機場擺渡車車身結構輕量化設計

王祖文 徐赫男

摘 要：機場擺渡車主要用于機場乘客的短途轉運，多應用于大、中型機場中，機場擺渡車能夠在機場航班班次較多且機場廊橋無法滿足乘客登機時使用，通過使用機場擺渡車將旅客短途運送至遠處停機處進行登機。機場擺渡車是一種大承載量、低運速的短途運輸設備，在機場擺渡車的設計中通過采用輕量化車身設計將使得機場擺渡車在不改變發動機功率的同時能夠有效地提高機場擺渡車的運載系數，從而使得機場擺渡車在運行的過程中油耗率更低、污染排放更少。

關鍵詞：機場擺渡車；輕量化設計；車身

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

機場是能耗大戶，為了更好地響應國家節能減排的號召保護好自然環境，機場從節能減排方面考慮將要求機場的建筑和相關地面設備更多地采用輕量化的設計以使得機場地面設備能夠降低油耗和污染排放。本文將在分析機場擺渡車車身輕量化設計特點的基礎上對某型號機場擺渡車所使用的全鋁合金骨架和復合材料蒙皮等的車身設計進行分析闡述。

1 某型號機場擺渡車車身所采用的全鋁合金骨架輕量化設計

某型號機場擺渡車全長10m，其底盤采用的是進口三類底盤。在某型號機場擺渡車設計的過程中將在三類底盤的基礎上機場擺渡車的車身結構進行設計搭載，某型號機場擺渡車的車身整體屬于半承載式結構。某型號機場擺渡車車身所承載的力較小在骨架結構上可以采用6061T6型鋁合金拉伸彎曲成型，用以作為搭建某型號機場擺渡車車身骨架的基礎零件。某型號機場擺渡車車身在設計時可以分為擺渡車前骨架、后骨架、左側骨架、右側骨架以及地板骨架等幾個組成部分。各組成部分所使用的型材會由于結構需要而導致型材的截面和連接工藝有所側重。比如說：對于某型號機場擺渡車車身其前后車身骨架采用的是復雜三維曲面造型，為滿足結構需要在某型號機場擺渡車前后車身鋁合金型材的選取上需要選用具有對稱截面的鋁合金矩形管材料，在對鋁合金矩形管材料進行加工的過程中采用拉伸彎曲成型技術用以形成所需要尺寸的鋁合金零部件。對于各零部件的連接采用的是氬弧焊或是拉鉚工藝進行。

通過上述加工和連接工藝能夠有效地確保各彎曲鋁合金桿件之間的加工成型和牢固連接，對于因焊接高溫所產生的焊接變形問題可以通過采用非關鍵件鉚焊的方式予以消除，確保某型號機場擺渡車前后車身加工的精確度和可靠性。對于某型號機場擺渡車車身兩側的骨架以及頂骨架，在采用機場擺渡車車身輕量化結構方案進行設計和加工的過程中，由于某型號機場擺渡車車身兩側及機場擺渡車車頂骨架在設計、加工時需要考慮到機場擺渡車內飾安裝的需求，在機場擺渡車兩側車身骨架和頂骨架設計時要更加注重其結構強度和精度，用以確保后續加工質量。對于機場擺渡車車身兩側及頂骨架型材的選用上均應選用異形界面擠壓鋁型材，通過對型材進行拉伸彎曲成形，同時對機場擺渡車的截面進行優化設計，通過加強筋的作用最大限度地保障機場擺渡車車身的強度。在對鋁型材進行拉伸彎曲成型時為解決鋁型材的不對稱性需要使用專用的彎曲模具進行拉伸彎曲成型用以確保成型后的鋁合金型材具有良好的強度，同時拉伸固化成型還能夠對鋁合金自身的高回彈量以及非對稱的偏移產生足夠的補償，確保鋁型材的加工精度。

在各鋁型材的連接過程中需要使用航空鉚接技術進行鉚接連接，用以確保鉚接完成后的機場擺渡車車身骨架具有良好的整體性和骨架強度。通過使用鋁型材替代傳統的鋼結構骨架，在確保機場擺渡車車身骨架強度的同時將機場擺渡車車身的重量降低了約48%左右。在完成了對于機場擺渡車車身骨架的設計加工后需要將組成機場擺渡車車身的前、后、左、右、頂、底共計6個分車身骨架總成進行連接固定用以形成整體性的機場擺渡車車身骨架結構。在機場擺渡車車身分總成骨架連接的過程中可以采用3種不同的連接設計方案：

