朱銘

公路客車半承載式車身的設(shè)計(jì)分析

朱銘

（廈門金龍旅行車有限公司，福建 廈門 361000）

主要針對(duì)公路客車半承載車身設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，先介紹了車身整體設(shè)計(jì)，隨后介紹了車身設(shè)計(jì)，包括車身底架、地板骨架、左右側(cè)骨架、前圍骨架、后圍骨架、頂蓋骨架，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

公路客車；半承載式車身；車身設(shè)計(jì)；輕量化

當(dāng)下，中國大部分公路客車都是半承載結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)客車車身輕量化設(shè)計(jì)，兼顧客車底盤和車身的匹配性，可以把車身側(cè)圍骨架和橫梁焊接到一起，從而促進(jìn)車身骨架和底盤構(gòu)成有機(jī)整體，車身骨架能夠幫助分擔(dān)車輛負(fù)荷。該種結(jié)構(gòu)便是半承載結(jié)構(gòu)。

為了進(jìn)一步優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，減輕車身質(zhì)量，可以通過剛度大、質(zhì)量輕的車身代替那些較為笨重的車架。

1 車身總體設(shè)計(jì)

此次公路客車半承載車身設(shè)計(jì)中，主要是三段底架的車身結(jié)構(gòu)，主要由頂蓋骨架、后圍骨架、前圍骨架、右側(cè)骨架、左側(cè)骨架、地板骨架以及底架等幾部分構(gòu)成。該種半承載車身結(jié)構(gòu)如下：通過頂骨架、左右側(cè)骨架、前后圍骨架、地板骨架和底架組成承載框架，隨后利用不同連接點(diǎn)，使整個(gè)車身骨架便成數(shù)個(gè)封閉環(huán)形式[1]。

2 公路客車半承載車身設(shè)計(jì)

2.1 車身底架

底架設(shè)計(jì)中主要可分成3個(gè)部分，主要是后段底架、中段底架和前段底架。3個(gè)結(jié)構(gòu)中，前段部分主要是通過槽形大梁支撐起來，中間結(jié)構(gòu)則是設(shè)計(jì)為一種桁架形式，主要是用來存放乘客所帶的行李，最后一個(gè)部分，即后段部分，也是和前段一樣，通過槽形大梁組裝而成，發(fā)動(dòng)機(jī)通常也是安裝于公路汽車的后段區(qū)域，進(jìn)而擴(kuò)大了該處負(fù)載，相關(guān)大梁斷面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出前段部分的大梁尺寸，為此在設(shè)計(jì)中需要高度重視。結(jié)合車型和載客量等方面的差異，對(duì)于中部區(qū)域的桁架結(jié)構(gòu)，需要挑選適合尺寸型鋼焊接成框架結(jié)構(gòu)。利用焊接和鉚接等方式，把前后段大梁順利連接到一起。假如選擇彈簧鋼板懸架，則中部的桁架元件不能超出懸架設(shè)置范圍，僅在發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域和駕駛操作區(qū)域可以安裝短槽形大梁。該種結(jié)構(gòu)在旅游客車以及長途客車中較為常見，國內(nèi)的各種豪華客車也是按照該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成的。該種結(jié)構(gòu)方便設(shè)計(jì)制造，同時(shí)擴(kuò)大了行李倉空間。前段底架通過槽形鋼制作左右縱梁。因此此次車型主要是選擇后4前2的空氣懸架，所以前段底架設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合轉(zhuǎn)向機(jī)、前方氣囊建設(shè)及前橋和底架間裝配聯(lián)系。前段底架首個(gè)橫梁位置可結(jié)合轉(zhuǎn)向管柱、儀表臺(tái)尺寸、整車前懸尺寸等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。底架左右縱梁通過橫梁進(jìn)行銜接，共同構(gòu)成一種封閉式方框結(jié)構(gòu)[2]。

2.2 地板骨架設(shè)計(jì)

地板骨架為格柵桁架結(jié)構(gòu)，其不但能夠承擔(dān)起地板結(jié)構(gòu)，同時(shí)還是客車車身中的重要受力元件。此次車型中的地板骨架設(shè)計(jì)主要可以分成下面兩個(gè)部分。

第一是前懸地板骨架，該部分地板骨架主要是通過40× 40×3.0、40×40×2.0、40×30×1.5不同截面型鋼組裝焊接構(gòu)成。公路汽車中的乘客門所處位置和大小形狀會(huì)影響格柵分布位置，乘客門前部立柱主要是和首道格柵進(jìn)行固定焊接的，為此應(yīng)該將兩者保持一種對(duì)齊狀態(tài)。乘客門后面的立柱主要是和第二格柵進(jìn)行焊接，和前面一樣，需要保證兩者對(duì)齊。首道格柵中，主要是針對(duì)前圍骨架以及連接梁實(shí)施焊接處理，第二格柵以及頂骨架上方橫梁、司機(jī)窗后方立柱與乘客門后方立柱等部件共同構(gòu)成一種封閉環(huán)形式，能夠進(jìn)一步提升客車強(qiáng)度。在車中還要設(shè)置掛壁導(dǎo)游椅。為了降低導(dǎo)游椅對(duì)于乘客進(jìn)出的影響，盡量不要占用乘客過道。第三道格柵也是乘客空間和駕駛空間的分隔點(diǎn)，格柵前方是駕駛空間，而格柵后方則是乘客空間。

