客車車身骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

邵海良+金宏宇

【摘 要】隨著國(guó)民素質(zhì)不斷提升，人們對(duì)出行安全提出了很多新的要求，對(duì)客車綜合設(shè)計(jì)也越來(lái)越為關(guān)注。對(duì)客車車身骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提升客車的綜合性能，加強(qiáng)客車的安全性?？蛙囋O(shè)計(jì)中還需要融入更新先進(jìn)技術(shù)，這樣客車設(shè)計(jì)在隨時(shí)代發(fā)展不斷進(jìn)步，并且滿足現(xiàn)代人出行理念的要求。本文就是對(duì)客車車身骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，希望對(duì)相關(guān)人員有所啟示，促進(jìn)客車設(shè)計(jì)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】客車車身；骨架結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；先進(jìn)技術(shù)；應(yīng)用

引言

現(xiàn)階段，人們對(duì)客車運(yùn)行安全性能越來(lái)越為重視，能源應(yīng)用問題越來(lái)越為緊張，迫使客車設(shè)計(jì)過程中不僅需要注重提升安全性，同時(shí)還需要更多的引入先進(jìn)技術(shù)，使得客車運(yùn)行可以應(yīng)用新能源，降低尾氣排放總量。對(duì)客車車身骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改良已經(jīng)成為目前客車生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)也在不斷加強(qiáng)研究力度。對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行深入分析是具有現(xiàn)實(shí)意義的，下面就對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述。

一、車身結(jié)構(gòu)力學(xué)控制理論分析

客車車身結(jié)構(gòu)可以細(xì)致的劃分為集中類型，分別為半承載式、全承載式和非承載式。全承載式是客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流，也是其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。從力學(xué)層面進(jìn)行分析，因?yàn)闂U件抗軸向形變的能力較為良好，但是抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的能力非常弱，想要使得客車車身具備良好的剛度性能，在半承載式與非承載式客車車身骨架結(jié)構(gòu)中需要加大眾多桿件的橫截面。對(duì)全承載式車身骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過設(shè)計(jì)人員科學(xué)合理配置，客車在道路行駛過程中所產(chǎn)生的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力會(huì)由桿件進(jìn)行傳遞。所以這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)人員出了需要考慮到車身剛度，同時(shí)還需要對(duì)眾多桿件的剛度進(jìn)行審核，也就是應(yīng)用“強(qiáng)度理論”進(jìn)行有效控制。

在力學(xué)當(dāng)中，三角形是最具有穩(wěn)定性。車身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量使用三角形的結(jié)構(gòu)，側(cè)圍截取部分結(jié)構(gòu)，如不添加斜撐的話，兩者之間的承載能力差距十分大，僅僅只有1/8 ～ 1/6。如果使用增加截面尺寸的方法使二者的承載能力達(dá)到相同水準(zhǔn)，質(zhì)量甚至?xí)_(dá)到三角結(jié)構(gòu)質(zhì)量的2～3倍。故而在滿足強(qiáng)度等的要求下，使用三角結(jié)構(gòu)可以大大達(dá)到輕量化。

二、 客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

（一）全身結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃原則

客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與轎車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一樣，設(shè)計(jì)人員都需要認(rèn)真對(duì)待，設(shè)計(jì)成效與車輛綜合性能有著較深影響，會(huì)影響車輛運(yùn)行的安全性、舒適性以及車輛制造的經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)階段，客車生產(chǎn)企業(yè)通常都是將客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分配給相關(guān)部件的工程師手上，客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性不能得到保證。想要對(duì)客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和改良，進(jìn)一步提升客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，需要加強(qiáng)客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性，對(duì)客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行集中、統(tǒng)一管理，這樣才能保證客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以達(dá)到預(yù)期規(guī)劃效果，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足力學(xué)要求?？偠灾?，設(shè)計(jì)人員要應(yīng)用優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方式取替加大結(jié)構(gòu)規(guī)格的方式，提升材料應(yīng)用效率，降低客車車身重量。

