客車車身骨架構(gòu)造與優(yōu)化分析

劉合峰 肖以順 馮正明

摘 要：在當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，人們對交通工具的需求也在逐漸提高，傳統(tǒng)的客車以其快速平穩(wěn)的優(yōu)勢越來越受到人們的歡迎，且這一交通工具本身的靈活性較強(qiáng)，能夠適應(yīng)各種路況。但在客車承載著大量運(yùn)輸工作的同時(shí)，人們對客車的安全性能重視程度也在逐漸提高。由于客車的骨架結(jié)構(gòu)影響，其在整個(gè)客車的性能方面提升具有重要意義。

關(guān)鍵詞：客車;骨架結(jié)構(gòu);優(yōu)化

中圖分類號：U469.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-73-03

Abstract： In the current rapid development of China's economy， people's demand for transportation is also gradually increasing. Traditional passenger cars are more and more popular with people because of their fast and stable advantages， and the flexibility of this vehicle itself is strong. Can adapt to various road conditions. However， while the passenger car carries a large amount of transportation work， people pay more attention to the safety performance of the passenger car. Due to the influence of the skeleton structure of the passenger car， it is of great significance in the performance improvement of the entire passenger car.

Keywords： Passenger car; Skeleton structure; Optimization

前言

對于當(dāng)前的客車結(jié)構(gòu)優(yōu)化，其是大部分客車生產(chǎn)廠家最注重的問題，通過對客車骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，一方面能夠提升客車的使用性能，同時(shí)還能夠保證客車運(yùn)行更加平穩(wěn)和舒適。輕量化作為當(dāng)前客車骨架設(shè)計(jì)中的主要因素，其在降低成本和提升性能方面具有重要意義，我國的客車生產(chǎn)常見在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中往往采用的是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，這就使得客車的骨架在重量和受力方面存在著一定的不合理性，從而影響客車的使用壽命。對此，通過對客車骨架進(jìn)行分析和優(yōu)化，能夠?yàn)榭蛙嚨氖褂煤桶l(fā)展創(chuàng)造更好的條件。

1 客車骨架結(jié)構(gòu)的研究及其意義

為了提升人們在交通和物質(zhì)運(yùn)輸中的效率，提升客車使用人員的安全性和穩(wěn)定性，客車需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展，從而提升自身的使用價(jià)值?？蛙嚨能嚿砉羌苁钦麄€(gè)客車中最重要的組成結(jié)構(gòu)，在承載方面占據(jù)著重要的作用，同時(shí)由于客車使用環(huán)境的多變性，使得其骨架結(jié)構(gòu)需要經(jīng)歷多種環(huán)境變化，如何對客車骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升其運(yùn)行和使用效果，是客車創(chuàng)新工作中的重點(diǎn)。

2 客車車身骨架結(jié)構(gòu)的分析

2.1 客車車身骨架強(qiáng)度分析

伴隨著人類數(shù)量的增加，客車的載客數(shù)量也在逐漸提高，而對于特殊經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)域，客車的行駛路況也在逐漸復(fù)雜多變，加上道路質(zhì)量的不同，使得客車在使用過程中的承載能力也有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。對于客車的車身骨架強(qiáng)度，其在車市結(jié)構(gòu)分析中占據(jù)重要意義，強(qiáng)度的好壞對客車的使用效果具有直接的影響，同時(shí)也能夠影響客車車身骨架的成本，還包含了客車使用過程中乘客的安全性等，這些都是客車強(qiáng)度的重要影響因素。因此，在進(jìn)行客車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程中，骨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度是非常重要的參數(shù)。而骨架強(qiáng)度的分析則需要對客車的使用環(huán)境等進(jìn)行全面的調(diào)查，結(jié)合當(dāng)前的道路法規(guī)以消費(fèi)者得到需求，這樣才能保證客車的使用效果?；谶@些因素的影響，使得客車的車身骨架強(qiáng)度工作屬于客車設(shè)計(jì)和使用中的重要影響因素，在對車身骨架進(jìn)行有限元模型的建立時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要對所有的部件應(yīng)力等進(jìn)行全面的校準(zhǔn)，然后在這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上制定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這是客車車身設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，同時(shí)也是降低成本的主要方向。

2.2 靈敏度分析

靈敏度的分析是一項(xiàng)能夠幫助設(shè)計(jì)人員對整個(gè)客車進(jìn)行系統(tǒng)性影響的重要屬性，通過對客車進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供進(jìn)一步的優(yōu)化性能。在車身結(jié)構(gòu)中，ui和xj是進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，通過這一參數(shù)的確認(rèn)，能夠幫助其更好的提升客車的優(yōu)化效率。而對于車身的結(jié)構(gòu)性能參數(shù)，其同車身靈敏度之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，方便進(jìn)行車身的優(yōu)化。通過計(jì)算機(jī)軟件能夠建立車身骨架靜力剛度的有限元模型，在分析的過程中通過相關(guān)參數(shù)的調(diào)整能夠獲取更加準(zhǔn)確有效的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升設(shè)計(jì)優(yōu)化的效果。而對于質(zhì)量靈敏度較大的客車車身設(shè)計(jì)，其通過扭轉(zhuǎn)剛度等較小的桿件能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑龊?。通過現(xiàn)有的客車材料，靈敏度的設(shè)計(jì)能夠最大程度上提升客車的使用性能，這對我國的客車行業(yè)發(fā)展具有重要意義。[1]

