重型商用車EPP 材料臥鋪設(shè)計(jì)

夏 攀

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著科技的發(fā)展，新材料及新成型技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)汽車提出了質(zhì)量輕巧、安全、環(huán)保、美觀等一系列高標(biāo)準(zhǔn)要求，低成本、輕量化已成為汽車工業(yè)設(shè)計(jì)的主流導(dǎo)向[1]，整車的輕量化可降低汽車的運(yùn)輸成本，要求汽車以最少的燃油消耗，完成盡量多的運(yùn)輸量[2]。

現(xiàn)有的商用車臥鋪多為鈑金材料或塑料件擋板加金屬件支撐，這些材料使得臥鋪重量重，同時(shí)，在裝配過(guò)程中需耗費(fèi)大量的人力。而EPP 作為質(zhì)輕又能承重的材料，在臥鋪的使用中凸顯其優(yōu)勢(shì)，EPP 是發(fā)泡聚丙烯的縮寫(xiě)（Expanded polypropylene），是一種新型的泡沫塑料的簡(jiǎn)稱，EPP 以其獨(dú)特而優(yōu)越的性能成為目前增長(zhǎng)最快的環(huán)保新型材料。

1 EPP 材料的性能

EPP 制品具有十分優(yōu)異的抗震吸能性能、形變后回復(fù)率高、很好的耐熱性、耐化學(xué)品性、耐油性、不吸水、絕緣、耐熱和隔熱性，最為關(guān)鍵的是其質(zhì)量輕，可大幅度減輕物品的重量。同時(shí)，EPP 也是一種綠色環(huán)保材料，可回收再利用，不會(huì)造成白色污染，是真正的環(huán)境友好型泡沫塑料，用 EPP 珠粒在成型機(jī)的模具中可模塑成各種不同形狀的 EPP 制品。

2 EPP 目前產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域

包裝行業(yè)：如計(jì)算機(jī)、液晶玻璃、陶瓷、工藝品、各種家用電器等，以免在運(yùn)輸過(guò)程中遭受損傷及破壞。

汽車行業(yè)：如汽車保險(xiǎn)杠、汽車側(cè)面防震芯、汽車車門防震芯、高級(jí)安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽(yáng)板、儀表盤等。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映：目前每輛汽車平均用塑料100～130Kg，其中應(yīng)用 EPP 塑料約 4～6Kg。（圖1為EPP 在汽車上的應(yīng)用）

圖1 EPP 在汽車上的應(yīng)用

物流運(yùn)輸行業(yè)：如 EPP 保護(hù)隔材、EPP 棧板、EPP 周轉(zhuǎn)箱等。

玩具模型及體育用品：如飛機(jī)模型、沖浪板、運(yùn)動(dòng)墊等。

3 EPP 材料臥鋪的設(shè)計(jì)

3.1 材料技術(shù)參數(shù)的選擇

EPP 材料的品種繁多，要快速準(zhǔn)確選擇合適的材料品種，可以通過(guò)對(duì)標(biāo)的方式進(jìn)行縮小范圍的選擇，EPP 為發(fā)泡材料，首選的參數(shù)是其密度，通過(guò)對(duì)標(biāo)，我們可選定90 密度的EPP材料。

3.2 臥鋪設(shè)計(jì)

3.2.1 料厚選擇

在現(xiàn)鈑金件基礎(chǔ)上進(jìn)行 EPP 材料臥鋪設(shè)計(jì)，首先，所有的邊界范圍需保持與現(xiàn)有外邊界范圍一致，為確保臥鋪強(qiáng)度，EPP 的料厚選擇至關(guān)重要，通過(guò)產(chǎn)品對(duì)標(biāo)，將臥鋪基本料厚設(shè)定為 30mm，局部加強(qiáng)為 35-40mm。

3.2.2 蓋板開(kāi)啟型式的設(shè)計(jì)

臥鋪蓋板的打開(kāi)型式：鉸鏈?zhǔn)剑▓D2 所示）和非鉸鏈?zhǔn)剑▓D3 所示）

鉸鏈?zhǔn)缴w板設(shè)計(jì)中需注意：鉸鏈安裝部位需增加強(qiáng)度設(shè)計(jì)，安裝鉸鏈處蓋板與箱體的間隙需滿足蓋板能順利打開(kāi)的要求（即對(duì)蓋板的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行空間校核），強(qiáng)度設(shè)計(jì)可用局部增加料厚的方式。

