承載式客車車身骨架尾部結構分析與改進

李世喆

廈門金龍聯合汽車工業有限公司 福建省廈門市 361023

1 引言

客車車身的骨架是由多根焊接的鋼管組成的一種定桿系結構，其自身具有結構復雜、難度系數大等特點，作為開發車身的重要環節——車身的骨架傳力路線的設計對于整個客車的性能和安全至關重要，只有在充分滿足車身韌性以及穩定性的同時，合理設計車身的傳力路線，才能更好的改善客車的性能，進而實現客車成本最小化的目的。

2 承載式客車結構的概述

承載式客車的結構主要包括了客車車身的結構底架、車身的左右兩側、車身前后以及車的頂棚共同組成的結構框架，通過車輛不同結構的特點，進而形成一個有機的整體，優化了車輛的動力懸置部位以及車身的懸架部位[1]。之所以會采取側圍骨架以及輪罩骨架的結構來完善和優化車輛的整體性能，是因為車輛的車輪結構不會自成一體，形成一個有機的結構。而車輛的主要部件也囊括了輪罩結構骨架，因為全承載的車身是不包含底架結構的。因此，全承載式客車車身的上半部分與下半部分的受力差別較大，而車輛的車身結構包含了整體性承載式結構與基礎性的承載式結構，而在我國將這兩種車身結構統稱為全承載式車身結構。

3 承載式客車車身骨架的結構特點

3.1 承載式客車產品結構特點

目前針對我國承載式客車而言，以VOLVO公司生產的VOLVO6563型號的客車以及奔馳公司生產的CITARO型號的客車為例，這兩種承載式客車的結構均具有獨立的前后底盤。與此同時，這兩種型號車輛的模塊及尺寸都有所不同，VOLVO6563將自身的橫斷面作為結構主體，底盤的零部件采取后裝的形式，而CITARO的結構則將車身的底盤進行分模塊的供應[2]。除此之外，兩種型號的結構特點也有所不同，VOLVO6563的車身骨架與底架融為一體，并且其架底的結構為小槽梁或矩管，而CITARO則具有獨立的底盤結構和零部件。在車輛的本土化生產中，采用了全承載式結構的形式，相比于本土化生產，在出口外銷時，其底盤的結構則采取自行式或CKD兩種形式，其模塊的組成包含了前后部位懸架、轉向系統、底盤的電控集成以及動力總成等，而車身中部的改裝則由客戶自行設計。

3.2 承載式客車的基礎承載式結構特點

基礎式車輛承載結構，即從客車的車身窗臺梁到底部，以及其與車身側壁的骨架結構形成的結構部分。這類車身結構的車頂采用部分結構承載的形式，而車身的底架則是由矩形的鋼管焊接而成，突破了傳統的鉚接結構。所以，承載式客車可以充分利用自身的優勢，將車身底部的巨大空間作為儲存乘客行李的行李艙。然而實際上，客車底部的結構橫截面積較大，進而導致車身與地面的距離過大[3]。因此，大多數商務客車以及城市客車在進行結構的設計時會采用承載式結構的形式。

3.3 承載式客車整體結構的分析

相比于基礎性的承載結構，整體性的車輛結構的設計較為復雜，整個客車的部件都對客車的承載壓力至關重要，一旦有一個部件使用不當就會滿盤皆輸，其使用的功效就會大打折扣，這種承載結構多適用于入口較低以及底部較低的承載式客車，其采用了從下至上的封閉環繞結構，相比于半承載式的車身結構，其受力形式也有所不同，底部的材質均為Q5265鋼，因為鋼結構的特殊性質，可以極大程度的提升其材料的利用率，再加上其車身的骨架也采用了同樣的材質，在提升其材料利用率的同時，也增加了其結構的穩定性。

4 案例分析

某旅行社商務客車在使用時，其車身以及與之相連的骨架處均出現了不同程度上的裂痕，尤其是在車身的尾部，其裂痕嚴重。經檢查，第一輛車的車程達到了6355公里，其車身的左側門立柱處以及其玻璃窗處出現了多處裂紋，第二輛客車的車程達到了16523公里，其右側門的立柱處以及門、窗玻璃的連接處均出現裂紋，第三輛車的車程為6596公里，與前兩輛車的情況有所不同，其尾部出現了裂紋。通過對上述三輛車進行安全檢查，發現其車身骨架的焊接處與車身外皮相連處均有不同程度上的裂紋，分析其裂紋形成的原因，進而對客車車身結構的傳力路線進行改良。

