低入口城市客车底盘底架的设计

低入口城市客车底盘底架的设计城市客车是我国城市公共交通的主要载体。近年来，随着国家和各级政府对发展城市公共交通支持力度的不断增大，以及北京和上海成功申办奥运会、世博会所带来的巨大商机，我国城市客车的更新速度加快，档次逐渐提高。2003年10月1日建设部公布执行的《城市客车分等级技术要求与配置》中首次将城市低地板客车列入了部颁标准，我公司在2003年至2004年间也相继成功研制出低入口及低地板城市客车并推向市场。本文在此基础上着重分析低入口底盘底架的结构和特点,阐述其设计要点。低地板城市客车已在欧美等发达国家广为应用，在我国则刚刚处于起步阶段。德国ZF公司开发的城市客车底盘专用的低位前轴、前轮独立悬架，以及低位后驱动桥总成，在90年代初即已在欧洲得到广泛采用，从而使公交车的地板高度得以降低到最低限度320~360毫米。其前门及中门处均与车内地板平齐，取消了车门台阶，前走道及中段地板形成平坦通道，轮椅车及婴儿车都可方便地进出车内，中段还留出空间用于停放轮椅车，并有挂钩可将轮椅车定位，避免轮椅车在公交车行进中出现前后窜移或摇晃。而低入口车与低地板车的区别主要在于底盘底架的后桥区域：低入口车仅在前门与中门（后轴前）的地板区域为一级踏板，其在后桥区域通过1～2级台阶踏步与前段地板通道相连；低地板车则是从前轴前到后桥后的地板通道保持一级踏步或在后桥区域以斜坡过渡方式保证地板通道的连续性，一般在其后桥后可以加开第三乘客门。国外先进低地板车有采用轮边驱动技术则可完全实现全车地板均为一级踏步。就国内公交市场来看，低入口车比低地板车更适应目前公交市场现状。首先是低入口车与低地板车相比其一级踏步平的平地板面积相差无几，而后桥后区域通过合理布置同样可以充分利用；其次低入口车底盘结构复杂程度降低，例如可不必选用低地板专用门式后驱动桥而代之以普遍型式的后驱动桥；再者低入口车由于后门后立柱后地板已经抬高，为底盘上各种零部件的安放布置提供了更充裕的空间，克服了总布置上的一些困难；最后减少了底盘的设计难度，便于底盘各主要总成的国产化，大大降低配套底盘的价格，更适合于我国当前城市公交行业的购车资金承受能力。本文仅以郑州宇通ZK6120GCR系列城市客车底盘为例，就低入口城市客车底盘底架结构设计及其注意要点作下简要阐述。ZK6120GCR系列城市客车底盘配置如下：发动机：康明斯ISBE22031变速箱：艾里逊T270R前桥：ZF前桥RL85A后桥：襄樊13t后桥转向器：ZF8098955467角转向器：ZF7860955900前悬架：2个空气弹簧+双向筒式减震器，上推力杆近似平行布置，下推力杆V形布置，带Φ50横向稳定杆后悬架：4个空气弹簧+双向筒式减震器，上推力杆V形布置，下推力杆近似平行布置，带Φ50横向稳定杆制动系统：行车制动；双管路气制动系统，前盘后鼓，停车制动与应急制动。轮胎：米其林275/70R22.5集中润滑：宁波三浪KFU2-40影响整车结构强度和刚度的底架结构及断面尺寸和保证整车的必要通过性能之间是互相制约、相互矛盾的，我们的目的就是在保证整车结构强度、刚度的墓础上，尽可能增大底架最小离地间隙。根据我国城市公共交通的特定使用条件及道路等基础设施条件，要在国外同类型车的承载能力的基础上，合理地提高其整体结构的强度、刚度水平。一般国外12m城市客车其额定载客人数多为50～60人(包括站立)，我们确定为110～120人的水平。以此分析作为出发点来建立低入口城市客车的结构强度、刚度的数学模型，并通过业已成熟的有限元法等数学分析方法，进行计算、比较、分析等，来确定整体结构的框架及断面大小和壁厚等影响强度、刚度的尺寸。