淺析無骨架全鋁合金車廂

歐陽成 趙姍姍 曹斌

摘 要：隨著輕量化全鋁車廂的出現(xiàn)，一種無骨架全鋁合金板式結(jié)構(gòu)車廂可以替代傳統(tǒng)骨架結(jié)構(gòu)。本文從無骨架全鋁車廂的適用性，立足于不采用焊接的角度出發(fā)，通過對(duì)鋁板選擇及工藝細(xì)節(jié)等方面對(duì)其進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：全鋁合金車廂；無骨架；板式結(jié)構(gòu)

1 概述

隨著對(duì)車輛輕量化研究的發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段降低車身重量是節(jié)約資源和降低油耗的一個(gè)基本方法。全鋁合金的車廂的研究已取得了諸多成功案例，如奧迪A8型轎車通過真空壓鑄成型的承載鋁件做車身骨架，并通過鉚接覆以鋁合金板外蓋件來實(shí)現(xiàn)輕量化的相關(guān)輕度要求等。本文介紹一種無骨架全鋁合金板式結(jié)構(gòu)車廂以替代傳統(tǒng)骨架結(jié)構(gòu)，該車廂各板塊之間的連接部分不僅設(shè)置有膠粘連接，還設(shè)置有螺栓連接，且不采用焊接工藝。

2 無骨架車廂的研究

2.1 無骨架的適用性

現(xiàn)有傳統(tǒng)的全鋁車廂多采用型材式骨架焊接而成的車廂，由于鋁板的焊接后對(duì)其強(qiáng)度削弱極大，車廂自身振動(dòng)和行駛的顛簸會(huì)造成焊接處產(chǎn)生裂紋，故而通常采用粘接或鉚接連接的方式制作全鋁車廂。

從輕量化的角度，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)偏向于存放工器具的全鋁車廂，由于其本身將需要對(duì)各個(gè)空間進(jìn)行相應(yīng)的隔離，此時(shí)采用隔離處的隔板替代骨架將起到很好的減重作用。

2.2 鋁板選擇

該無骨架車廂整體均采用鋁合金板進(jìn)行折彎并裝配完成。由于普通鋁板的局部延展性不太好，容易形成裂紋。故而采用延伸率超過30%的鋁板材質(zhì)為L(zhǎng)F2（美標(biāo)），即為AL-Mg系防銹鋁合金，強(qiáng)度、塑性及耐腐蝕性高，特別是具有較高的疲勞強(qiáng)度。所用板材的規(guī)格為2440×1250×4mm。該鋁材質(zhì)的市場(chǎng)價(jià)格約為3萬元/噸。

2.3 車廂整體結(jié)構(gòu)

車廂整體均由各折彎板零件裝配而成，大體分為：走臺(tái)板、4片立板（包括前、后端面及中間立板）、中間隔艙板、下圍箱、頂棚（花紋鋁板）及箱內(nèi)工具隔板等（見圖1和圖2）。

2.4 裝配順序介紹

分裝四片立板→鋪設(shè)走臺(tái)板→固定立板→中間隔艙板加固→鋪設(shè)頂棚→固定下圍倉(cāng)→固定箱內(nèi)工具隔倉(cāng)板

（1）4片立板均由左、中、右共3張折彎板通過螺栓固定（連接形式見圖3），每片立板事先單獨(dú)分裝完成。

（2）將走臺(tái)板鋪設(shè)于副車架上平面處，通過膠粘及螺釘連接于底架。因鋁板規(guī)格限制，走臺(tái)板左右分布，且接縫處隱藏于中間隔倉(cāng)板底部。

（3）以前端立板為基準(zhǔn)，從前向后的順序固定其余立板。為提高各立板的強(qiáng)度，在固定各立板的同時(shí)，通過裝配中間隔倉(cāng)板加固。每立一片需拉對(duì)角尺寸，并通過敲擊調(diào)整每片的垂直度（見圖4示意）。

（4）頂部采用8#花紋鋁板粘接，車廂內(nèi)頂側(cè)粘有“幾”字型加強(qiáng)筋加固。

（5）走臺(tái)板現(xiàn)場(chǎng)配鉆安裝孔，固定安裝下圍箱，下圍箱均由折彎板裝配組成。

（6）各倉(cāng)內(nèi)部的工具隔板現(xiàn)場(chǎng)鉆孔固定。

2.5 折彎件結(jié)構(gòu)形式

為提高強(qiáng)度，各折彎件四邊均進(jìn)行一道或兩道折彎（見圖5、圖6）。為便于打孔及固定螺釘，折彎邊翻邊尺寸應(yīng)大于40mm。要求具有較高強(qiáng)度或固定工具隔板時(shí)，采用兩道折彎，如4片立板及下圍倉(cāng)等。

圖5 一道折彎 圖6 二道折彎

2.6 裝配連接工藝

（1）折彎板之間通過不銹鋼平頭螺釘及螺栓連接（圖7），平頭螺釘用于艙內(nèi)表面（如固定下圍箱），螺栓用于固定工具隔板、各立板等受力較高的情況（間隔距離150mm）。

圖7 圖8

（2）整體車廂均由折彎板零件裝配而成，各零件均采用數(shù)控等離子下料（其中4片立板、中間隔倉(cāng)板、下圍倉(cāng)各板的安裝孔由等離子直接下料而成），固定下圍箱及工具隔板的安裝孔現(xiàn)場(chǎng)配鉆。（為保證安裝的可靠性，每一個(gè)零件的折彎尺寸必須嚴(yán)格控制）。為增加立板固定后的強(qiáng)度，安裝孔自上而下相互交錯(cuò)，由傳統(tǒng)的線連接螺釘改為面連接。（圖8）

（3）該車廂共3大塊隔艙，在固定螺釘時(shí)，為使3塊中間隔艙板受力平衡，相鄰兩板間的折彎及固定方向相反，以便交叉受力。

2.7 膠粘工藝

頂部均不采用打孔螺釘固定，包括四片立板、隔倉(cāng)板、加強(qiáng)筋等均采用膠粘形式與頂棚連接。

3 小結(jié)

相較于車廂焊接形式，車廂采用分片式獨(dú)立隔板形式進(jìn)行整體裝配，避免了焊接變形強(qiáng)度降低等缺陷。通過分裝、總裝實(shí)現(xiàn)車廂的制作。此車廂采用宜鉚接為主，粘接為輔的方式實(shí)現(xiàn)，通過經(jīng)驗(yàn)表明鉚接的強(qiáng)度要比點(diǎn)焊高約30%，極大提高了車廂分割點(diǎn)處的強(qiáng)度，該種隔板式輕量化全鋁車廂將得到進(jìn)一步的推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅忠.大板車廂與骨架車廂在低噪聲電站上的應(yīng)用研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2006，26（5）：67-69.

[2]呂玉恒，王庭佛編著.噪聲與振動(dòng)控制設(shè)備及材料選用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

（作者單位：徐州海倫哲專用車輛股份有限公司）