圖2 鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)蓋板

圖3 非鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)蓋板

非鉸鏈?zhǔn)较啾茹q鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是非鉸鏈?zhǔn)叫杼幚砗蒙w板與箱體的搭接配合，通過(guò)良好的間隙配合，確保蓋板在駕駛室行駛過(guò)程中無(wú)異響，在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中不脫落。

3.2.3 固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

因 EPP 為發(fā)泡材料，需預(yù)埋塑料嵌件（圖4 所示），以確保固定點(diǎn)強(qiáng)度及牢靠性。

圖4 固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)型式

3.2.4 其余功能件的增加

臥鋪不只是個(gè)單獨(dú)的箱體，為提高商用車的舒適性，臥鋪還集成了駕駛室很多零部件的功能，例如：逆變電源插座、獨(dú)立暖風(fēng)出風(fēng)口、臥鋪燈（開(kāi)關(guān)）等等，這會(huì)對(duì)臥鋪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的影響。因?yàn)镋PP 材料比較厚，要集成上述功能，可通過(guò)預(yù)埋鈑金件或者塑料件的方式實(shí)現(xiàn)。鈑金件成本低易體現(xiàn)，但自重大，塑料件成本高但自重輕。需綜合考慮功能件的安裝方式，有強(qiáng)度和拔插力要求建議用鈑金件，搭接配合的建議用塑料件。

3.2.5 臥鋪蓋板限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為避免臥鋪墊的跑偏，可在臥鋪蓋板與臥鋪墊之間增加粘接扣或者在蓋板進(jìn)行翻邊限位。（圖5 所示）：

圖5 臥鋪蓋板限位結(jié)構(gòu)

3.2.6 皮紋的選擇

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車身的色彩皮紋等內(nèi)容越來(lái)越受到人們的重視，現(xiàn)代汽車內(nèi)飾除了保證其基本功用外，還盡量滿足人們對(duì)它越來(lái)越高的物質(zhì)享受和精神追求[3]，而EPP材料在其產(chǎn)品外觀與普通塑料件一樣，可對(duì)表面皮紋進(jìn)行處理，用以增加臥鋪的整體美觀性能（圖6 為EPP 材料的表面皮紋）。

圖6 EPP 材料表面皮紋

4 CAE 分析及設(shè)計(jì)

下臥鋪使用頻次高，其安全性、可靠性很重要。為確保設(shè)計(jì)性能滿足要求，采用加載75KG，重力加速度2g，也就是最大的受力為150kg 對(duì)下臥鋪進(jìn)行 CAE 分析，受力點(diǎn)為蓋板中心位置（圖7 為CAE 分析結(jié)果）。

圖7 CAE 分析結(jié)果

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 臺(tái)架試驗(yàn)

CAE 分析只對(duì)臥鋪的強(qiáng)度進(jìn)行了虛擬仿真分析，為確保實(shí)物的可靠性，可通過(guò)力的加載形式對(duì)臥鋪進(jìn)行強(qiáng)度可靠性試驗(yàn)，具體測(cè)試方法如下所示：

將臥鋪固定牢靠，分別在臥鋪?zhàn)?、中、右三塊蓋板上施加垂直向下1500N 作用力（力的中心點(diǎn)在臥鋪蓋板中心，圖8 所示），加載頻次 30 次/分鐘，加載面積280mm×185mm，反復(fù)循環(huán) 30000 次，試驗(yàn)完成24 小時(shí)后，查看臥鋪蓋板、箱體是否有裂紋、變形等影響正常使用的缺陷。

圖8 試驗(yàn)驗(yàn)證

5.2 道路試驗(yàn)

將臥鋪搭載至整車，進(jìn)行 2 萬(wàn)公里道路試驗(yàn)，在其上放 75KG 沙袋，平鋪，試驗(yàn)完成后，臥鋪無(wú)任何損壞即說(shuō)明設(shè)計(jì)狀態(tài)良好。

6 結(jié)束語(yǔ)

EPP 做為一種新興的材料，在商用車臥鋪上的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)降低整車重量的目標(biāo)，同時(shí)又可滿足商用車的使用工況要求?？蓞⒖汲擞密嘐PP 材料在實(shí)車上的應(yīng)用范圍，推廣到商用車的整車應(yīng)用上，可以很大程度的節(jié)省了成本，降低車輛自重。所以EPP 材料以后會(huì)在商用車內(nèi)飾的應(yīng)用中日趨廣泛。