客車車身骨架構造與優化分析

劉合峰 肖以順 馮正明

摘 要：在當前我國經濟快速發展的今天，人們對交通工具的需求也在逐漸提高，傳統的客車以其快速平穩的優勢越來越受到人們的歡迎，且這一交通工具本身的靈活性較強，能夠適應各種路況。但在客車承載著大量運輸工作的同時，人們對客車的安全性能重視程度也在逐漸提高。由于客車的骨架結構影響，其在整個客車的性能方面提升具有重要意義。

關鍵詞：客車;骨架結構;優化

中圖分類號：U469.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-73-03

Abstract： In the current rapid development of China's economy， people's demand for transportation is also gradually increasing. Traditional passenger cars are more and more popular with people because of their fast and stable advantages， and the flexibility of this vehicle itself is strong. Can adapt to various road conditions. However， while the passenger car carries a large amount of transportation work， people pay more attention to the safety performance of the passenger car. Due to the influence of the skeleton structure of the passenger car， it is of great significance in the performance improvement of the entire passenger car.

Keywords： Passenger car; Skeleton structure; Optimization

前言

對于當前的客車結構優化，其是大部分客車生產廠家最注重的問題，通過對客車骨架結構進行優化，一方面能夠提升客車的使用性能，同時還能夠保證客車運行更加平穩和舒適。輕量化作為當前客車骨架設計中的主要因素，其在降低成本和提升性能方面具有重要意義，我國的客車生產常見在進行設計的過程中往往采用的是傳統的設計方法，這就使得客車的骨架在重量和受力方面存在著一定的不合理性，從而影響客車的使用壽命。對此，通過對客車骨架進行分析和優化，能夠為客車的使用和發展創造更好的條件。

1 客車骨架結構的研究及其意義

為了提升人們在交通和物質運輸中的效率，提升客車使用人員的安全性和穩定性，客車需要不斷創新和發展，從而提升自身的使用價值。客車的車身骨架是整個客車中最重要的組成結構，在承載方面占據著重要的作用，同時由于客車使用環境的多變性，使得其骨架結構需要經歷多種環境變化，如何對客車骨架結構進行優化，提升其運行和使用效果，是客車創新工作中的重點。

2 客車車身骨架結構的分析

2.1 客車車身骨架強度分析

伴隨著人類數量的增加，客車的載客數量也在逐漸提高，而對于特殊經濟發展的區域，客車的行駛路況也在逐漸復雜多變，加上道路質量的不同，使得客車在使用過程中的承載能力也有了更高的標準。對于客車的車身骨架強度，其在車市結構分析中占據重要意義，強度的好壞對客車的使用效果具有直接的影響，同時也能夠影響客車車身骨架的成本，還包含了客車使用過程中乘客的安全性等，這些都是客車強度的重要影響因素。因此，在進行客車設計和生產的過程中，骨架的結構設計強度是非常重要的參數。而骨架強度的分析則需要對客車的使用環境等進行全面的調查，結合當前的道路法規以消費者得到需求，這樣才能保證客車的使用效果。基于這些因素的影響，使得客車的車身骨架強度工作屬于客車設計和使用中的重要影響因素，在對車身骨架進行有限元模型的建立時，設計人員需要對所有的部件應力等進行全面的校準，然后在這些數據基礎上制定設計標準，這是客車車身設計中的重要內容，同時也是降低成本的主要方向。

2.2 靈敏度分析

靈敏度的分析是一項能夠幫助設計人員對整個客車進行系統性影響的重要屬性，通過對客車進行靈敏度分析和優化，能夠為設計人員提供進一步的優化性能。在車身結構中，ui和xj是進行優化設計的重要環節，通過這一參數的確認，能夠幫助其更好的提升客車的優化效率。而對于車身的結構性能參數，其同車身靈敏度之間具有一定的函數關系，方便進行車身的優化。通過計算機軟件能夠建立車身骨架靜力剛度的有限元模型，在分析的過程中通過相關參數的調整能夠獲取更加準確有效的參數標準，提升設計優化的效果。而對于質量靈敏度較大的客車車身設計，其通過扭轉剛度等較小的桿件能夠進行適當的增厚。通過現有的客車材料，靈敏度的設計能夠最大程度上提升客車的使用性能，這對我國的客車行業發展具有重要意義。[1]

