電池防撞梁的結構分析及優(yōu)化設計

文/劉 超（安徽安凱汽車股份有限公司）

隨著電動公交客車的普及，保護電動公交車搭載的動力電池的電池防撞梁應運而生。

由于安裝動力電池時需要先將防撞梁拆下，安裝完成后再將防撞梁裝上，所以電池防撞梁必須滿足活動、可拆卸的要求。為優(yōu)化電動客車電池防撞梁的設計，本文對現(xiàn)有的客車電池防撞梁進行結構分析并優(yōu)化，設計出合適的電池防撞梁結構。

一、現(xiàn)有客車電池防撞梁結構

現(xiàn)有常用的防撞梁結構外形和“工”字很類似，稱之為工字型防撞梁，圖1 為防撞梁安裝完成以后的示意圖。

圖1 現(xiàn)有防撞梁安裝示意圖

安裝時先將底部的下預埋支架（31 號件）和底架橫梁（32 號件）提前焊接在車身上，車輛進入裝配工位后先將動力電池固定安裝好，待線束裝配完成以后將活動梁總成（20號件）通過螺栓固定在下預埋支架和底架橫梁上（參見圖1、圖2）。

圖2 現(xiàn)有工字型防撞梁結構示意圖

活動梁總成（20 號件）由2 個上安裝支架（21 號件）、2個立柱（22 號件）、2 個筋板一（23 號件）、4 個筋板二（24 號件）、1 個橫梁（25 號件）、2 個下安裝支架板（26 號件）組成（具體見圖3）。立柱為40mm×30mm×2mm 規(guī)格的Q345矩形管，筋板一和筋板二為4mm厚20 號鋼板剪切件，作用是加強立柱和下安裝支架板；連接橫梁為規(guī)格40mm×30mm×3mm 的Q345 矩形管。上安裝支架為20 號鋼板（4mm 厚）折彎件，上開有腰型孔；下安裝支架板為20 號鋼板（4mm 厚）切割件；下預埋支架為20 號鋼板（4mm 厚）折彎件，上開有腰型孔；底架橫梁為規(guī)格30mm×30mm×2mm的Q345 矩形管，在兩側開有圓孔。

圖3 活動梁總成（20 號件）結構示意圖

二、現(xiàn)有客車電池防撞梁存在的問題

現(xiàn)有的客車電池防撞梁中活動梁通過8 個螺栓固定到車身上，螺栓緊固對裝配位置的裝配面平面度公差有要求，對安裝孔同心度也有要求。8 個螺栓在裝配的過程中存在螺栓定位相互限制的情況，且車身底架上預埋的4 個支架和活動梁支架都由焊接完成，焊接過程本身就存在焊接應力變形，加上技術狀態(tài)經(jīng)常變化，無法配備工裝焊接，所以防撞梁在裝配的過程中由于焊接誤差過大經(jīng)常出現(xiàn)最后1～2 個螺栓安裝困難的情況。

鑒于以上原因，需要對現(xiàn)有的客車防撞梁進行再優(yōu)化設計。優(yōu)化主要分三個方向：一是保證防撞梁結構強度的情況下減少緊固螺栓數(shù)量；二是減少焊接件數(shù)量，降低焊接變形；三是調整局部緊固螺栓裝配自由度方向，減少緊固螺栓自由度的相互限制，保證活動梁順利快速裝配。

三、優(yōu)化后的客車電池防撞梁結構

優(yōu)化后的工字型防撞梁上部的安裝方式進行了改進，安裝時先將底部的上預埋支架（61 號件）和下預埋支架（31號件）提前焊接在車身上，車輛進入裝配工位后先將動力電池固定安裝好，待線束裝配完成以后將活動梁總成（50 號件）通過螺栓固定在上預埋支架和下預埋支架上（見圖4）。

圖4 優(yōu)化后的工字型防撞梁結構示意圖

活動梁總成（50 號件）由2 個安裝立柱（51 號件）、2 個下安裝支架板（52 號件）、1 個橫梁（25 號件）組成（具體見圖5）。安裝立柱（51 號件）為規(guī)格40mm×30mm×2mm的Q345矩形管，上部開有安裝通孔，下部割有小缺口便于和下安裝支架板緊密貼合；下安裝支架板（52 號件）為20 號鋼板（4mm 厚）折彎件，開有安裝孔；上預埋支架（61 號件）為20號鋼板（4mm厚）折彎件，開有安裝腰孔。

圖5 活動梁總成（50 號件）結構示意圖

四、結語

優(yōu)化后的工字型防撞梁將防撞梁上部的安裝方式由雙螺栓固定優(yōu)化為單螺栓固定，減少安裝螺栓自由度限制的同時進一步降低了生產(chǎn)成本；同時改變了上部螺栓的限定的自由度，使防撞梁上、下安裝螺栓限定的自由度最大限度不重復，提升了車間現(xiàn)場防撞梁的裝配效率；將活動梁總成下部的安裝支架由平板更改為折彎件，取消了焊接的加強筋板，減少了物料和焊接量，從而降低了生產(chǎn)成本。