李長(zhǎng)松 常偉

摘 要：衣、食、住、行是人類(lèi)生活的四大需求，這四大需求也是經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的基礎(chǔ)。鑒于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)公共交通的更高要求以及客車(chē)在交通運(yùn)輸中的重要性，確保客車(chē)的運(yùn)輸能力和舒適安全十分重要。因此，為了確保這些條件，必須不斷改變客車(chē)的底盤(pán)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行穩(wěn)定性和優(yōu)化后的舒適體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu);安全性;輕量化;客車(chē)底盤(pán)

0 前言

傳統(tǒng)的客車(chē)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的市場(chǎng)需求，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的客車(chē)底盤(pán)完全依賴專(zhuān)家在設(shè)計(jì)和車(chē)輛優(yōu)化方面給出的數(shù)據(jù)結(jié)論。因此，傳統(tǒng)的客車(chē)底盤(pán)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，浪費(fèi)了大量的人力物力，導(dǎo)致成本高、價(jià)格高、安全系數(shù)沒(méi)有保證。然而，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，專(zhuān)家們開(kāi)發(fā)了新技術(shù)，為車(chē)輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和車(chē)輛優(yōu)化提供了有效的數(shù)據(jù)。本文首先分析了客車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供的安全性，然后研究了國(guó)內(nèi)外客車(chē)車(chē)身輕量化結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，并結(jié)合我國(guó)客車(chē)底盤(pán)輕量化存在的問(wèn)題和前景，探討了客車(chē)底盤(pán)輕量化設(shè)計(jì)。

1 客車(chē)的底盤(pán)設(shè)計(jì)安全性分析及具體方法

1.1 設(shè)計(jì)客車(chē)底盤(pán)考慮其安全性

由于客車(chē)的底盤(pán)決定了客車(chē)的整體安全性，所以在設(shè)計(jì)底盤(pán)時(shí)必須充分考慮安全因素，從打破傳統(tǒng)的客車(chē)設(shè)計(jì)概念開(kāi)始，因?yàn)樵O(shè)計(jì)客車(chē)底盤(pán)的傳統(tǒng)概念不能完全控制客車(chē)的安全因素，這是浪費(fèi)時(shí)間和成本，所以新設(shè)計(jì)從全局的角度來(lái)設(shè)計(jì)客車(chē)底盤(pán)。這就是“滑板底盤(pán)”的概念，那么它是如何構(gòu)思的？首先包括將原來(lái)的機(jī)械形式轉(zhuǎn)換成目前的電氣形式，這種電氣形式只有一個(gè)與客車(chē)車(chē)身的電氣連接，可以通過(guò)電力的控制來(lái)控制客車(chē)和制動(dòng)系統(tǒng)的方向，這種用電力進(jìn)行機(jī)械更換設(shè)計(jì)的概念不僅可以提高客車(chē)底盤(pán)的安全系數(shù)，還可以節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。

1.2 三聚磷酸鋁在客車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

為了考慮客車(chē)的整體安全性，必須嚴(yán)格執(zhí)行客車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)。在底盤(pán)設(shè)計(jì)的時(shí)候底盤(pán)涂料也是關(guān)鍵點(diǎn)，一定要使用最高質(zhì)量的漆，如果使用劣質(zhì)油漆會(huì)使底盤(pán)在駕駛公共客車(chē)時(shí)容易腐蝕，并導(dǎo)致安全事故。在客車(chē)底盤(pán)用漆中，三聚磷酸鋁是最佳的涂漆材料，因?yàn)樗趦?chǔ)存過(guò)程中具有更好的穩(wěn)定性，并且能夠有效地耐腐蝕，這有助于穩(wěn)定客車(chē)底盤(pán)的物理性能，從而滿足底盤(pán)的安全要求。因此，要使客車(chē)安全運(yùn)行，必須注意客車(chē)底盤(pán)的制造，因?yàn)榭蛙?chē)底盤(pán)是決定客車(chē)是否能夠安全運(yùn)行的最重要因素，在底盤(pán)和漆用材料的設(shè)計(jì)中大力推廣使用最好的防腐材料非常重要。

2 輕量化研究現(xiàn)狀

2.1 采用輕質(zhì)材料

例如鋁，鎂，陶瓷，塑料，玻璃纖維或碳纖維復(fù)合材料。21世紀(jì)的客車(chē)底盤(pán)將發(fā)生巨大的變化，材料對(duì)客車(chē)底盤(pán)技術(shù)的進(jìn)步至關(guān)重要，輕量化對(duì)未來(lái)客車(chē)底盤(pán)的發(fā)展至關(guān)重要。盡管通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減輕重量，但客車(chē)底盤(pán)重量的大幅度減輕需要使用大量低密度材料。國(guó)外許多客車(chē)底盤(pán)制作廠家一般應(yīng)用鋁合金材料以達(dá)到減重的目的。