（1）第一種連接方案是首先處理底盤分總成與機場擺渡車底盤部分的連接，將在專用工裝上完成調平的機場擺渡車底盤分骨架總成吊裝到機場擺渡車底盤上進行連接固定后再在完成連接固定的底板骨架上進行車身四周側板骨架的定位夾緊，并在固定牢固后進行機場擺渡車車身頂板骨架的吊裝安裝。待到機場擺渡車車身6大分總成形成拼合狀態后對各分總成之間的連接進行測量調整，并在各分總成調整到位后進行夾緊完成機場擺渡車車身的拼裝。

（2）第二種方法是首先將機場擺渡車的頂板骨架與左右兩側的車身骨架采用三面立體鉚接，在鉚接的過程中使用“BOM釘+鋁合金擠壓頂角梁”的連接形式進行連接。采用這一形式的拼接方式將能夠使得機場擺渡車車身內各節點的受力更加均勻，對于機場擺渡車車身中受力較大的左右兩側可以通過與頂板的連接強化提高機場擺渡車車身整體的強度和剛度。

（3）第三種連接方式是首先將機場擺渡車頂板、前后、左右側車身骨架進行鉚接連接，連接采用“三維曲面仿形鋁合金鑄件作為支撐+結構抽軸鉚釘、環槽鉚釘、BOM釘”的連接形式。采用這一連接形式將能夠有效地確保機場擺渡車各受力最大節點處的應力分散均勻消除了機場擺渡車車身結構中的應力集中點，從而使得機場擺渡車車身能夠形成良好的整體性和可靠性。在機場擺渡車各分總成的加工制造中需要使用數控加工中心保證各鋁合金鑄件的加工精度，同時對于型材的拉伸彎曲加工需要確保彎曲后的型材能夠達到所需要的精度和結構強度，用以確保機場擺渡車車身結構的加工制造質量。

2 做好機場擺渡車內飾、蒙皮輕量化設計

在機場擺渡車蒙皮輕量化設計中應當大量采用復合材料制造用以取代傳統的鐵皮蒙皮，從而在減輕機場擺渡車車身重量的同時還能夠形成較為復雜、氣動布局好的結構外形。在對于機場擺渡車車身四周的蒙皮可以此使用3mm的RTM航空級材料及相應的加工和連接工藝，在降低重量的同時應以確保良好的連接強度。采用3mm的RTM航空級材料所制造的蒙皮將要比使用鋼所制造的1.2mm厚的車身蒙皮輕約40%左右，極大地降低了機場擺渡車車身蒙皮的重量。在機場擺渡車左右兩側共4扇艙門的選取上可以選用鋁合金艙門，在確保機場擺渡車艙門強度的同時比傳統的鋼結構艙門重量要輕約70%左右。對于機場擺渡車車頂的蒙皮可以采用厚度為1.8mm的FRP高強度玻璃鋼板材，由于頂板受力較小，使用玻璃鋼板材能夠具有良好的外形效果和保溫隔熱效果。由于機場擺渡車所采用的蒙皮重量輕、強度高在機場擺渡車蒙皮材料與車身結構骨架的連接過程中可以采用黏結工藝用以取代傳統的螺栓、螺釘、鉚接等的連接方式。采用復合材料作為蒙皮將相對于傳統的鋼板材蒙皮有效地減少約47%的重量。

在機場擺渡車地板材料的選取上首先應當確保地板的強度，由于機場擺渡車的車內面積約為23㎡左右，面積較大。在地板材料的選取上可以選用以復合蜂窩材料為主材。在機場擺渡車車身周身安全玻璃的選取上對于機場擺渡車車身兩側的玻璃可以選用厚度約為4mm的鋼化玻璃，由于玻璃的厚度比傳統客車玻璃的厚度小，能夠減少機場擺渡車玻璃重量的近1/4左右的重量。

結語

在機場擺渡車車身輕量化結構設計方案中，以車身骨架和蒙皮作為輕量化結構設計的重點，通過選用鋁合金型材和復合材料作為構建機場擺渡車車身骨架和蒙皮的主材將能夠有效地降低機場擺渡車車身的重量。通過降低重量能夠有效地降低機場擺渡車的油耗并顯著提高機場擺渡車的裝載比，提高了單位燃油的利用效率。

參考文獻

[1]趙來遠，阮浩欽.一種機場擺渡車輕量化車身方案.產業與科技論壇，2017，16 （4）：72-73.

[2]王海霞，湯文成.客車車骨架有限元建模技術及結果分析[J].機械強度，2002，24（1）：77-80.