第二是中間底板骨架設(shè)計(jì)，其主要是位于前后車橋中間，包括4個(gè)格柵以及數(shù)個(gè)連接梁。其中格柵可以細(xì)分為前后橋格柵、中間行李倉前后格柵和后橋前方格柵，相關(guān)設(shè)置位置主要是按照輪胎至擋泥板之間的距離來確定。相關(guān)格柵位置應(yīng)該盡量靠前，從而有效擴(kuò)大行李倉內(nèi)部空間，確保車輛行駛中，該格柵和輪胎之間互不影響。結(jié)合上述兩點(diǎn)原則，該格柵位置可以設(shè)置于和前橋中心距離610 mm的位置。按照前橋后方區(qū)域內(nèi)的格柵分布狀況，對(duì)格柵在前面的分布位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。后橋前面的格柵設(shè)置點(diǎn)需要和后橋中心之間保持610 mm的間隔距離。在明確行李在車廂內(nèi)的分布位置后，應(yīng)該在前后輪倉內(nèi)預(yù)留出油箱的安裝空間，為此在對(duì)中間行李倉前面的格柵設(shè)置點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，需要保證格柵所處空間的充足性，全面開放油箱，找到行李倉后面的格柵分布點(diǎn)，因?yàn)樾欣顐}處于格柵中間，所以需要保障格柵前后的大小統(tǒng)一性，以方便工人施工為主。底架格柵和中間兩個(gè)格柵之間需要保證位置相同，從而構(gòu)成一種封閉式的桁架結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)不但可以有效減輕骨架質(zhì)量，同時(shí)還可以提升骨架強(qiáng)度。前后格柵之間，上方可以通過小截面的縱向型鋼進(jìn)行連接，下方則是通過小型剛構(gòu)成三角框架。該框架和底架進(jìn)行連接，從而確保車身下部整個(gè)骨架構(gòu)成整體空間框架，提高骨架承載力和強(qiáng)度。在后段的地板骨架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意不能干涉發(fā)動(dòng)機(jī)操作，預(yù)先留出充足的發(fā)動(dòng)機(jī)檢修區(qū)域和變速箱位置。

2.3 左右側(cè)骨架

左側(cè)骨架，顧名思義是在車身左側(cè)，其包括連接型鋼、數(shù)個(gè)斜支撐、倉門立柱、兩個(gè)貫通縱梁、邊窗立柱等幾部分焊接而成。其中左側(cè)骨架還可以分為兩種厚度，側(cè)窗下貫通縱梁便是其中的分界點(diǎn)。該縱梁下方骨架厚度是50 mm，上方骨架厚度是40 mm。側(cè)窗貫通梁下，行李倉上方設(shè)置縱梁為全面貫通形式，將底板骨架和縱梁順利焊接起來，共同成為有機(jī)整體，方便后續(xù)各項(xiàng)施工活動(dòng)的有序進(jìn)行，為相關(guān)施工材料的采購運(yùn)輸提供更多便利，方便材料的調(diào)用。為了提高車身骨架承載力，前后輪格柵區(qū)域中的地板骨架和邊窗立柱之間需要對(duì)齊，從而構(gòu)成一種封閉環(huán)境。行李倉上方縱梁和邊窗下方縱梁之間可以通過斜撐和立柱對(duì)兩縱梁進(jìn)行連接。右側(cè)骨架設(shè)計(jì)和左側(cè)骨架設(shè)計(jì)相同[3]。

2.4 前圍骨架

前圍骨架主要可以分成3個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是前圍下方的保險(xiǎn)桿骨架、前頂顯示器和內(nèi)飾骨架、前風(fēng)擋玻璃骨架，3種元件共同構(gòu)成一個(gè)完善的前圍骨架，在車輛前端進(jìn)行焊接。前擋風(fēng)玻璃相關(guān)骨架設(shè)計(jì)中，主要包括兩側(cè)立柱、下橫梁、上橫梁等部分，該骨架中還擁有前圍蒙皮。蒙皮擁有黏接擋風(fēng)玻璃的止口，可以將擋風(fēng)玻璃直接黏接在蒙皮止口中。前頂顯示器和內(nèi)飾骨架設(shè)計(jì)中，需要將前圍骨架和頂蓋骨架進(jìn)行全面連接，將顯示器和內(nèi)飾作用充分發(fā)揮出來。所有該部分也在整車前方位置，整體受力較小。通過型鋼焊接而成。前頂顯示器骨架和內(nèi)飾除了上述功能外，還能夠?qū)η皣獠棵善て鸬揭环N支撐作用。針對(duì)保險(xiǎn)杠骨架的設(shè)計(jì)中，主要包括3個(gè)連接型鋼、雨刮電機(jī)固定板、雨刮固定架、立柱、上橫梁等原件，并在其中焊接前圍蒙皮、固定雨刮器和保險(xiǎn)杠。