2.2 采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

例如，有限元分析，參數(shù)優(yōu)化，拓?fù)鋬?yōu)化等。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。有關(guān)理論與軟件的不斷發(fā)展進(jìn)步使得計(jì)算機(jī)輔助分析如虎添翼，CAE在客車(chē)底盤(pán)工業(yè)起的作用越來(lái)越大。改變了過(guò)去傳統(tǒng)按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的模式。如圖1所示，它不僅縮短了客車(chē)底盤(pán)的開(kāi)發(fā)周期，大大減少了研發(fā)投資，而且還開(kāi)發(fā)了更可靠的產(chǎn)品。

2.3 客車(chē)底盤(pán)輕量化材料沖壓理論與工藝技術(shù)

加強(qiáng)高強(qiáng)度、輕量化先進(jìn)材料在客車(chē)底盤(pán)制造領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。通過(guò)開(kāi)展基于CAE的沖壓工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法研究，提出輕量化材料神壓回彈預(yù)測(cè)與補(bǔ)償、起皺和拉裂預(yù)測(cè)與消除、毛坯反求和優(yōu)化工件的新工藝、新理論和新方法。從機(jī)理上研究復(fù)雜零件沖壓中不同材料流動(dòng)不均勻的產(chǎn)生原因和影響因素，開(kāi)展多種形式的材料流動(dòng)阻力控制方法及相應(yīng)工藝?yán)碚摵驮O(shè)計(jì)技術(shù)的研究。研發(fā)一種新穎實(shí)用的高強(qiáng)度鋼沖壓技術(shù)、客車(chē)底盤(pán)零件超高強(qiáng)度鋼成型技術(shù)、應(yīng)用于復(fù)雜客車(chē)底盤(pán)零件的液壓成型技術(shù)和激光焊接技術(shù)等。

2.4 客車(chē)底盤(pán)輕量化激光加工技術(shù)與裝備研究

激光加工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)客車(chē)底盤(pán)輕量化的重要途徑之一。系統(tǒng)進(jìn)行激光與材料相互作用機(jī)理、激光加工過(guò)程無(wú)損檢測(cè)和控制等基礎(chǔ)理論研究，建立激光加工工藝方法和工藝參數(shù)的優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，研究不同材料的激光切割方式，開(kāi)展激光切割、焊接、精細(xì)燒蝕、直接快速成型、激光涂敷、激光輔助切削加工等理論的研究，開(kāi)發(fā)激光三維切割工藝技術(shù)，建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)及專(zhuān)家系統(tǒng);研究激光深熔焊接理論，開(kāi)發(fā)激光三維焊接技術(shù)與裝備;研究不同板厚、不同客車(chē)底盤(pán)材料，尤其是輕量化材料的激光加工拼焊技術(shù)與裝備。

3 我國(guó)客車(chē)底盤(pán)輕量化所面臨的問(wèn)題

（1）輕量化技術(shù)涵蓋廣泛的研究領(lǐng)域，需要運(yùn)用多學(xué)科交叉融合所形成的綜合性、系統(tǒng)的知識(shí)體系，而在當(dāng)前的研發(fā)體系中，研發(fā)機(jī)構(gòu)往往只關(guān)注單個(gè)技術(shù)的研發(fā)，很少實(shí)現(xiàn)技術(shù)的交叉與融合。

（2）客車(chē)底盤(pán)輕量化技術(shù)涉及眾多的共性技術(shù)和前沿技術(shù)其關(guān)鍵、核心技術(shù)的突破不可能由單個(gè)公司或科研機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。國(guó)家級(jí)的研究機(jī)構(gòu)需要對(duì)尚未實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行先進(jìn)的戰(zhàn)略和前瞻性部署措施。

（3）產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，沒(méi)有明確的定位、合理的分工，基礎(chǔ)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)研究的有機(jī)對(duì)接不夠。公司規(guī)模小、分散，輕量化發(fā)展能力低，研發(fā)人才不足以及整體技術(shù)水平落后。為了提高我國(guó)輕型客車(chē)底盤(pán)技術(shù)的技術(shù)水平，迫切需要整合國(guó)內(nèi)輕型技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，建立輕量化客車(chē)底盤(pán)技術(shù)資源共享的技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。平臺(tái)應(yīng)積極促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研方面的合作;與交流促進(jìn)客車(chē)底盤(pán)輕量化技術(shù)研究成果向產(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)化;建立輕量化客車(chē)底盤(pán)重要產(chǎn)品和檢測(cè)方法等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;在相關(guān)行業(yè)建立高水平的職業(yè)培訓(xùn)基地，并提供技術(shù)咨詢服務(wù)?？蛙?chē)底盤(pán)輕型技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)應(yīng)重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)以下領(lǐng)域：

①客車(chē)底盤(pán)輕量化先進(jìn)材料開(kāi)發(fā)研究;

②客車(chē)底盤(pán)輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究;

③客車(chē)底盤(pán)輕量化材料沖壓理論與工藝技術(shù)研究;

