來(lái)連接車頂與側(cè)圍骨架，若車輛發(fā)生碰撞，剛性框架會(huì)有效保護(hù)人身安全。具體來(lái)說(shuō)，在選擇玻璃鋼時(shí)要嚴(yán)密貼合前后圍骨架，進(jìn)而保障風(fēng)窗的位置。設(shè)計(jì)框架的過程中，其結(jié)構(gòu)要保證科學(xué)、合理，可采用信息技術(shù)，計(jì)算出精準(zhǔn)的數(shù)值，更好地連接車頂與側(cè)圍。此外，前圍的風(fēng)窗較為重要，剛度與硬度都要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，如有必要，可整體設(shè)計(jì)底架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其抗擊打能力，防止其與較低物體產(chǎn)生撞擊時(shí)，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(dòng)客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更為準(zhǔn)確。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升，也有效保障其安全性能，當(dāng)前多數(shù)國(guó)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(guó)的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，工作人員仍需努力提高設(shè)計(jì)能力，利用信息技術(shù)，分析與研究當(dāng)前急需攻克的難題，并采取對(duì)應(yīng)性方法解決，從而使我國(guó)的電動(dòng)客車客車結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固，安全性、經(jīng)濟(jì)性也有所增強(qiáng)。

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作者：朱銘 單位：廈門金龍旅行車有限公司