淺議全承載式客車(chē)車(chē)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(lái)，我國(guó)客車(chē)制造行業(yè)發(fā)展迅速，客車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)也不斷得到優(yōu)化。在客車(chē)的車(chē)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(shì)。本文以全承載式客車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，分析了車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理和步驟，希望能夠?yàn)槲覈?guó)客車(chē)質(zhì)量和安全性的提升提供建議。

關(guān)鍵詞：全承載式；客車(chē)車(chē)身；車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全承載式客車(chē)的車(chē)身是由若干小斷面的矩形鋼管焊接起來(lái)構(gòu)成的，這種車(chē)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(shì)，所以在我國(guó)當(dāng)前的客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常都會(huì)采用這種形式。本文對(duì)全承載式客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行說(shuō)明和分析，并強(qiáng)調(diào)了在車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

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

在客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，一般可以根據(jù)車(chē)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(chē)身是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，其底盤(pán)結(jié)構(gòu)中的部件都設(shè)置在車(chē)身結(jié)構(gòu)中。而半承載式和非承載式的車(chē)身結(jié)構(gòu)不是整體的，在車(chē)身結(jié)構(gòu)中有明顯的底盤(pán)大梁。車(chē)身結(jié)構(gòu)的不同就決定了客車(chē)的受力情況也是不同的，全承載式客車(chē)的車(chē)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(chē)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通常是要盡量將客車(chē)行駛過(guò)程中產(chǎn)生的彎折力轉(zhuǎn)變?yōu)闂U向力，以此來(lái)提升車(chē)身結(jié)構(gòu)的承受能力。而半承載式、非承載式的車(chē)身結(jié)構(gòu)是通過(guò)車(chē)輛的底盤(pán)結(jié)構(gòu)來(lái)承受車(chē)輛在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的彎折力，以此來(lái)調(diào)整客車(chē)在行駛過(guò)程中發(fā)生的扭曲和變形。

二、 全承載式客車(chē)車(chē)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(duì)客車(chē)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(chē)的種類(lèi)和型號(hào)要求來(lái)確定客車(chē)的長(zhǎng)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(lái)之后，才能夠進(jìn)一步確定客車(chē)中玻璃的分配、車(chē)門(mén)的位置、行李艙的高度和分塊等問(wèn)題，待各個(gè)配件位置和參數(shù)指標(biāo)等確定之后，客車(chē)車(chē)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(chē)窗、車(chē)門(mén)以及行李艙等的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些部門(mén)承受了客車(chē)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(chē)運(yùn)行的過(guò)程中超過(guò)負(fù)荷。同時(shí)，在車(chē)頂和客車(chē)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(guò)對(duì)客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬來(lái)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(lái)進(jìn)一步改善車(chē)身結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)參數(shù)性能。同時(shí)，也可以對(duì)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(lái)對(duì)預(yù)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和改進(jìn)，對(duì)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(duì)客車(chē)車(chē)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(duì)車(chē)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(duì)設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步細(xì)化和調(diào)整。

首先是客車(chē)車(chē)身的底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在全承載式的客車(chē)車(chē)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(wèn)題：一是要注意根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)來(lái)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(jiǎn)潔性；二是要注意根據(jù)車(chē)身結(jié)構(gòu)中門(mén)窗和懸架等的位置來(lái)調(diào)整龍骨的斷面，為了保證車(chē)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(mén)、門(mén)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(chē)中所要安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)確定車(chē)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(chē)車(chē)身的高度來(lái)做出判斷，然后也要充分考慮到整個(gè)客車(chē)的外觀、內(nèi)部高度以及客車(chē)內(nèi)部行李艙的大小和位置等，綜合考慮這些因素然后來(lái)做出選擇，同時(shí)為了保證車(chē)身中龍骨的承載能力，也要合理控制客車(chē)內(nèi)部過(guò)道的深度和管線路的位置等，防止車(chē)身龍骨的負(fù)荷超過(guò)自身的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度。

在車(chē)身側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，要注重車(chē)身高度方面的結(jié)構(gòu)特性對(duì)整個(gè)車(chē)身結(jié)構(gòu)彎曲特性的影響，以及要注意通過(guò)強(qiáng)化側(cè)圍結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)減輕客車(chē)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(chē)身側(cè)面的抗擊能力，然后門(mén)立柱和艙門(mén)立柱要注意跟車(chē)身底部的龍骨截面對(duì)接上，這樣能夠提升車(chē)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?chē)車(chē)身的側(cè)圍結(jié)構(gòu)承擔(dān)著整體車(chē)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(chē)內(nèi)部的安全空間。

3.車(chē)頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

車(chē)頂結(jié)構(gòu)也是客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，它不僅承擔(dān)著很多車(chē)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(chē)身的側(cè)圍和前后圍，起著承擔(dān)和化解客車(chē)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的彎曲力和扭轉(zhuǎn)力的作用。在客車(chē)車(chē)頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，首先要注意將車(chē)頂弧桿件與側(cè)窗立柱布置的位置對(duì)應(yīng)上，并保證車(chē)頂弧桿件在連接車(chē)頂?shù)奈恢貌荒軘嚅_(kāi)，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(chē)行駛過(guò)程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。其次，要適當(dāng)增加車(chē)頂弧桿件的強(qiáng)度和剛度，這一般是通過(guò)調(diào)整其型號(hào)或者尺寸規(guī)格來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣不僅能夠簡(jiǎn)化客車(chē)車(chē)頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少車(chē)頂焊接的工作量，而且能夠優(yōu)化車(chē)頂弧桿件的性能，提升其抗性和抗壓能力。最后是在車(chē)頂縱梁的選擇方面，因?yàn)樵诳蛙?chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)中，車(chē)頂?shù)呢?fù)荷是相對(duì)比較小的，所以在選擇車(chē)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(chē)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(chē)頂縱梁的周?chē)M量減少那些不需要的縱梁，這樣能夠有效實(shí)現(xiàn)客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的輕量化，并且能夠減少車(chē)頂架的焊接和安裝工作。

三、結(jié)語(yǔ)

客車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)在保證客車(chē)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(chē)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，要積極推廣全承載式的車(chē)身結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)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(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠提升我國(guó)生產(chǎn)的客車(chē)的性能和安全性。

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