整车结构是一个复杂的静不定结构，整车刚度要力求保持均衡，其目的是使整车结构内部载荷分布趋于合理。任何局部强度、刚度的变化都会引起结构所承受载荷的重新分布。有时对某一部分的局部加强或减弱，会造成另一些部位的强度及刚度的变化，这一点必须引起足够注意，并不是所有部位都做的越强越好。在理论分析计算的基础上，底部格栅宜在满足底架离地最小间隙的前提下，尽量做大其结构的断面尺寸，适当加大壁厚，并选用优质高强度钢材做为型材材料。从而最大限度地增强其承载能力。1.前段区域由于地板离地高度布置为360mm，考虑到接近角及纵梁下面的离地高度，前桥前纵梁采用了120X60X4.0矩形钢管，并在前端作切斜口处理（也有厂家采用槽形钢,通过加大纵梁壁厚同时减小断面高度尺寸以达到增加纵梁下平面离地高度）。前桥左前纵梁上搭装驾驶区地板骨架。转向器采用卧式布置方式，在驾驶区地板骨架上焊接转向器支架等零部件。见图1所示而在前桥正上方区域考虑到需要留给前桥跳动空间及底盘管路线束布置空间，此处地板通道直接采用冲压槽形钢板件与前、后横梁连接。见图2所示在地板通道上方搭装有槽形纵梁、立封板、弧形轮罩骨架、加强支撑等，并安装悬架总成中各零部件支架（气囊支架、推力杆支架、减震器支架等），见图3所示。注：此处是车架纵梁截面变化比较大的地方，设计时应考虑采用适当的加强(如增加斜撑、连接板等)使得截面过渡平缓不至于产生较大的应力集中。2.中段区域纵梁采用的是160X60X6.0的矩形钢管，纵梁与横梁连接方式是采用纵梁分段而横梁贯通的方式。贯通的横梁与车身骨架中的左右侧围立柱及大顶骨架横梁构成封闭的环状结构，以提高整车抗扭强度。见图4所示。注：也用厂家采用纵梁贯通而横梁分段的结构，或当纵、横梁为槽形梁时可皆贯通，主要视车架抗扭抗弯方面及制作工艺复杂程度而定。纵梁与横梁相交的区域通过加强斜撑将左右中纵梁及横梁焊接成一体来增加底架整体强度，同时所有横梁均与车身侧围立柱及顶盖横梁相对应。见图5所示注1：在处理斜撑与纵横梁焊接时斜撑切口处理可采用图6所示，避免产生焊接应力集中。注2：加强板形式可采用图7所示，并开塞焊孔与纵、横梁焊接，以减少焊接应力产生。3.后段区域底架中段和后段之间的过渡区域是底架结构处理中的关键区域，通常采用搭接式大梁结构（见图8）通过两级踏步使后桥地板通道抬高以避开后桥，同时为使车架截面过渡平缓，不产生突变而造成应力集中，在搭接梁前、后纵梁形状方面作一些处理，并且在设计车身地板骨架时将二级踏步的骨架作如图9所示加强，在实现地板通道从中段平地板向后段地板过渡的同时使得截面过渡平缓，减小应力集中的可能，从而最大程度的保证整车骨架的整体强度。在低地板城市客车的底盘总布置中，油箱、蓄电池、储气罐等零部件的安排是颇为困难的，这主要是由于地板的降低，使地板下的底盘结构距地面的空间显著减少，难以布置上述各种体积、重量较大的零部件。但对于低入口城市客车由于后门后立柱后地板已经抬高，故为底盘上各种零部件的安放布置提供了更充裕的空间，克服了总布置上的一些困难。而在底架后段及发动机区域的车架布置上，由于采用常规后置发动机及后桥，后纵梁的通用性设计程度非常高，可以和常规公交车底盘后纵梁实现通用互换。此处就不作具体阐述，仅将后段结构图示意见图10。最后的整个底盘底架结构示意图见下图11所示。结束语公交车辆的低地板化，是技术发展和使用要求提高的必然趋势。低入口车作为低地板城市客车的一种特殊形式，更适合于我国当前城市公交行业的购车资金承受能力，同时也能满足其各种功能要求，是现阶段及今后相当一段时期的一个最具优势、最为可行的技术方案。