洗掃車箱體底板的優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄒繼翠　劉建培　孔慶珍　李斌　李金川

摘要：針對(duì)洗掃車目前發(fā)展趨勢(shì)，以結(jié)構(gòu)可靠性、加工工藝性、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性為出發(fā)點(diǎn)，綜合分析了某洗掃車箱體底板結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出一種新型瓦楞底板結(jié)構(gòu)，在滿足使用要求的同時(shí)，大大降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：洗掃車；箱體底板；瓦楞底板；降低成本

1引言

隨著我國城市化水平的不斷加快，作為一種集掃路與清洗于一身的洗掃車穿梭于城市各大街道中，有效節(jié)省了環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。為減少動(dòng)力排放造成的二次污染，新能源洗掃車如天燃?xì)?、電?dòng)洗掃車應(yīng)運(yùn)而生。相比于以往的燃油洗掃車，新能源洗掃車很好的發(fā)揮了節(jié)能、減排的功效，但由于新能源汽車動(dòng)力相對(duì)于燃油車有一定的差距，這就要求在未來新能源汽車的設(shè)計(jì)方面對(duì)整車輕量化要求較高，本文從洗掃車箱體底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，提出一種新型的瓦楞底板結(jié)構(gòu)，在滿足承載強(qiáng)度的前提下，有效地減輕了底板的重量，對(duì)整車的輕量化起到了關(guān)鍵的作用。

2優(yōu)化前后力學(xué)性能對(duì)比

2.1結(jié)構(gòu)形式

某洗掃車箱體底板優(yōu)化前整體結(jié)構(gòu)成羽翼狀，兩側(cè)向上折起一定角度（一般為4°～5°），厚度為4.0mm，如圖1所示為底板的三維模型。

優(yōu)化后的洗掃車箱體底板呈瓦楞結(jié)構(gòu)，中間凸起四條筋板，厚度為3.0mm，底板呈瓦楞狀，改進(jìn)后的底板的三維模型如圖2所示。

2.2力學(xué)性能分析

優(yōu)化前后箱體底板的材料均為Q345B優(yōu)質(zhì)鋼板，其材料屬性如表1所示。

箱體底板主要以箱體底部骨架為支撐，承受箱體內(nèi)部水壓壓力。以有限元法為理論依據(jù)，借用有限元分析軟件HyperWorks為分析工具，在相同工況下，對(duì)洗掃車箱體底板優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)靜力學(xué)特性進(jìn)行求解，結(jié)果如圖3、4所示。

2.3優(yōu)化前后力學(xué)性能對(duì)比

通過對(duì)優(yōu)化前后的箱體底板進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到在相同工況下優(yōu)化前后底板的變形大小和應(yīng)力分布云圖圖3和圖4，由分析結(jié)果圖3和圖4對(duì)比可知底板優(yōu)化前后的力學(xué)性能，如表2所示。

對(duì)比優(yōu)化前后可知，底板的最大應(yīng)力值和最大變形量分別由優(yōu)化前的54.99MPa和1.4mm，增大到89.61MPa和3.2mm，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于底板材料的屈服極限強(qiáng)度265MPa（安全系數(shù)取1.3），且變形量也滿足使用要求，但底板的質(zhì)量從優(yōu)化前的278Kg，減小到213.5Kg，減小幅度達(dá)23.2%。

由此可得，優(yōu)化后的箱體底板在滿足力學(xué)性能的同時(shí)，質(zhì)量減小了23.2%，較好地響應(yīng)了整車輕量化設(shè)計(jì)，降低了生產(chǎn)成本。

3優(yōu)化前后加工工藝性對(duì)比

3.1零件的加工工藝性

a.優(yōu)化前箱體底板兩側(cè)需要折彎一定角度，由于洗掃車的底板寬度尺寸較大（一般超過2000mm），在折彎機(jī)上進(jìn)行人工操作時(shí)，至少需要三至四個(gè)人才能共同完成，造成勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低，并且由于板材的幅面較大，兩側(cè)的折邊角度加工后與設(shè)計(jì)值會(huì)有一定的誤差。

b.優(yōu)化后的瓦楞底板結(jié)構(gòu)雖然折彎較多，但可以采用壓型模一次成型，有效節(jié)省了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

3.2底板的焊接工藝性

a.優(yōu)化前底板的結(jié)構(gòu)決定了底架的特殊結(jié)構(gòu)形式，見圖5，序號(hào)1為底板，序號(hào)2為底架，底架兩側(cè)的斜撐上平面必須要與底架縱梁及中間橫梁上平面夠成相同的角度，但由于焊接中不可避免的焊接變形，焊后想要達(dá)到理論設(shè)計(jì)角度是一件相當(dāng)困難的事情。這就要求必須按照底架結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的工裝作為輔助支撐，才能保證底架兩側(cè)斜撐與中間橫撐的角度，從而保證底板與底架貼合緊密，無縫隙，達(dá)到焊接尺寸。

b.優(yōu)化后瓦楞底板下平面處于同一平面內(nèi)，這就決定了底架的結(jié)構(gòu)形式，見圖6，序號(hào)3瓦楞底板，序號(hào)4為底架，底板的此種結(jié)構(gòu)決定了底架上平面處于同一平面內(nèi)即可，此種結(jié)構(gòu)的底架焊接時(shí)尺寸易于保證，從而底架與底板組焊時(shí)不會(huì)出現(xiàn)角度不照的問題。

4生產(chǎn)驗(yàn)證

對(duì)于優(yōu)化后的箱體底板，經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，已經(jīng)成功應(yīng)用在很多洗掃車箱體結(jié)構(gòu)上，如圖7所示，市場(chǎng)反映良好。

5結(jié)論

響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，對(duì)洗掃車箱體底板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從底板的結(jié)構(gòu)可靠性、加工工藝性、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面，對(duì)優(yōu)化前后的洗掃車箱體底板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析，分析結(jié)果表明，優(yōu)化后的瓦楞型底板結(jié)構(gòu)在滿足使用要求的前提下，質(zhì)量較小幅度達(dá)23.2%，且具有更好的零件加工工藝性和焊接加工工藝性，可大大降低整車生產(chǎn)成本。