董靜宇 王修儒 陳兆勝

摘 要：進入21世紀以來，我國客車制造行業(yè)發(fā)展迅速，客車的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)也不斷得到優(yōu)化。在客車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，全承載式已經(jīng)逐漸成為主流趨勢。本文以全承載式客車的車身結(jié)構(gòu)為研究對象，分析了車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理和步驟，希望能夠為我國客車質(zhì)量和安全性的提升提供建議。

關(guān)鍵詞：全承載式；客車車身；車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

全承載式客車的車身是由若干小斷面的矩形鋼管焊接起來構(gòu)成的，這種車身結(jié)構(gòu)一般具有承載能力強、穩(wěn)定性高、舒適平穩(wěn)以及較為安全等優(yōu)勢，所以在我國當前的客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常都會采用這種形式。本文對全承載式客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論進行說明和分析，并強調(diào)了在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該注意的問題。

一、客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中的力學原理

在客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，一般可以根據(jù)車身的承載方式分為三種：全承載式、半承載式、和非承載式。這種承載方式的區(qū)別在于，全承載式車身是一個整體結(jié)構(gòu)，其底盤結(jié)構(gòu)中的部件都設(shè)置在車身結(jié)構(gòu)中。而半承載式和非承載式的車身結(jié)構(gòu)不是整體的，在車身結(jié)構(gòu)中有明顯的底盤大梁。車身結(jié)構(gòu)的不同就決定了客車的受力情況也是不同的，全承載式客車的車身由若干小斷面的矩形鋼管焊接而成，這種鋼管的抗彎、抗折能力比較差，但是在桿向力的承受方面比較強，因此在車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，通常是要盡量將客車行駛過程中產(chǎn)生的彎折力轉(zhuǎn)變?yōu)闂U向力，以此來提升車身結(jié)構(gòu)的承受能力。而半承載式、非承載式的車身結(jié)構(gòu)是通過車輛的底盤結(jié)構(gòu)來承受車輛在行駛過程中產(chǎn)生的彎折力，以此來調(diào)整客車在行駛過程中發(fā)生的扭曲和變形。

二、 全承載式客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.預(yù)設(shè)計階段的設(shè)計內(nèi)容

預(yù)設(shè)計階段主要指對客車的總體設(shè)計與結(jié)構(gòu)布局，通常要根據(jù)將要生產(chǎn)的客車的種類和型號要求來確定客車的長度、寬度、截面曲線、軸距等參數(shù)指標，在這些指標確定下來之后，才能夠進一步確定客車中玻璃的分配、車門的位置、行李艙的高度和分塊等問題，待各個配件位置和參數(shù)指標等確定之后，客車車身的總體設(shè)計布局也就基本完成了。在預(yù)設(shè)計階段，要重點關(guān)注車窗、車門以及行李艙等的設(shè)計，因為這些部門承受了客車結(jié)構(gòu)很大部分的重量，如果預(yù)設(shè)計工作不到位，很容易造成這些部件在客車運行的過程中超過負荷。同時，在車頂和客車底架的設(shè)計方面也要予以足夠的重視，不斷優(yōu)化設(shè)計工作，提升這些關(guān)鍵部分的性能。

在預(yù)設(shè)計階段，可以充分借助和利用計算機技術(shù)，通過對客車車身結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)計進行模擬來實現(xiàn)概念設(shè)計，然后可以引進先進的設(shè)計技術(shù)來進一步改善車身結(jié)構(gòu)中的各項參數(shù)性能。同時，也可以對預(yù)設(shè)計的情況進行前期的模擬計算，然后根據(jù)模擬展示的情況來對預(yù)設(shè)計進行進一步的調(diào)整和改進，對設(shè)計工作提供參考和指導(dǎo)。

2.細節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段

預(yù)設(shè)計階段只是對客車車身的大致結(jié)構(gòu)和總體布局進行了規(guī)劃，這中間省略了很多細節(jié)因素，在后續(xù)的設(shè)計工作中，需要逐步對車身結(jié)構(gòu)中的細節(jié)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和優(yōu)化，實現(xiàn)對設(shè)計方案的進一步細化和調(diào)整。