（二）閉環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)用分析

為了使得客車車身整體剛度性能提升，特別是客艙結(jié)構(gòu)的剛度，增強(qiáng)客車運(yùn)行的安全性?？蛙嚁嗝嫘枰O(shè)計(jì)成多個(gè)封閉性的剛性環(huán)形承載結(jié)構(gòu)。剛性環(huán)形承載結(jié)構(gòu)主要有兩種類型。第一種就是結(jié)構(gòu)會(huì)形成一個(gè)整體。第二種就是客車側(cè)窗玻璃與行李艙功能受限制時(shí)會(huì)性能一個(gè)變通式的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員對(duì)閉環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需要依據(jù)實(shí)際情況，但更多情況下需要選用第一種，因?yàn)榭梢员ＷC客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性，避免客車使用功能受到限制，為人們提供較為的便利。

（三）側(cè)圍腰梁的選取

側(cè)圍是客車車身骨架的主要承載結(jié)構(gòu)之一，提高側(cè)圍的承載能力是優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)的一個(gè)途徑。經(jīng)研究表明，適當(dāng)?shù)脑黾友褐g的間距可以在一定程度上增加廁位的承載能力。使用ANSYS分析，腰梁之間的距離從800mm增至1000mm時(shí)，側(cè)圍的承載能力提高了25%左右。在保證客車結(jié)構(gòu)功能的基本要求下，通過降低腰梁之間的距離，可以提高承載能力并減低質(zhì)量。

（四）車身四個(gè)角點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車身的剛度是客車安全性的主要標(biāo)志，若是組焊的話，可能存在強(qiáng)度剛度不夠的情況，因此上半部分可以使用一根型材構(gòu)成，而下半部分則可以使用斜角加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以避免在發(fā)生翻車時(shí)，由于焊接強(qiáng)度的緣故使焊接部分?jǐn)嗔?，車頂飛出，乘客受傷，提高了客車的安全性。

（五）車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車頂骨架主要作用是承受行駛中產(chǎn)生的部分彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，與其他結(jié)構(gòu)相連接使車身構(gòu)成一個(gè)封閉整體作用。適當(dāng)?shù)脑黾踊⌒螚U件的尺寸，本次設(shè)計(jì)中將弧形桿的尺寸從50×40×3.0mm 增加到 60×50×3.0mm，提高了弧形桿件的抗彎、扭能力和其剛度強(qiáng)度，在此舉的基礎(chǔ)上可以略去多余的弧形桿件，這樣既保證了車頂?shù)膭偠葟?qiáng)度，同時(shí)減少了材料，實(shí)現(xiàn)了輕量化。

三、先進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分析

（一）拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)應(yīng)用分析

對(duì)傳統(tǒng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中更多是采用沿襲的設(shè)計(jì)方式，沒有注重自身創(chuàng)新理念發(fā)揮，更多的基于方便進(jìn)行客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得過于笨重。先進(jìn)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)以往傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，在客車車身結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段便可以對(duì)該問題進(jìn)行解決，同時(shí)還會(huì)加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)工作的把握程度。在客車概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)日呢元可以應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)。該技術(shù)可以為設(shè)計(jì)人員提供最佳的傳力結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對(duì)眾多參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終得到非常優(yōu)越的客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

（二）有限元優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用分析

有限元優(yōu)化技術(shù)在客車車身骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛，該技術(shù)應(yīng)用可以保證車身骨架具備良好的強(qiáng)度性能，避免車身骨架結(jié)構(gòu)過度疲勞受到損壞。車身骨架結(jié)構(gòu)具備良好的剛度，可以為客車裝配提供便利，并且增強(qiáng)客車的舒適性。有限元計(jì)算屬于力學(xué)分析手段，在設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)人員便可以掌握眾多部位的實(shí)際應(yīng)力情況。根據(jù)實(shí)際情況有針對(duì)性的對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改良，從而提升客車的綜合性能。

四、結(jié)語(yǔ)

客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的，與客車綜合性能有著非常緊密聯(lián)系。設(shè)計(jì)人員在客車車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要嚴(yán)格遵循相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和專業(yè)性。要注重創(chuàng)新思維發(fā)揮，不斷引入先進(jìn)技術(shù)，使得客車設(shè)計(jì)領(lǐng)域可以不斷發(fā)展，上升到一個(gè)新的高度。滿足人們出行的多元化需求，對(duì)乘客生命財(cái)產(chǎn)安全給予最大限度的保障。

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