唐繼光，李鵬飛，昌 宇，吳耀燕

（柳州延龍汽車(chē)有限公司，廣西 柳州545006）

0 引言

專(zhuān)用車(chē)底板主要起承重、支撐及連接底盤(pán)作用，對(duì)其安全可靠性和耐腐性和環(huán)保性及輕量化要求較高，而我國(guó)又把新能源汽車(chē)作為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，以純電驅(qū)動(dòng)為汽車(chē)工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，這就對(duì)以非常規(guī)燃料為動(dòng)力的純電動(dòng)專(zhuān)用車(chē)輕量化設(shè)計(jì)提出了更高要求。

1 專(zhuān)用車(chē)底板工藝現(xiàn)狀

我國(guó)專(zhuān)用車(chē)多數(shù)是利用原出廠(chǎng)貨車(chē)底板進(jìn)行改裝而成，而傳統(tǒng)專(zhuān)用車(chē)底板均采用傳統(tǒng)制造工藝，通過(guò)對(duì)Q235冷板下料、沖壓、拼焊、涂裝工序制造而成。其質(zhì)量重，制造工序繁瑣復(fù)雜，單臺(tái)生產(chǎn)制造需要工時(shí)長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)、保護(hù)設(shè)備要求高，投資資金需求大，產(chǎn)品在投入使用后防腐能力一般，在環(huán)境較為惡劣情況下易生銹，產(chǎn)品報(bào)廢后無(wú)法保證綠色回收，回收價(jià)值及利用率低。

2 總體設(shè)計(jì)思路

目前我國(guó)新能源專(zhuān)用車(chē)絕大多數(shù)采用純電動(dòng)技術(shù)路線(xiàn)，通過(guò)以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛。由于車(chē)輛車(chē)載電源容量有限，為了在容量、驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)相同的情況下設(shè)計(jì)出續(xù)駛里程高的純電動(dòng)車(chē)，在保證產(chǎn)品安全可靠性的前提下，車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)就尤為重要。底板總成作為專(zhuān)用車(chē)整車(chē)一部分，在設(shè)計(jì)專(zhuān)用車(chē)底板時(shí)需考慮以下因素：

（1）應(yīng)較傳統(tǒng)底板輕量化，且滿(mǎn)足整車(chē)設(shè)計(jì)的最大裝載質(zhì)量；

（2）應(yīng)能在此底板總成基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)多種專(zhuān)用車(chē)型；

（3）能與純電動(dòng)貨車(chē)二類(lèi)底盤(pán)安全可靠連接；

（4）防腐性好，可綠色回收，回收價(jià)值高；

（5）底板生產(chǎn)工序、工藝簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高。

考慮以上因素，結(jié)合市場(chǎng)常用汽車(chē)材料及新型材料，主要以Q235冷軋鋼板、不銹鋼板、鋁合金、碳纖維為主，其中冷軋鋼板和不銹鋼均為傳統(tǒng)底板主要材料，強(qiáng)度好但質(zhì)量重；碳纖維材料主要用于車(chē)身等部位，其特點(diǎn)質(zhì)量輕，但成本高，性?xún)r(jià)格比低；而鋁合金卻優(yōu)勢(shì)較為明顯，在底板生產(chǎn)過(guò)程中可以省去沖壓、拼焊及涂裝，同時(shí)也具備重量輕、制造簡(jiǎn)單、防腐強(qiáng)、環(huán)保、燃燒困難、回收價(jià)值高等特點(diǎn)。因此在設(shè)計(jì)專(zhuān)用車(chē)底板時(shí)以鋁合金作為主要材料，鉚接工藝取代傳統(tǒng)焊接。