首先是客車車身的底架結(jié)構(gòu)設(shè)計，在全承載式的客車車身中，底架結(jié)構(gòu)是由中央的龍骨部分和外伸結(jié)構(gòu)兩部分組成。在進行底架結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，要重點關(guān)注以下幾個方面的問題：一是要注意根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)來合理調(diào)整氣囊安裝的位置以及結(jié)構(gòu)尺寸，判斷的標準是要保證整體結(jié)構(gòu)的緊湊性和簡潔性；二是要注意根據(jù)車身結(jié)構(gòu)中門窗和懸架等的位置來調(diào)整龍骨的斷面，為了保證車身結(jié)構(gòu)中的作用力能夠得到優(yōu)化的分散和轉(zhuǎn)換，要保證龍骨斷面和艙門、門立柱以及懸架的外伸梁的分布位置是一致的；三是要根據(jù)客車中所要安裝的發(fā)動機來確定車身中所選的前段龍骨寬度；四是要在乘客地板高度的選擇方面，首先要根據(jù)整個客車車身的高度來做出判斷，然后也要充分考慮到整個客車的外觀、內(nèi)部高度以及客車內(nèi)部行李艙的大小和位置等，綜合考慮這些因素然后來做出選擇，同時為了保證車身中龍骨的承載能力，也要合理控制客車內(nèi)部過道的深度和管線路的位置等，防止車身龍骨的負荷超過自身的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度。

在車身側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，要注重車身高度方面的結(jié)構(gòu)特性對整個車身結(jié)構(gòu)彎曲特性的影響，以及要注意通過強化側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計來減輕客車底架的設(shè)計，具體可以采取的措施有：一是增加側(cè)圍骨架的厚度，這樣能夠提升車身側(cè)面的抗擊能力，然后門立柱和艙門立柱要注意跟車身底部的龍骨截面對接上，這樣能夠提升車身的橫向抗擊能力。二是要注意提升側(cè)圍結(jié)構(gòu)的承載能力，因為客車車身的側(cè)圍結(jié)構(gòu)承擔著整體車身上部結(jié)構(gòu)的負荷，所以在側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面要設(shè)法增強窗立柱的強度和剛度，保證客車內(nèi)部的安全空間。

3.車頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計

車頂結(jié)構(gòu)也是客車車身結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，它不僅承擔著很多車頂部件，比如空調(diào)、風道和行李架等的負荷作用，而且連接著整體車身的側(cè)圍和前后圍，起著承擔和化解客車在行駛過程中產(chǎn)生的彎曲力和扭轉(zhuǎn)力的作用。在客車車頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，首先要注意將車頂弧桿件與側(cè)窗立柱布置的位置對應(yīng)上，并保證車頂弧桿件在連接車頂?shù)奈恢貌荒軘嚅_，這樣做的目的是將這兩部分連接成為一個整體，然后才能夠有效化解和傳遞客車行駛過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)負荷。其次，要適當增加車頂弧桿件的強度和剛度，這一般是通過調(diào)整其型號或者尺寸規(guī)格來實現(xiàn)，這樣不僅能夠簡化客車車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少車頂焊接的工作量，而且能夠優(yōu)化車頂弧桿件的性能，提升其抗性和抗壓能力。最后是在車頂縱梁的選擇方面，因為在客車車身結(jié)構(gòu)中，車頂?shù)呢摵墒窍鄬Ρ容^小的，所以在選擇車頂縱梁時可以選擇一些尺寸規(guī)格比較小的，然后綜合考慮車內(nèi)行李架、空調(diào)洞口、安全頂窗等的位置安排，將這些部件合理分布在車頂縱梁的周圍，盡量減少那些不需要的縱梁，這樣能夠有效實現(xiàn)客車車身結(jié)構(gòu)的輕量化，并且能夠減少車頂架的焊接和安裝工作。

三、結(jié)語

客車車身結(jié)構(gòu)在保證客車的性能以及行駛安全性方面都具有非常關(guān)鍵的作用，所以在車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，要積極推廣全承載式的車身結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢作用，并在技術(shù)設(shè)計和安裝制造方面不斷克服技術(shù)難關(guān)，逐步優(yōu)化客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計，能夠提升我國生產(chǎn)的客車的性能和安全性。

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