客車鋁合金艙門設(shè)計(jì)和裝配研究

趙前進(jìn)　閔生　張巧巧

摘 要：本文研究設(shè)計(jì)了一種客車艙門總成新結(jié)構(gòu)，主要包含：一種輕量化無骨架艙門結(jié)構(gòu)，取消現(xiàn)有骨架，采用鋁合金加強(qiáng)網(wǎng)格板提高強(qiáng)度，滿足整體強(qiáng)度和輕量化要求;開發(fā)了一種滑槽型鋁腰帶艙門安裝結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了一種鉸鏈預(yù)安裝與艙門預(yù)定位裝配方法，使艙門能快速、簡單定位安裝，大幅提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：鋁合金艙門 輕量化 鋁腰帶 鉸鏈

Research on Design and Assembly of Aluminum Alloy Hatch for Bus

Zhao Qianjin Min Sheng Zhang? Qiaoqiao

Abstract：This paper studied and designed a new structure of bus door assembly， which mainly included： a lightweight skeleton less hatch structure， canceled the existing skeleton， and used aluminum alloy reinforced grid plate to improve the strength， to meet the overall strength and lightweight requirements;a chute type aluminum belt hatch mounting structure was developed， and a method of hinge preinstallation and hatch preposition assembly， so that the hatch could be positioned and installed quickly and simply， and the production efficiency was greatly improved.

Key words：Aluminum alloy hatch; Lightweight; Aluminum belt;hinge

1 前言

客車艙門是客車外飾的重要組成部分，按材質(zhì)主要鐵、玻璃鋼及鋁合金艙門。鐵質(zhì)門成本低， 生產(chǎn)工藝采用點(diǎn)焊及包邊連接，重量高、安裝勞動強(qiáng)度大;玻璃鋼門成本介于鐵艙門與鋁合金艙門之間，效率低，勞動環(huán)境惡劣;鋁合金艙門價格最貴，但具有良好塑性和抗蝕性、重量輕，生產(chǎn)工藝采用粘接及氬弧焊焊接方式，效率高，行業(yè)應(yīng)用最廣泛。艙門按開門形式可分為上移門和上翻門，上移門主要采用四連桿機(jī)構(gòu)，存取行李更加方便，成本較高，適用于豪華車型;上翻門主要使用各生產(chǎn)廠家自主設(shè)計(jì)鉸鏈， 采用圍繞一個軸心運(yùn)動，可定制化生產(chǎn)，是行業(yè)應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。[1-2]

上翻式鋁合金艙門總成主要分為主體門及其安裝結(jié)構(gòu)，現(xiàn)狀如下：主體門主要采用鋁合金骨架加強(qiáng)門板結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)限制很難裝配和調(diào)試，容易漏水且外觀美觀度差。目前李渤江等[3]從艙門密封結(jié)構(gòu)著手，結(jié)合艙門焊接工藝、膠密封工藝、艙門安裝調(diào)整工藝，環(huán)環(huán)相扣，但僅從安裝工藝很難杜絕漏水問題，需從設(shè)計(jì)源頭上革新。艙門安裝結(jié)構(gòu)主要有橡膠鉸鏈、單軸T型或Y型簡易鉸鏈安裝、單軸手槍型鉸鏈與鋁腰帶安裝，王友良、郭振福、謝龍等[4-6]從企業(yè)制造工藝實(shí)際出發(fā)，分析了現(xiàn)有橡膠鉸鏈、綜合合頁式鉸鏈、連桿鉸鏈、單軸鉸鏈等各種鉸鏈的優(yōu)缺點(diǎn)及安裝方案，為企業(yè)設(shè)計(jì)選型參考提供了相關(guān)參考作用;于敬平等[7]重點(diǎn)介紹了單軸鉸鏈，受結(jié)構(gòu)限制對員工技能要求高，已成為瓶頸工序。

基于上述現(xiàn)狀，本文將從應(yīng)用最廣泛的上翻式鋁合金艙門總成作為研究對象，以解決艙門成本高、裝難配調(diào)試、易漏水的問題。

2 艙門主體輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)一種新型無骨架輕量化結(jié)構(gòu)艙門，通過革新艙門加強(qiáng)結(jié)構(gòu)取消現(xiàn)有骨架，并全部替代傳統(tǒng)2mm厚6系列和5系列鋁合金材料，采用1mm厚7系列鋁合金加強(qiáng)網(wǎng)格板設(shè)計(jì)門板，滿足艙門所需整體強(qiáng)度并達(dá)到輕量化要求。

主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1，其中1為取代傳統(tǒng)骨架結(jié)構(gòu)的鋁合金加強(qiáng)網(wǎng)格板，2為兩側(cè)加強(qiáng)板，主要加強(qiáng)兩側(cè)邊緣部分，并與艙門膠條配合密封，3為門板，4為鎖盒，5為裝配銷，相互之間通過專用粘接膠粘接在一起。其中艙門加強(qiáng)網(wǎng)格板結(jié)構(gòu)詳見圖2，取代傳統(tǒng)骨架的關(guān)鍵部分，主材為1mm厚7系列鋁合金材料，圖中關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸如下：A、C為加強(qiáng)筋尺寸，B、D、E為定位尺寸，F(xiàn)、F1、F2為減重加強(qiáng)網(wǎng)格板孔距陣尺寸。

