摘要：随着经济进步、工业制造水平的提高，各客车厂对客车的结构、制造工艺、材料等发面进行了大量的改进，希望能研发出更轻、更安全的新型客车。本文就对客车铝车身结构优化设计进一步的分析和了解。
关键词：客车；铝车身；结构优化；分析
引言：
客车骨架结构由车身骨架和底盘车架组合连接而成，其连接方式主要是由车架结构形式决定的。铝车身客车骨架作为第二代车身技术，重量更轻、防腐性更好，普遍采用承载更好的全承载结构，采用栓接、铆接、焊接或者三者组合的制造工艺，指导优化设计，可以使整个骨架强度和刚度不低于钢车身结构的同时实现车辆降重。
一、客车铝车身结构连接分析
客车铝车身结构普遍采用栓接、焊接、铆接或三种方式组合的连接结构，各结构优缺点也比较明显。螺栓联接的优点是结构简单、型式多样、联接可靠装拆方便、成本低，缺点是在交变荷载下，易松动，制孔精度较高。焊接连接的优点是设备简单、生产效率高、焊缝强度高，密封性能好，而缺点是拆卸不方便。铆接工艺的优点是联接强度高，密封性能好，缺点是拆卸不方便、制孔精度高。客车每个部位都是由不同的材料组合而成，每个部件都有它不同的拆装难易程度、强度、韧度、不同的密封性以及抗损性能。所以这里对客车不同部位选择不同的联接方式来制作，通过优化组合达到车身骨架最佳的性能和最长的使用寿命。
铝合金具有良好的物理特性，密度2.7g/mm³，约为钢材密度的三分之一。其具有良好的传热性能和机加工性能，其表面形成的氧化膜可以起到较好的防腐作用，其较好的机加工性能可以比钢材更容易制造出结构复杂的铸件。另外，在车辆碰撞过程中，铝型材可以吸收较多的冲击力，接近钢材的两倍，因而全承载铝车身比钢车身具有更优越的碰撞安全性能。
铝材的栓接。栓接结构是车身骨架采用铝合金型材和专用连接件通过高强度螺栓连接，通过胎具定位，将连接角与立柱安装为一整体，横梁依靠连接角定位。具有整车强度高，对工人操作水平要求不高，整车变形量小，后续使用、维修方便、成本低等优点。但是因为此种连接结构采用较多的螺栓及连接件，连接件和螺栓的重量对整车影响较大，相比焊接等方式，减重难度较大。
铝材的铆接。铆接：铆接有冷铆和热铆，通俗的讲，铆接就是指两个厚度不大的板材，通过在其部位上打洞，然后将铆钉放进去，用铆钉枪将铆钉铆死，从而将两个板或者物体联结在一起的方法；在铆接过程中，利用自身变形或过盈连接被铆接件的零件；用于铆接的工具，俗称拉铆枪，根据动力类型，有电动、气动和手动几类。
二、客车车身结构设计
（1）客车结构的选型
公交车的造型是点线面的组合，以产生运动和稳重的感觉，并能体现城市形象。因此在造型上要注重整体性和变化性，运用重复与对比，营造和谐、亲切、稳定、平静的效果。造型总体上要稳重大方而又不失自信与时尚，整体风格要满足目标市场的审美。综合考虑开发成本、周期、美观性等各方面的因素以后最终决策采用时尚新颖的城市快速公交造型，前围中部可上翻，提高车辆检修方便性，两侧分体式大灯，减少客户后期维护成本，大曲面大视野前风挡可以保证充足的驾驶员视野。车蒙皮总成是承载客车车身造型的主要构件，本次前围蒙皮采用冲压成型工艺制作，可以提高构件的抗弯刚度和碰撞强度，并使外观圆角化，美观性较好。
（2）车身总布置分析
每种客车的设计，总是从总布置开始的。车身总布置作为中间最主要的一个环节，是从造型方案最终确定、底盘方案布置图基本确定开始，到整车总布置方案通过评审终止。其应满足安全、环保和其他法规要求及国际惯例。应满足车辆的功能要求和具有足够的强度和刚度，其他的功能和性能应达到车身设计的要求。
（3）骨架设计原则