2.5 后圍骨架

后圍骨架設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分，分別是后倉門骨架和后擋風(fēng)玻璃骨架。在對(duì)擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證頂蓋骨架的有效連接，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的全面集成。在結(jié)束擋風(fēng)玻璃的緊固工作后，還需要額外設(shè)置各種頂部裝飾，包括數(shù)個(gè)連接梁和3個(gè)橫梁、2個(gè)立柱焊接組成。后面的擋風(fēng)玻璃骨架除了上述功能外，同樣還會(huì)和后圍蒙皮進(jìn)行焊接。后倉門骨架設(shè)計(jì)中，因?yàn)橹饕窃诤髶躏L(fēng)玻璃的骨架下面，該長途客車動(dòng)力系統(tǒng)的布局采用發(fā)動(dòng)機(jī)后置方式，所以需要增設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修門。隨后在檢修門下方位置增加設(shè)置保險(xiǎn)杠。

2.6 頂蓋骨架

頂蓋骨架主要位于汽車頂部位置，把前后圍骨架和左右側(cè)骨架連接起來，共同組成一種閉環(huán)式封閉結(jié)構(gòu)。此外，在頂蓋骨架中，還需要開設(shè)天窗，安裝空調(diào)，固定各種內(nèi)飾部件、風(fēng)道、行李架和頂燈等。頂蓋骨架主要是由2個(gè)P形鋼貫通縱、數(shù)個(gè)小縱梁以及彎弧頂橫梁等部分構(gòu)成。針對(duì)頂蓋骨架就進(jìn)行設(shè)計(jì)中，為了均勻分配客車前后載荷，應(yīng)該盡量選擇靠前位置安裝空調(diào)。通過螺栓緊固空調(diào)。大部分客車制造企業(yè)在固定空調(diào)時(shí)主要采取以下手段：針對(duì)車間總裝空調(diào)時(shí)，率先對(duì)預(yù)埋固定板實(shí)施鉆孔、攻絲，隨后通過螺栓進(jìn)行固定。只有少數(shù)客車制造企業(yè)是預(yù)先在固定板中鉆孔進(jìn)行固定，隨后將空調(diào)固定板下面的固定螺栓從固定孔反方向橫穿頂部蒙皮，把空調(diào)固定板和螺栓下端位置焊接起來。該種處理工藝流程簡便，有利于車間施工；而其主要缺陷是在焊接后，空調(diào)固定螺栓整體強(qiáng)度下降，車輛運(yùn)行中容易產(chǎn)生斷裂問題?？照{(diào)固定處理主要是以原有工藝為基礎(chǔ)不斷優(yōu)化形成，固定板和螺栓之間無需焊接固定，而是通過小槽鋼進(jìn)行固定。把固定板和槽鋼連接起來，無需對(duì)螺栓進(jìn)行焊接，該種工藝能夠有效避免螺栓焊接所產(chǎn)生的不良影響，避免降低螺栓強(qiáng)度，增加斷裂風(fēng)險(xiǎn)，從而提升行車安全。

3 結(jié)語

綜上所述，半承載車身因其突出的經(jīng)濟(jì)性、舒適性和安全性等優(yōu)勢(shì)，在中國公路客車領(lǐng)域中廣泛推廣，同時(shí)在汽車市場(chǎng)中批量銷售，成為國內(nèi)中型客車中的主力軍。

［1］李家林，鐘建華.基于有限元法的車輛桁架式底盤動(dòng)態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2018，40（10）：147-151.

［2］金世勇.公交全承載底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與校核要求［J］.客車技術(shù)，2018（3）：16-18.

［3］張苗莉，任金東.基于以界面力度量的車身承載度的客車結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］.汽車工程，2016，38（8）：929-934，928.

2095－6835（2020）20－0127－02

U469.1

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.054

朱銘（1981—），男，福建廈門人，本科，中級(jí)機(jī)械工程師，研究方向?yàn)榭蛙嚳偛贾?、客車車身?/p>

2018年上海外語教育出版社全國高校外語教學(xué)科研項(xiàng)目“人工智能背景下語言服務(wù)行業(yè)發(fā)展策略研究”（編號(hào)：2018ZJ0038B）課題成果

〔編輯：王霞〕