以最大裝載質(zhì)量1.25T的純電動(dòng)專(zhuān)用車(chē)LZL5030純電動(dòng)桶裝垃圾運(yùn)輸車(chē)為例。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車(chē)型LZL5030純電動(dòng)桶裝垃圾運(yùn)輸車(chē)底板總長(zhǎng)2 750 mm，寬1 510 mm，采用屈服強(qiáng)度σ=145 MPa的6063-T5鋁合金材料，最大裝載質(zhì)量1.25T。底板總成尺寸簡(jiǎn)圖如圖1所示，其中最大橫向跨度為510 mm，縱向跨度尺寸為900 mm，因此，縱向跨度受力最大，只要底板總成縱向跨度為900 mm外強(qiáng)度與剛度不超極限范圍，許可撓跨比小于0.004，底板總成就可以滿(mǎn)足車(chē)輛載重要求。

圖1 底板總成尺寸簡(jiǎn)圖（mm)

3.1 面板

專(zhuān)用車(chē)底板面板是支撐貨物的平臺(tái)，底板總成核心部件，確保貨物裝卸方便尤為重要，要求平面平整及防滑，同時(shí)也要保證平面具有承載貨物的強(qiáng)度及方便衛(wèi)生清理。

為確保強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還能控制自身重量，此面板依據(jù)工字鋼設(shè)計(jì)原理，將頂部平板面設(shè)計(jì)成由2 mm厚的若干個(gè)小梯形組成，底部設(shè)計(jì)成12 mm厚工字型，間隔50 mm（面板橫截面結(jié)構(gòu)如圖2所示）。這種設(shè)計(jì)方式，既保證了產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝性，同時(shí)平面防滑及平面強(qiáng)度也得到了有效的提高，而且還節(jié)約了材料。

圖2 底板面板結(jié)構(gòu)圖（mm）

面板寬度分200～300 mm不同規(guī)格，不同的組合不僅能有效的滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)不同車(chē)型不同寬度的面板需求，而且還增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為后續(xù)本公司對(duì)各種改進(jìn)和拓展車(chē)型提供了設(shè)計(jì)空間和設(shè)計(jì)思路，大大降低和縮減了后續(xù)車(chē)型的設(shè)計(jì)時(shí)間以及設(shè)計(jì)成本。

3.2 橫梁

專(zhuān)用車(chē)底板橫梁是對(duì)面板加強(qiáng)，起與底盤(pán)連接作用。

采用了寬42 mm，高28 mm，厚度2.5 mm的U型翻邊設(shè)計(jì)，保證了與底盤(pán)連接面有效接觸，同時(shí)也確保了與面板接觸面積，方便安裝螺母預(yù)埋放置。橫梁長(zhǎng)度根據(jù)不同車(chē)型有所差異，橫梁橫截面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 底板橫梁截面圖（mm）

3.3 邊梁

專(zhuān)用車(chē)底板邊梁起連接面板、橫梁和車(chē)廂邊板作用，使整個(gè)車(chē)廂形成一體。

為使邊梁能有效連接，還要確保連接安裝的可靠性，設(shè)計(jì)采用了3.5 mm厚的己字型設(shè)計(jì)，上連接開(kāi)口和側(cè)連接開(kāi)口寬度均為30.5 mm，保證連接同時(shí)也為總裝鉚接留下了空間，也為改裝廂式運(yùn)輸車(chē)、倉(cāng)柵車(chē)、桶裝垃圾運(yùn)輸車(chē)等專(zhuān)用車(chē)上裝結(jié)構(gòu)預(yù)留連接空間。邊梁橫截面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 底板邊梁結(jié)構(gòu)圖（mm）

3.4 底板總成拼裝

底板總成總長(zhǎng)2 750 mm，寬1 510 mm，左右底板邊梁對(duì)稱(chēng)布置，面板總成根據(jù)客戶(hù)需求，采用不同規(guī)格的面板拼接而成。最終，底板邊梁與面板、橫梁通過(guò)直徑10 mm子母鉚釘進(jìn)行連接，而面板和橫梁則通過(guò)直徑8 mm子母鉚釘進(jìn)行加強(qiáng)及防振動(dòng)連接。橫梁起到了連接整個(gè)底板作用，底板總成剖面圖如圖5所示。