对于车身的结构，需要认真研究车辆结构设计部分的设计，其设计的好坏将直接影响车辆的性能，如轻型车辆的舒适性，结构的安全性、车辆经济性。为载荷传递的连续性，客车骨架应尽可能的采用“闭环”设计。比如顶横梁与侧窗柱严格一致，侧窗柱和侧舱柱应尽可能对齐，因结构限制无法直接对齐的应加斜撑或直梁，避免局部形成剪力对骨架造成破坏性影响。
整车骨架分为顶盖骨架、左/右侧围骨架、前/后围骨架、车架/地板骨架（注：车架一般认为是底盘结构件，不属于车身总成，与其他五大片构成整车骨架，是整车结构中非常重要的一部分，本次研究主要研究铝车身结构的性能，车架采用高强度钢减重结构）六大片。总体制造工序为：先进行六大片的单独连接，然后六大片合装，最终形成整车全承载骨架结构。
（4）顶盖骨架建模
顶盖骨架除去各安装支架外，总体为平面结构，为考量到减重，非主要承载的型材要采用小规格薄壁件，根据安装支持作用采用上面或者下面平焊接，比如风道、扶手、监控探头、喇叭固定件要下面平，空调固定件、蒙皮支撑件、电池安装件等要上面平焊接。首先要根据侧窗立柱的位置来大体确定顶横梁的位置，顶横梁要和窗立柱上下对齐，形成封闭环结构，这种结构传力效果最好。
顶置电池处单独设置电池安装支架，整个支架作为一个整体布置在大顶边纵梁骨架上，电池不直接固定在顶盖骨架上，这样可以减少顶横梁的数量，减轻顶盖骨架重量。电池安装位置处顶横梁采用整体挤压截面横梁，提高整体性能，可以减少焊缝/连接点，另外采用腹板减重孔达到减重与走线的目的；顶盖边梁采用整体挤压异性大截面铝型材结构，作为主要的承力结构，并且此异型材还可兼具瓦楞铁的作用，见下图；
（5）侧围骨架建模
侧围骨架是客车车身结构的主体，是车身高度方向的主要承力和传力部件，它将车身的大顶和底盘连接成一个整体。对于公交车来说，右侧要开至少两个乘客门，方便乘客上下车，故右侧围骨架比左侧围骨架除了前后轮区域外还多了乘客门这两个应力集中区，且车型采用右侧三开门设计，顶置电池和空调的重量都很大，应力集中点更多，也是本次设计的难点。设计时要在侧围骨架侧窗下部增加足够的斜撑，充分利用三角形桁架的优秀力学性能，降低侧围骨架的扭转和弯曲变形量。
（6）车架建模
车架横梁与纵梁的连接是车架设计时最重要的方面，对于低地板车架的低地板区域来说，为了满足连接强度，需要在中底板纵横梁连接的上下翼面增加加强板连接，加强板上开孔，增大连接面积，降低连接应力，提升抗扭和抗弯性能。另外车架悬架区域为高负荷区，在悬架支座传力处应有加强梁或者其他抗剪力的结构，该处纵梁不要出现对接。车架横梁与纵梁之间要增加斜撑加强，提高整体强度和抗扭刚度。
结束语：
综上所述，骨架是客车上承载部件，车辆所受到的各种载荷最终都会传递给整车骨架，因此，骨架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。分析对骨架结构进行优化，可以提高整车的各项性能，降低骨架重量，降低设计与制造成本，增强市场竞争力。
参考文献：
[1]陈文弟.客车制造工艺技术[M].北京：人民交通出版社，2002：1-97.
[2]黄天泽.客车安全技术[M].长沙：厦门大学出版社，2015：21-35.
[3]GB 50429-2007，铝合金结构设计规范[S].北京：中国标准出版社，2007.
论文作者:郭晖
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：骨架论文; 结构论文; 车身论文; 客车论文; 车架论文; 整车论文; 横梁论文; 《基层建设》2019年第17期论文;