淺議全承載式客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

董靜宇 王修儒 陳兆勝

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)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(jì)技術(shù)也不斷得到優(yōu)化。在客車的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)的原理和步驟，希望能夠?yàn)槲覈蛙囐|(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(jì)

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(qiáng)、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(dāng)前的客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常都會(huì)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(jì)理論進(jìn)行說明和分析，并強(qiáng)調(diào)了在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。

一、客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)原理

在客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(gè)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(qiáng)，因此在車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)

1.預(yù)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容

預(yù)設(shè)計(jì)階段主要指對客車的總體設(shè)計(jì)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(biāo)，在這些指標(biāo)確定下來之后，才能夠進(jìn)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(gè)配件位置和參數(shù)指標(biāo)等確定之后，客車車身的總體設(shè)計(jì)布局也就基本完成了。在預(yù)設(shè)計(jì)階段，要重點(diǎn)關(guān)注車窗、車門以及行李艙等的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@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(jì)工作不到位，很容易造成這些部件在客車運(yùn)行的過程中超過負(fù)荷。同時(shí)，在車頂和客車底架的設(shè)計(jì)方面也要予以足夠的重視，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，提升這些關(guān)鍵部分的性能。

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

2.細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段

預(yù)設(shè)計(jì)階段只是對客車車身的大致結(jié)構(gòu)和總體布局進(jìn)行了規(guī)劃，這中間省略了很多細(xì)節(jié)因素，在后續(xù)的設(shè)計(jì)工作中，需要逐步對車身結(jié)構(gòu)中的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步細(xì)化和調(diào)整。

首先是客車車身的底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(jìn)行底架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)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(gè)客車車身的高度來做出判斷，然后也要充分考慮到整個(gè)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(shí)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(fù)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(jì)方面，要注重車身高度方面的結(jié)構(gòu)特性對整個(gè)車身結(jié)構(gòu)彎曲特性的影響，以及要注意通過強(qiáng)化側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來減輕客車底架的設(shè)計(jì)，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?yàn)榭蛙囓嚿淼膫?cè)圍結(jié)構(gòu)承擔(dān)著整體車身上部結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，所以在側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面要設(shè)法增強(qiáng)窗立柱的強(qiáng)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(jì)

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(dān)著很多車頂部件，比如空調(diào)、風(fēng)道和行李架等的負(fù)荷作用，而且連接著整體車身的側(cè)圍和前后圍，起著承擔(dān)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(jì)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(gè)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(fù)荷。其次，要適當(dāng)增加車頂弧桿件的強(qiáng)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(shí)現(xiàn)，這樣不僅能夠簡化客車車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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?yàn)樵诳蛙囓嚿斫Y(jié)構(gòu)中，車頂?shù)呢?fù)荷是相對比較小的，所以在選擇車頂縱梁時(shí)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)，能夠提升我國生產(chǎn)的客車的性能和安全性。

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