圖5 底板總成剖面圖（mm）

4 設(shè)計(jì)校核及應(yīng)用

底板總成總長(zhǎng)2 750 mm，寬1 510 mm，采用6063-T5鋁合金材料。而面板為整個(gè)底板總成的核心部件，承載著整車(chē)貨物重量，強(qiáng)度剛度要求最高，所以重點(diǎn)校核鋁合金型材面板的抗彎強(qiáng)度以及剛度是否符合載重要求。

如圖1所示，底板總成采用多塊鋁合金面板拼搭而成，取體積最小寬200 mm，跨度最大L=900 mm作為主要計(jì)算對(duì)象，每塊面板平均載荷約317 kg，而附加在長(zhǎng)度L=900鋁合金型材的集中載荷為約57 kg。

經(jīng)查《機(jī)械手冊(cè)》相關(guān)資料得：

彈性模量：E=70 000 N/mm2

面板慣性矩：Ix=44 608.021 mm4，橫梁慣性矩：Ix=19 052.114 9 mm4，抗彎截面系數(shù)：Wxmax=4 460.8 mm3

屈服強(qiáng)度：σ=145 MPa；P=57*9.8=558.6 N

強(qiáng)度條件：σmax[1]＝ Mmax/Wxmax≤ σ/1.5，其中彎矩Mmax＝PL/4=57*9.8*0.9/4=125.685 N/m

剛度條件：fmax/L≤ f/L=1/250，其中fmax[1]＝P L3/（48E·Ix）=2.72 mm

經(jīng)計(jì)算：σmax=28.17≤96.7 MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

fmax/L=0.003＜0.004，剛度滿(mǎn)足要求。

由以上計(jì)算分析，車(chē)型面板是完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度和剛度的。因此底盤(pán)總成強(qiáng)度和剛度也是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載要求的。且此款底板已應(yīng)用到純電動(dòng)桶裝垃圾車(chē)和純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車(chē)上，成功服務(wù)于環(huán)衛(wèi)事業(yè)和物流行業(yè)。如圖6、圖7所示。

圖6 純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車(chē)

圖7 純電動(dòng)桶裝垃圾運(yùn)輸車(chē)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文采用鋁合金材料對(duì)最大裝載質(zhì)量1.25T的純電動(dòng)專(zhuān)用車(chē)底板總成進(jìn)行了設(shè)計(jì)，特別是對(duì)面板外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，相比相同規(guī)格的采用Q235冷軋鋼板生產(chǎn)的底板，采用鋁合金材料生產(chǎn)的底板在工藝上有了明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）在整個(gè)生產(chǎn)工序過(guò)程中，底板總成生產(chǎn)只有下料、拼裝、鉚接工序，省去了傳統(tǒng)底板生產(chǎn)所需的沖壓、焊接、打磨、電泳、噴涂等工序，不僅節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間；

（2）降低了制造成本，減少了傳統(tǒng)生產(chǎn)所需的固定資產(chǎn)的投資，如沖壓設(shè)備、涂裝生產(chǎn)線(xiàn)、拼焊接生產(chǎn)線(xiàn)等。

（3）提高了防銹能力，而且也實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn)，回收價(jià)值高。

（4）減輕了質(zhì)量，提高純電動(dòng)專(zhuān)用車(chē)?yán)m(xù)駛里程。

（5）在專(zhuān)用車(chē)改裝上，可以滿(mǎn)足廂式運(yùn)輸車(chē)、桶裝垃圾運(yùn)輸車(chē)、倉(cāng)柵車(chē)、清洗車(chē)等車(chē)型開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)了底板對(duì)多種車(chē)型開(kāi)發(fā)的適應(yīng)性。

由于鋁合金成本較傳統(tǒng)材料Q235冷軋鋼板成本高，因此今后我們也會(huì)在性?xún)r(jià)比上作深入研究，開(kāi)發(fā)出性?xún)r(jià)比高，讓大眾市場(chǎng)都可以接受的產(chǎn)品。