2.3 車身骨架結構振動分析

由于客車行駛過程中遇到的各種環境不同，像坑洼或者急轉彎等情況，這些都會使客車產生一定程度的振動效果。而振動中的共振能夠對共振事物造成最大程度的損傷，像客車振動頻率和乘客一致時，其會對乘客造成一定的身體不適，從而影響乘客的體驗。[2]另外，若客車在使用過程中振動幅度過大，其也會造成乘客和貨物無法有效固定，這會使得乘客或者貨物的安全受到較大的影響。因此，在進行車身骨架結構設計時，需要對骨架結構的振動進行充分的考慮，充分結合懸架和衡量等影響，同時還需保證車身骨架結構的振動更加符合人性化設計，避免片面的追求成本，而放棄客車的舒適性，這樣才能夠不斷促進客車的車身優化設計。此外，振動設計時還需要將發動機以及其他零件的工況考慮其中，模擬不同振動情況下的客車使用效果，選擇最佳的振動效果。通過對這些設備和參數進行收集整理，能夠建立最佳的骨架振動模型，然后結合相關的設計標準和要求，對所有重要部件的振動頻率進行調整，以便達到最佳的振動效果。

3 客車骨架結構優化研究

3.1 特殊截面優化

通過有限元的分析計算可以發現，對于客車車身進行骨架結構設計時，一些零件的剛度往往會被忽略掉，這使得客車的設計在完成了強度和振動等校準工作之后，其在某些零件方面仍然存在著較大的截面設計缺陷，造成一些優勢能力只能面臨著取舍。對于這些參數的取舍，往往會因為一些處理不當而造成整個客車的使用受到較大的影響，像玻璃壓壞和車門開關困難等，這些問題對客車的使用性能具有較大的影響。而在對車身骨架結構進行有限元分析之后，還需要結合對應的剛度設計以及校準工作，這樣才能夠保證客車的車身結構設計符合標準。對于客車使用過程中容易出現變形的零件，在對其進行校準的同時還需要對另加的強度和振動等因素進行調整，并對截面進行合適的調整，最大程度上提升其強度和使用質量，滿足客車的標準。像對于L型截面，可以根據需求將其設計成工字型截面，并根據零件的需求對其參數進行調整，這樣才能夠更好的滿足需求。最后，在所有的保障工作完成后，可以在允許的范圍內進行調整，保證客車使用的所有零件之間的匹配性。[3]

3.2 車身側圍結構優化

隨著人們對環境保護的重視程度提高，各行各業也在逐漸進入到環境保護中，節能是環保的重要對策，其能夠最大程度減少正常生產生活中的能源消耗，從而維護當前重要的生態環境。對于客車的設計工作，輕量化的車技理念是一種重要的措施。對于客車的車身，其大部分采用的是鋼材，這種材料本身具有彈性形變，在使用過程中能夠更好的應對各種外力影響。對于客車的使用，最好的車況是在平直公路上勻速行駛，這是需要對其彎曲工況進行充分的考量，這是由于在彎曲工況下會造成車身骨架產生一定的彎曲變形，影響其正常功能。通過相關數據分析可以得知，對于車身的頂蓋骨架橫梁數目，其可以不斷進行優化設計，特別是在材質和質量發生改變之后。[4]而對于車頂，其結構大部分是采用矩形，而三角形的設計是最佳標準，這樣可以通過合理的結構設計來提升車身的輕量化設計效果，但實際如何需要結合后續的實踐進行具體的確認。對于客車的車身側圍優化設計，其能夠對整個車輛的行駛性能進行提升，同時降低車輛的成本，這是當前客車車身設計中的重要內容。

4 總結

綜合上述所說，對于客車的骨架結構，其在整個客車設計中占據著非常重要的地位，是保證客車行駛安全和舒適等的重要影響因素。因此，需要加強對客車的骨架結構設計優化，包括強度、剛度和振動頻率等，通過這些方面內容的綜合提升客車骨架結構的優化。

參考文獻

[1] 王文甲，吳長風，張勇，沈劍云，盧琳兆，沈斯哲.客車骨架局部結構的多工況拓撲優化設計[J].客車技術與研究，2018，40（01）：26-29.

[2] 左文杰，馬洪剛，桂春陽，李行.動靜剛度約束下客車骨架的輕量化設計[J].華南理工大學學報（自然科學版），2017，45（08）：7-12.

[3] 張鵬，劉炳雷，冷峻.大客車骨架設計與優化[J].南方農機，2017，48 （12）：27-29.

[4] 吳成平，鄧正維，徐彩明，蔣云鵬，楊希志.輕型商用車車架縱梁及總成性能研究[J].汽車實用技術，2019（19）：110-112+118.