2.3 車身骨架結(jié)構(gòu)振動分析

由于客車行駛過程中遇到的各種環(huán)境不同，像坑洼或者急轉(zhuǎn)彎等情況，這些都會使客車產(chǎn)生一定程度的振動效果。而振動中的共振能夠?qū)舱袷挛镌斐勺畲蟪潭鹊膿p傷，像客車振動頻率和乘客一致時(shí)，其會對乘客造成一定的身體不適，從而影響乘客的體驗(yàn)。[2]另外，若客車在使用過程中振動幅度過大，其也會造成乘客和貨物無法有效固定，這會使得乘客或者貨物的安全受到較大的影響。因此，在進(jìn)行車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對骨架結(jié)構(gòu)的振動進(jìn)行充分的考慮，充分結(jié)合懸架和衡量等影響，同時(shí)還需保證車身骨架結(jié)構(gòu)的振動更加符合人性化設(shè)計(jì)，避免片面的追求成本，而放棄客車的舒適性，這樣才能夠不斷促進(jìn)客車的車身優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，振動設(shè)計(jì)時(shí)還需要將發(fā)動機(jī)以及其他零件的工況考慮其中，模擬不同振動情況下的客車使用效果，選擇最佳的振動效果。通過對這些設(shè)備和參數(shù)進(jìn)行收集整理，能夠建立最佳的骨架振動模型，然后結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對所有重要部件的振動頻率進(jìn)行調(diào)整，以便達(dá)到最佳的振動效果。

3 客車骨架結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

3.1 特殊截面優(yōu)化

通過有限元的分析計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，對于客車車身進(jìn)行骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一些零件的剛度往往會被忽略掉，這使得客車的設(shè)計(jì)在完成了強(qiáng)度和振動等校準(zhǔn)工作之后，其在某些零件方面仍然存在著較大的截面設(shè)計(jì)缺陷，造成一些優(yōu)勢能力只能面臨著取舍。對于這些參數(shù)的取舍，往往會因?yàn)橐恍┨幚聿划?dāng)而造成整個(gè)客車的使用受到較大的影響，像玻璃壓壞和車門開關(guān)困難等，這些問題對客車的使用性能具有較大的影響。而在對車身骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析之后，還需要結(jié)合對應(yīng)的剛度設(shè)計(jì)以及校準(zhǔn)工作，這樣才能夠保證客車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)。對于客車使用過程中容易出現(xiàn)變形的零件，在對其進(jìn)行校準(zhǔn)的同時(shí)還需要對另加的強(qiáng)度和振動等因素進(jìn)行調(diào)整，并對截面進(jìn)行合適的調(diào)整，最大程度上提升其強(qiáng)度和使用質(zhì)量，滿足客車的標(biāo)準(zhǔn)。像對于L型截面，可以根據(jù)需求將其設(shè)計(jì)成工字型截面，并根據(jù)零件的需求對其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這樣才能夠更好的滿足需求。最后，在所有的保障工作完成后，可以在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，保證客車使用的所有零件之間的匹配性。[3]

3.2 車身側(cè)圍結(jié)構(gòu)優(yōu)化

隨著人們對環(huán)境保護(hù)的重視程度提高，各行各業(yè)也在逐漸進(jìn)入到環(huán)境保護(hù)中，節(jié)能是環(huán)保的重要對策，其能夠最大程度減少正常生產(chǎn)生活中的能源消耗，從而維護(hù)當(dāng)前重要的生態(tài)環(huán)境。對于客車的設(shè)計(jì)工作，輕量化的車技理念是一種重要的措施。對于客車的車身，其大部分采用的是鋼材，這種材料本身具有彈性形變，在使用過程中能夠更好的應(yīng)對各種外力影響。對于客車的使用，最好的車況是在平直公路上勻速行駛，這是需要對其彎曲工況進(jìn)行充分的考量，這是由于在彎曲工況下會造成車身骨架產(chǎn)生一定的彎曲變形，影響其正常功能。通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析可以得知，對于車身的頂蓋骨架橫梁數(shù)目，其可以不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是在材質(zhì)和質(zhì)量發(fā)生改變之后。[4]而對于車頂，其結(jié)構(gòu)大部分是采用矩形，而三角形的設(shè)計(jì)是最佳標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提升車身的輕量化設(shè)計(jì)效果，但實(shí)際如何需要結(jié)合后續(xù)的實(shí)踐進(jìn)行具體的確認(rèn)。對于客車的車身側(cè)圍優(yōu)化設(shè)計(jì)，其能夠?qū)φ麄€(gè)車輛的行駛性能進(jìn)行提升，同時(shí)降低車輛的成本，這是當(dāng)前客車車身設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。

4 總結(jié)

綜合上述所說，對于客車的骨架結(jié)構(gòu)，其在整個(gè)客車設(shè)計(jì)中占據(jù)著非常重要的地位，是保證客車行駛安全和舒適等的重要影響因素。因此，需要加強(qiáng)對客車的骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，包括強(qiáng)度、剛度和振動頻率等，通過這些方面內(nèi)容的綜合提升客車骨架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王文甲，吳長風(fēng)，張勇，沈劍云，盧琳兆，沈斯哲.客車骨架局部結(jié)構(gòu)的多工況拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2018，40（01）：26-29.

[2] 左文杰，馬洪剛，桂春陽，李行.動靜剛度約束下客車骨架的輕量化設(shè)計(jì)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，45（08）：7-12.

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