動力系統(tǒng)橫向布置的雙層城市客車全承載底架設(shè)計

徐金泉

(金龍聯(lián)合汽車工業(yè)(蘇州)有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

隨著城市的不斷發(fā)展，一些具有特殊功能的雙層城市客車應(yīng)運(yùn)而生。如移動式圖書館、觀光旅游客車等。為了爭奪雙層城市客車的市場，我公司秉承“提升產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計”的開發(fā)理念，開發(fā)了KLQ6119GSE6型動力系統(tǒng)橫向布置的雙層城市客車，它具有可靠性高、室內(nèi)空間大等特點(diǎn)。

1 主要技術(shù)參數(shù)及動力系統(tǒng)總體布置

KLQ6119GSE6是一款動力系統(tǒng)橫向布置的低入口空氣彈簧雙層城市客車，采用 ISL9 330 發(fā)動機(jī)、 VOITH D864.6自動變速器和ZF前、后橋。其主要技術(shù)參數(shù)如下：前懸2 500 mm，軸距5 900 mm，后懸 2 950 mm，接近角7°，離去角7°，整車整備質(zhì)量 13 600 kg，允許最大總質(zhì)量18 000 kg。

其動力系統(tǒng)布置如圖1所示，與傳統(tǒng)動力縱向布置相比，橫向布置不僅能夠縮短車身長度，減小后懸尺寸，提高整車性能，而且能夠增加低地板面積，從而可以增加座椅，提升客運(yùn)能力。

圖1 KLQ6119GSE6動力系統(tǒng)布置圖

城市客車雖然主要用于路況較好的城市道路，但考慮到此車型是雙層客車，行駛工況復(fù)雜多變且承受載荷較大，因此整個底架結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)鋼材質(zhì)，且采用截面封閉式的全承載結(jié)構(gòu)[1]。圖2為全承載結(jié)構(gòu)底架橫截面示意圖。從圖中可以看出，底架橫截面梁與車身側(cè)圍通過焊接直接相連，底架與車身骨架共同承受載荷，從力學(xué)角度看，此結(jié)構(gòu)形成了封閉的“應(yīng)力流”，有利于提高整車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度[2-4]。

圖2 全承載結(jié)構(gòu)底架橫截面右半側(cè)示意圖(左右對稱)

2 底架結(jié)構(gòu)設(shè)計

底架設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循模塊化原則[5-6]，這樣有利于提高設(shè)計準(zhǔn)確率，同時也能夠加快開發(fā)速度。本文底架結(jié)構(gòu)包括5大模塊：前段模塊、前懸模塊、中段模塊、后懸模塊、動力模塊，如圖1所示。

2.1 底架前段模塊

如圖3所示的底架前段模塊是由橫梁總成、轉(zhuǎn)向管柱安裝支架、踏步安裝支架、駕駛區(qū)等組成。其中橫梁總成既能支撐轉(zhuǎn)向管柱安裝支架及踏步安裝支架，又可以起到防撞作用。

圖3 底架前段模塊結(jié)構(gòu)圖

起防撞作用的橫梁總成是由相同的方鋼焊接而成。橫梁兩端與車身連接成全承載結(jié)構(gòu)，能夠提高強(qiáng)度和剛度[7]。后續(xù)若干模塊的橫梁總成均與車身直接相連，后面不再贅述。轉(zhuǎn)向管柱固定安裝支架和踏步安裝支架都是由薄板折彎而成，底架前段模塊后大半部分是駕駛員區(qū)域，也是由方鋼焊接組成。

2.2 底架前懸模塊

該低入口城市客車采用空氣彈簧懸架[8]。如圖4所示，底架前懸模塊由前橫梁、后橫梁總成、過道區(qū)域以及左右對稱的拱形橫梁總成組成。前、后橫梁總成由方鋼組成，且方鋼兩端與車身直接相連。前、后橫梁總成之間是左右對稱的拱形橫梁總成，采用拱形橫梁是由于此處安裝前橋，前輪會上下、前后跳動。拱形橫梁之間存在若干個C型彎板，這樣設(shè)計的目的其一是提高結(jié)構(gòu)剛度；其二是C型彎板下方連接空氣懸架氣囊。拱形梁中間段是通道區(qū)[9]，是乘客上下通道及站立區(qū)域。

