淺談鋁合金在電源車車廂上的應用

陳煒鑫 呂桂林 林卡 羅志清

摘 要： 本文針對電源車重量無法在設計前準確計算的問題，對其承載車廂進行結構和材料分析，并以此為基礎闡述鋁合金在電源車車廂上的應用情況。

關鍵詞： 電源車；車廂；鋁合金；重量控制

0 引言

由于客戶不同的訂制需求，同功率段應急電源車的配置多變，導致重量多變，從而影響整車重量及與公告不一致，會出現不滿足機動車輛行駛要求，以及無法上牌等問題。當整車重量偏輕時，可以通過增加配重塊等方式解決。然而，當出現整車超重時，就必須考慮減重問題。一般的解決方法是減少車內設備配置或者對車廂進行輕量化設計，前者會導致原定的設計參數性能大打折扣；后者一般采用全鋁車廂代替現有的鋼制車廂，這種方式雖然也可以達到減重的目的，但將大大增加整車的成本。綜上，本文通過分析電源車各個組成部件的功能和重量，得出可更替為鋁合金材料的部件，采用鋼鋁混合車廂的方式，從而達到控制整車質量的目的。

1 總體架構

現有客戶需求一款400kW電源車，經過初步計算，總質量（m1）16000kg，整備質量（m2）15805kg的電源車能滿足要求，主要由底盤車、發電機組、車廂系統、電纜絞盤組成。重量清單如下表1：

經核算m= m3+ m4+ m5+ m6

=5425kg+4150kg+1860kg+4690kg

= 16225kg

根據GB7258規定，專用車實車重量需要控制在整備質量±1%以內，根據以上數據可得：（m- m2）/ m2*100%=（16225kg-15805kg）/16225kg*100%=2.59%>1%，不符合機動車安全行駛規范，需要減重至少：

m- 101%m2=16225kg-15963.05kg=261.95kg才能符合要求。

2 減重方案選擇

電源車主要由底盤車、發電機組、車廂總成、電纜組成，其中底盤車、發電機組、屬于外購件，廠家不可能接受小批量定制，所以制定減重方案的時候不予考慮；電纜截面積將直接影響到應急電源輸出的安全性， 因此也不予考慮。綜上，應對車廂進行輕量化設計以實現整車減重的目的。

2.1具體設計方案

2.1.1車廂系統組成分析

現有車廂系統，主要是由廂體、操作間、降噪、電氣元器件組成，它們的重量清單明細如下表2：

對現有車廂進行結構和材料分析后，可得出以下結論：

（1）副車架16#槽鋼，底架8#槽鋼，后圍車廂采用Q235折彎件，前圍、左右側圍，頂棚采用方管型材，整車采用Q235蒙皮，重量占比大，減重空間大。

（2）操作間主要是由重量輕便的桌椅、沙發、木質軟包內飾組成，重量占比小，減重空間小。降噪涉及到環保，重量占比小，現有技術暫無更輕便降噪效果更好的方案，如果要開發，投入大，效益低。

（3）電氣元器件優劣決定車輛使用過程中安全性，不宜簡配。

2.1.2 廂體分析

現有廂體結構，主要是由底架、前圍、后圍、側圍、頂棚六大片組成，再增加檢修門、進排風百葉窗、隔斷、下裙邊等附帶一定功能的部件組成。

底架需要承受在車輛行駛過程中車廂上所有部件的各類應力， 因此在輕量化設計的同時需要考慮強度問題，這樣在設計時就應考慮型材開模結構應力集中處需要比鋼材料更復雜的模型，型材替換時取同等屈服強度材料質量的2/3，板材作為人踩踏及密封防護作用，材料厚度可保持不變，所以材料質量為原來的1/3，可作為最末選擇。

前圍、后圍、側圍、頂棚、隔斷等作為搭建保護發電機組防護的主要配件，對剛度還是有一定要求，型材開模的時候需要一定的加強槽，材料替換時取1.5倍質量5系列鋁合金，板材作為密封防護作用，但需要考慮外觀平整度，厚度為原來1.5倍，所以材料質量為原來的1/2，可作為次級選擇；檢修門、進排風百葉窗、下裙邊等，作為帶一定輔助功能的車廂掛件，對強度無要求，僅對它用于制造車廂所要求的如防水、防塵、防腐蝕等有一定的要求，這恰好是鋁合金比鋼材料更優秀的一面，是車廂采用鋁合金化的最優選擇，考慮到外觀平整度，厚度為原來的1.5倍，材料可替換為1.5倍3系列的鋁合金材質。

以下是廂體部件所用的主要材料及相應替換鋁合金材料及重量的對照表：

通過以上表格可知，如果廂體材料均用鋁合金材料替代，將減重1657.5kg，由于只需要減重261.95kg， 所以只要將第三類的采用3系列鋁合金減重486.5kg， 即可滿足減重需求。

3 結束語

本文通過全面、深入的分析電源車組成及各部件的特性，從而得出廂體材料替換表，進而實現了對整車的質量進行控制，使之符合相關法規要求。

參考文獻

[1] 喬維高，田澤文，管群生。專用汽車結構與設計[M]，北京：北京大學出版社，2010.

[2] GB 1589-2004， 《道路車輛外輪廓尺寸，軸荷及質量限值》[S].

[3] GB 7258-2014， 《機動車運行安全技術條件》[S].