④客車(chē)底盤(pán)輕量化激光加工技術(shù)與裝備研究。

4 底盤(pán)輕量化的出路

4.1 高強(qiáng)度鋼的運(yùn)用

底盤(pán)的零件因?yàn)橐苯映惺艿孛娴臎_擊所以某些零件的應(yīng)力會(huì)大些。因此，有必要增加材料的數(shù)量來(lái)降低應(yīng)力。例如，微型客車(chē)擺臂的支撐桿在制動(dòng)時(shí)承受更大的應(yīng)力。如果我們使用普通材料，我們必須使用30mm的桿，以確保應(yīng)力小于250Mpa，以達(dá)到材料允許的安全范圍，但重量達(dá)到2.33kg。如果我們采用高強(qiáng)度鋼我們可以使用中20mm的桿應(yīng)力可以達(dá)到408Mpa，重量減少到1.21kg，這表明高強(qiáng)度鋼對(duì)底盤(pán)零件的減重效果相當(dāng)明顯。

4.2 高強(qiáng)度彈簧鋼的運(yùn)用

高強(qiáng)度彈簧在彈簧設(shè)計(jì)中非常有用。眾所周知，懸掛在底盤(pán)上的彈簧既是安全部件，也是性能部件。我們需要它來(lái)滿足剛性和耐用性的要求。但是剛性和耐用性是另一個(gè)悖論。用高強(qiáng)度彈簧鋼，我們可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。例如，微型車(chē)的后懸架彈簧是根據(jù)傳統(tǒng)材料設(shè)計(jì)的，要設(shè)計(jì)的圈數(shù)是5.75圈簧絲直徑φ15.4mm才能達(dá)到要求的剛度，但是其重量為2.66kg，如果采用高強(qiáng)度彈簧鋼我們彈簧的圈數(shù)可以做到4.5圈，簧絲直徑φ14.3mm，可以達(dá)到要求的剛度，并且應(yīng)力也符合高強(qiáng)度彈簧剛度材料許用極限，其重量為1.8kg。高強(qiáng)度鋼彈簧不僅耐用，而且剛性好，符合要求，質(zhì)量比傳統(tǒng)彈簧低0.86kg，彈簧數(shù)量少于質(zhì)量，整車(chē)質(zhì)量更舒適。

5 客車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

改革要從客車(chē)底盤(pán)加工的成型技術(shù)入手來(lái)進(jìn)行，采用高強(qiáng)度沖壓將配件放入熱加工爐，加熱時(shí)間必須嚴(yán)格控制，不得低于或低于，只需四分鐘。用均勻的奧氏體化，用機(jī)械臂將其取出，并且取出后要迅速將配件轉(zhuǎn)移到熱沖壓模具上快速?zèng)_壓成形。成形的底盤(pán)配件的強(qiáng)度必須達(dá)到1200 MPa才能合格?？蛙?chē)的底盤(pán)主要由三種形式的沖壓梁：U形、W形和V形。

因此，這三種類(lèi)型的客車(chē)底盤(pán)沖壓梁在客車(chē)的構(gòu)造中起著不同的作用。V形梁是客車(chē)底盤(pán)防震結(jié)構(gòu)的主要形式，對(duì)提高客車(chē)整體的整體性非常重要。因?yàn)樗鳛橹虚g結(jié)構(gòu)提升了客車(chē)的剛度與強(qiáng)度。而且它使用輕量化材料，所以它的重量在客車(chē)底盤(pán)上也非常重要。W形梁也廣泛用于客車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)和制造，因?yàn)樗鼫p少了V形梁以外的橫截面跨度，并提高了V形梁的安全系數(shù)。

此外，在加工了客車(chē)底盤(pán)的結(jié)構(gòu)之后，有必要繼續(xù)優(yōu)化客車(chē)的結(jié)構(gòu)，因此客車(chē)底盤(pán)的輕量化的提高必須在構(gòu)件的形狀方面進(jìn)行處理和改進(jìn)。例如，您可以通過(guò)構(gòu)建檢測(cè)機(jī)來(lái)減小構(gòu)件的尺寸。此外，圓形孔洞是客車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的方法，因?yàn)閳A形孔洞可以均勻分布構(gòu)件上的應(yīng)力，同時(shí)節(jié)省輕質(zhì)材料，降低成本，優(yōu)化客車(chē)底盤(pán)的輕量化做到創(chuàng)新發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

研究了客車(chē)底盤(pán)的總體布局設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)只有實(shí)現(xiàn)客車(chē)底盤(pán)的輕量化結(jié)構(gòu)，才能保證客車(chē)使用的安全性和環(huán)保性。希望本文能為客車(chē)底盤(pán)企業(yè)制造客車(chē)底盤(pán)帶來(lái)有效的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祝堂.“全鋁車(chē)身+全鋁底盤(pán)”客車(chē)路試順利[J].輕合金加工技術(shù)，2018，46（08）：42.