2.1.1 實(shí)施方式

新型無骨架輕量化艙門的核心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為加強(qiáng)網(wǎng)格板，為取代傳統(tǒng)骨架的關(guān)鍵部分，采用1mm厚7系列鋁合金材料，尺寸長度不能低于門板80%，寬度不能低于門板90%，保證加強(qiáng)面積符合門板整體強(qiáng)度需求;特征中加強(qiáng)筋尺寸A為50-60mm、C為10-15mm、B為70-80mm、D為30-40mm、E要小于鎖盒尺寸;F為直徑6-10mm減重網(wǎng)格孔，F(xiàn)1、F2為格板孔距陣尺寸均15-20mm，減重網(wǎng)格孔數(shù)量根據(jù)實(shí)際門板密封和艙門減重需求設(shè)置，但孔總面積不能超過整體加強(qiáng)板的10%，確保加強(qiáng)強(qiáng)度滿足需求。兩側(cè)加強(qiáng)板，采用1mm厚7系列鋁合金材料，主要加強(qiáng)2側(cè)邊緣部分，與艙門膠條配合密封使用;門板，采用1mm厚7系列鋁合金材料，與網(wǎng)格加強(qiáng)板組成艙門本體;鎖盒和裝配銷為常用裝配零部件，與車身固定使用。

3 艙門安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配方法

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)一種滑槽式鋁腰帶安裝結(jié)構(gòu)，并用元寶形固定件穿插進(jìn)鋁腰帶的滑槽中，艙門可以直接固定在元寶形固定件上，詳見圖3，其中包含：1扇形腰梁、2車身側(cè)圍蒙皮、3鋁艙門、4艙門單軸鉸鏈、5滑槽型鋁腰帶、6密封膠條、7元寶型固定件。鋁腰帶造型可根據(jù)實(shí)車實(shí)際情況來開模，從而適應(yīng)各類車型;上翻門及平移門均可用此結(jié)構(gòu);鋁腰帶滑槽位置可根據(jù)實(shí)際艙門大小和重量來制定造型，如艙門過重，滑槽位置可加厚或者內(nèi)彎來加強(qiáng)自身強(qiáng)度;此滑槽結(jié)構(gòu)有利于模塊化和通用化設(shè)計(jì)。

3.2 裝配方法

采用鋁腰帶在Y向上預(yù)開通孔的方式，將所有艙門鉸鏈預(yù)裝入鋁腰帶，再利用鋁腰帶基線為定位基準(zhǔn)確認(rèn)后端鉸鏈在Z向上的定位尺寸，并采用特定預(yù)緊力矩再將后端鉸鏈固定在鋁腰帶上，使其與鋁腰帶貼合完成艙門預(yù)定位且為艙門提供預(yù)掛力，僅需一人將艙門掛入已定位鎖緊的鉸鏈，再用手將艙門前端鉸鏈滑入艙門安裝點(diǎn)即完成掛門作業(yè)，根據(jù)要求單人調(diào)整鉸鏈即可，可徹底解決側(cè)艙門安裝效率低的問題。詳細(xì)過程如下：1）首先，根據(jù)已確定開發(fā)好的滑槽式鋁腰帶安裝結(jié)構(gòu)，先按照要求在滑槽型鋁腰帶立柱導(dǎo)水槽位置開流水孔，以便艙門開啟時落下的水滴或者洗車、下雨中的積水順導(dǎo)水槽流至流水孔排出車外。2）其次，計(jì)算好一根鋁腰帶上要安裝的艙門數(shù)量，穿入對應(yīng)數(shù)量的元寶形固定件（固定件數(shù)量為艙門門板數(shù)量的2倍）;再將鋁腰帶按照圖紙位置鉚接至車身側(cè)圍橫梁處，并用密封膠進(jìn)行密封處理，然后將鉸鏈和緊固緊栓連接后穿入鋁腰帶的通孔中，根據(jù)艙門質(zhì)量、開閉行程等計(jì)算出鉸鏈緊固螺栓力矩，設(shè)置動態(tài)力矩30N.M專用定扭工具。3）最后將預(yù)裝好的艙門門板用M6螺栓將鉸鏈固定在元寶形固定件上，元寶形固定件按照艙門實(shí)際鉸鏈位置去調(diào)整，預(yù)緊固前端鉸鏈的螺栓，使用鉸鏈緊固并具有預(yù)掛力;預(yù)緊之后，調(diào)整艙門外觀質(zhì)量，達(dá)到要求后緊固M6螺栓;在鉸鏈定位螺絲孔位置增加定位螺絲，進(jìn)一步加強(qiáng)滑槽方向定位;最后卡接密封膠條時，腰帶最下端作為艙門上止口，直接卡緊龍骨膠條即可。

4 結(jié)論

本文研究設(shè)計(jì)了一種客車艙門總成革新結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)艙門總成，重量降低約50%，生產(chǎn)和裝配效率提高100%以上，綜合成本降低約60%，小結(jié)如下：

1）一全新輕量化無骨架艙門結(jié)構(gòu)，通過革新艙門結(jié)構(gòu)取消現(xiàn)有骨架，采用鋁合金加強(qiáng)網(wǎng)格板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，滿足艙門所需整體強(qiáng)度并達(dá)到輕量化要求。

2）開發(fā)了一種滑槽型鋁腰帶艙門安裝結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了一種鉸鏈預(yù)安裝與艙門預(yù)定位安裝方法，使艙門安裝能快速、簡單定位，掛門、調(diào)門整個過程可以單人作業(yè)，大幅減少作業(yè)時間和人工投入，徹底解決側(cè)艙門安裝效率低的問題。

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