5 尾部出現裂紋的原因

5.1 結構傳力的理論分析

車身的傳力路線應選擇最短的路線，如果反其道而行之，會在一定程度上增加其傳遞的應力，就車身軸力而言，其效率要高于車身的彎矩，而車身所承受的軸向力相較于其承受的扭矩及彎矩，前者要優于后者，其承受的拉力也要優于壓力，如果比較桁架與矩形的結構，只有前者高于后者，才會有力于車身軸力的傳遞，從而提升其穩定性。與此同時，客車車身的骨架結構受力相對比較復雜，如果對其結構進行改良和優化，有利于提升其力的傳遞效率。一個車身良好的設計就要滿足以下條件，傳遞路線較短、元件的利用性高以及材料的利用率高等[4]。

5.2 車身尾部結構分析

傳統的車身尾部后排座椅的傳力路線如圖一所示，粗線條表示該車輛的載荷，虛線代表該車輛的傳力路線。其設計的流程如下：從車輛的座椅橫梁、側圍立柱、側圍縱梁直至下架，其所傳遞的力主要以扭矩及彎矩兩種形式而存在，其所傳遞的路線較長，再加上其傳遞的效率較低，從而導致其車身的骨架受力較為復雜。

該旅行社車輛尾部出現裂紋的原因在于其施加的力大于材料所能承受的外力，造成這種現象的原因有以下幾點：其一，通常情況下，車輛最后一排座位為5座，其承受了來自乘客的壓力、發動機以及車尾自身的重力[5]。除此之外，車輛在行駛的過程中也承受了來自重力加速度帶來的動載荷，在一定程度上增加了其承受的載荷。其二，傳統車輛尾部座椅處的結構形式較為單一，缺少來自于車身斜桿的支撐力，車身大部分的載荷都是通過車身兩旁的側圍立柱以及側圍的縱梁傳遞到車架本身。與此同時，車身發動機的結構設計過于簡單，只設置了少量的支撐桿，缺乏最基本的，用于改善車身性能的腹板結構，從而大大的降低了其自身的韌性。上述兩種都是導致車身裂紋的主要原因。

圖2 改進后的客車傳力路線

5.3 車身骨架尾部的結構改進

通過上述分析得知，如果在原來的基礎上對車輛結構進行改進，對車輛的后排座添加斜桿作為支撐，進而增加座椅處的穩定性，其改進的方案如圖二所示，實線用來表示載荷，而傳力路線則用虛線表示，在添加斜桿之后，形成了三角形的桁架結構，眾所周知，三角形具有一定的穩定性，故而在增加斜桿之后提升了其穩定性，而力的傳遞也主要以向心力的形式傳遞，實現了傳統路線的改進和創新，改進后的傳遞路線為，從座椅的橫梁到斜支撐桿，最后到達車架[6]。在對車身的尾部進行改進后，不僅縮短了傳統的傳遞路線，還在一定程度上促進了傳遞效率的提升，在減輕車身側圍立柱載荷量的同時，也有效的避免了車蒙皮與骨架之間裂紋的出現[7]。

6 結語

綜上所述，承載式客車車身骨架的尾部結構的穩定性，對整個車身的安全性至關重要，針對上述案例中車身、車尾部的裂紋原因進行分析，找到原因，對癥下藥，加以改進，在提升車輛結構穩定性的同時，也促進了車輛安全性的提升。本文首先詳細的概括了承載式客車結構，讓讀者掌握相關的理論知識，其次闡明了承載式客車車身骨架的結構特點，包括承載式客車產品結構特點、承載式客車的基礎承載式結構特點以及承載式客車整體結構的分析，接下來就某旅行社客車的使用情況進行分析，列舉了三種商務客車車身及車尾部位產生的不同程度的裂紋，并就其裂紋產生的原因進行詳細的分析，最后詳細的概括了尾部出現裂紋的原因，包括結構傳力的理論分析、車身尾部結構分析以及車身骨架尾部的結構改進。通過上述案例得知，承載式客車車身產生裂紋的原因在于車身自身受到外力的作用大于自身所能承受的外力，針對此原因，通過添加斜桿的方式，在縮短傳力路線的同時，也優化了車輛的性能，進而提升了車身的穩定性。