圖4 底架前懸模塊結(jié)構(gòu)圖

底架前懸模塊下方有懸架穩(wěn)定桿支座，裝配空氣彈簧懸架橫向穩(wěn)定桿時，穩(wěn)定桿穿過穩(wěn)定桿支座半圓孔，并通過懸架管夾用螺栓孔固定。

2.3 底架中段模塊

底架中段主要承受乘客自身載荷以及布置燃油箱、儲氣筒等其他底盤部件的載荷，因此底架中段結(jié)構(gòu)需要綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和部件布置。如圖5所示，底架中段模塊由橫向貫通梁、縱梁及斜撐組成。

圖5 底架中段結(jié)構(gòu)圖

底架橫截面方向的橫梁總成采用整體連續(xù)梁，即貫通橫梁，這是因?yàn)闄M向貫通的整體扭轉(zhuǎn)剛度優(yōu)于縱向貫通。此外，第一橫向貫通采用局部貫通梁，是由于左側(cè)需預(yù)留空間布置燃油箱。底架中段后半部分采用臺階式結(jié)構(gòu)，是由于需要在兩側(cè)布置制動用的儲氣筒，通過抬高底架高度增大儲氣筒布置空間。為了優(yōu)化中段結(jié)構(gòu)，在左右縱梁中間采用首尾交叉相連的斜撐結(jié)構(gòu)。此種連接方式符合“應(yīng)力流”走向[10-11]。

2.4 底架后懸模塊

如圖6所示，底架后懸模塊與前懸模塊相似，也是由前后橫梁總成、縱梁以及拱形梁總成組成。前橫梁方鋼由雙排的60 mm × 120 mm大矩形管組成，這是由于此橫梁上需要焊接空氣彈簧懸架推力桿支座，車輛運(yùn)行過程中，推力桿支座根部承受拉壓疲勞載荷，因此此處結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)，同時需要用彎型板通過塞焊縫焊接。橫梁總成后方是左右對稱的拱形梁，和底架前懸模塊一樣，拱形梁結(jié)構(gòu)是為了避免后輪跳動時與底架干涉，且此處的拱形梁之間采取槽型支架加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。底架后懸模塊的縱梁也是采用60 mm × 120 mm的大矩形方鋼?？偟膩碚f，底架后懸模塊整體結(jié)構(gòu)要強(qiáng)，以滿足實(shí)際要求。

圖6 底架后懸結(jié)構(gòu)圖

2.5 底架動力模塊

由于動力系統(tǒng)采用橫向布置，因此用于安裝動力系統(tǒng)的底架動力模塊與其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同。如圖7所示，該模塊也是由各種方鋼焊接而成的桁架式鋼結(jié)構(gòu)，焊接方式采用斷續(xù)焊方式。此種桁架式鋼結(jié)構(gòu)是由縱向布置的縱梁、橫向布置的橫梁、上下垂直方向的方鋼交叉焊接而成，同時考慮到局部地區(qū)需要加強(qiáng)，需要在合適位置增加傾斜放置的斜撐方鋼。從圖7中還可以看出，底架動力模塊后端還焊接了防撞梁和拖鉤。當(dāng)車后部發(fā)生意外碰撞時，防撞梁能保護(hù)動力系統(tǒng)避免損壞。

該模塊結(jié)構(gòu)還設(shè)有安裝、固定動力系統(tǒng)的5個懸置點(diǎn)結(jié)構(gòu)，懸置點(diǎn)1、2與懸置點(diǎn)3、4安裝孔分別對稱布置，頂部還有一懸置點(diǎn)5。增加懸置點(diǎn)5是為了確保發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)更加安全可靠地進(jìn)行工作。每一處的懸置結(jié)構(gòu)由一塊折彎的連接板構(gòu)成，折彎邊可以起加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用，另外連接板上有4個圓孔，正好可以通過螺栓和發(fā)動機(jī)連接。

3 結(jié)束語

本文主要介紹了KLQ6119GSE6全承載底架的主體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計思想，并考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和相關(guān)法規(guī)及安全要求。經(jīng)過可靠性試驗(yàn)認(rèn)證，達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)需求。

圖7 底架動力結(jié)構(gòu)圖

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