電池防撞梁的結構分析及優化設計

文/劉 超（安徽安凱汽車股份有限公司）

隨著電動公交客車的普及，保護電動公交車搭載的動力電池的電池防撞梁應運而生。

由于安裝動力電池時需要先將防撞梁拆下，安裝完成后再將防撞梁裝上，所以電池防撞梁必須滿足活動、可拆卸的要求。為優化電動客車電池防撞梁的設計，本文對現有的客車電池防撞梁進行結構分析并優化，設計出合適的電池防撞梁結構。

一、現有客車電池防撞梁結構

現有常用的防撞梁結構外形和“工”字很類似，稱之為工字型防撞梁，圖1 為防撞梁安裝完成以后的示意圖。

圖1 現有防撞梁安裝示意圖

安裝時先將底部的下預埋支架（31 號件）和底架橫梁（32 號件）提前焊接在車身上，車輛進入裝配工位后先將動力電池固定安裝好，待線束裝配完成以后將活動梁總成（20號件）通過螺栓固定在下預埋支架和底架橫梁上（參見圖1、圖2）。

圖2 現有工字型防撞梁結構示意圖

活動梁總成（20 號件）由2 個上安裝支架（21 號件）、2個立柱（22 號件）、2 個筋板一（23 號件）、4 個筋板二（24 號件）、1 個橫梁（25 號件）、2 個下安裝支架板（26 號件）組成（具體見圖3）。立柱為40mm×30mm×2mm 規格的Q345矩形管，筋板一和筋板二為4mm厚20 號鋼板剪切件，作用是加強立柱和下安裝支架板；連接橫梁為規格40mm×30mm×3mm 的Q345 矩形管。上安裝支架為20 號鋼板（4mm 厚）折彎件，上開有腰型孔；下安裝支架板為20 號鋼板（4mm 厚）切割件；下預埋支架為20 號鋼板（4mm 厚）折彎件，上開有腰型孔；底架橫梁為規格30mm×30mm×2mm的Q345 矩形管，在兩側開有圓孔。

圖3 活動梁總成（20 號件）結構示意圖

二、現有客車電池防撞梁存在的問題

現有的客車電池防撞梁中活動梁通過8 個螺栓固定到車身上，螺栓緊固對裝配位置的裝配面平面度公差有要求，對安裝孔同心度也有要求。8 個螺栓在裝配的過程中存在螺栓定位相互限制的情況，且車身底架上預埋的4 個支架和活動梁支架都由焊接完成，焊接過程本身就存在焊接應力變形，加上技術狀態經常變化，無法配備工裝焊接，所以防撞梁在裝配的過程中由于焊接誤差過大經常出現最后1～2 個螺栓安裝困難的情況。

鑒于以上原因，需要對現有的客車防撞梁進行再優化設計。優化主要分三個方向：一是保證防撞梁結構強度的情況下減少緊固螺栓數量；二是減少焊接件數量，降低焊接變形；三是調整局部緊固螺栓裝配自由度方向，減少緊固螺栓自由度的相互限制，保證活動梁順利快速裝配。

三、優化后的客車電池防撞梁結構

優化后的工字型防撞梁上部的安裝方式進行了改進，安裝時先將底部的上預埋支架（61 號件）和下預埋支架（31號件）提前焊接在車身上，車輛進入裝配工位后先將動力電池固定安裝好，待線束裝配完成以后將活動梁總成（50 號件）通過螺栓固定在上預埋支架和下預埋支架上（見圖4）。

圖4 優化后的工字型防撞梁結構示意圖

活動梁總成（50 號件）由2 個安裝立柱（51 號件）、2 個下安裝支架板（52 號件）、1 個橫梁（25 號件）組成（具體見圖5）。安裝立柱（51 號件）為規格40mm×30mm×2mm的Q345矩形管，上部開有安裝通孔，下部割有小缺口便于和下安裝支架板緊密貼合；下安裝支架板（52 號件）為20 號鋼板（4mm 厚）折彎件，開有安裝孔；上預埋支架（61 號件）為20號鋼板（4mm厚）折彎件，開有安裝腰孔。

圖5 活動梁總成（50 號件）結構示意圖

四、結語

優化后的工字型防撞梁將防撞梁上部的安裝方式由雙螺栓固定優化為單螺栓固定，減少安裝螺栓自由度限制的同時進一步降低了生產成本；同時改變了上部螺栓的限定的自由度，使防撞梁上、下安裝螺栓限定的自由度最大限度不重復，提升了車間現場防撞梁的裝配效率；將活動梁總成下部的安裝支架由平板更改為折彎件，取消了焊接的加強筋板，減少了物料和焊接量，從而降低了生產成本。