CN101830250A - 脊柱式中央龙骨全承载车身 - Google Patents

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姚成
那景新
李赫男
彭庚庚
丛盛芝
蒋振宇
张纲
董丽娜
韩甜峰
纪碧端
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本发明公开了一种脊柱式中央龙骨全承载车身，其的中央龙骨包括司机区地板骨架、前悬架区骨架、中段骨架、后悬架区骨架及发动机区骨架；所述的中段骨架包括乘客地板骨架、行李仓地板骨架及上下地板连接骨架；所述上下地板连接骨架为一平面框架，该平面框架由上横梁、下横梁、若干纵梁和多个斜撑构成，所述的若干纵梁和多个斜撑设置在上横梁和下横梁之间。由于本发明将龙骨两侧对称布置的骨架向中间移动，合并成一个位于车身左右对称面上的平面桁架结构，位于车身左右对称面上的桁架，有无斜撑对于左右开门的中段行李舱容积都没有影响。因而，本发明的车身的强度、刚度和安全性都得到了大大增强，提高了材料的利用率。

Description

脊柱式中央龙骨全承载车身
技术领域
本发明涉及一种客车车身，特别是涉及一种脊柱式中央龙骨全承载车身。
背景技术
客车车身结构按照其承载方式可分为非承载车身、半承载车身和全承载车身。全承载车身以其重量轻、刚度高和安全性好等一系列优点，代表着客车车身结构发展的主流方向。全承载客车车身结构由Setra公司首次提出并完成设计，目前客车全承载技术处于领先地位的主要是Benz-Setra和MAN-Neoplan。
Benz-Setra和MAN-Neoplan的全承载车身结构风格虽存在明显的不同，但其结构形式从结构力学的角度则同属一类，车身的中央龙骨都是由小截面钢管拼焊成的矩形断面的空间框架结构，如图1A、图1B所示的平地板车身和如图2A、图2B所示的凹地板车身的龙骨结构断面。
国内安凯公司申报的全承载车身专利，结构形式也与此大同小异。虽然结构的强度、刚度及侧翻安全性相比半承载车身有较显著的改善，车身结构的重量也有一定程度的减轻，但由于车身中段龙骨所采用空间矩形框架(四方体框架)，该结构受行李舱容积的限制，其左右两侧的纵向垂直平面无法设计斜撑杆件，从结构学的角度，其受力仍然存在不合理因素，结构的强度、刚度及承载能力仍没得到最大限度的发挥。
现有承载式客车车身结构(如图3所示)的中段龙骨通常有4或6根纵向钢管(杆件)构成的空间矩形框架1’，除中门和卫生间等特殊局部外，整体上为左右对称布置，但受行李舱容积的限制左右两侧的上部纵向钢管与底部纵向钢管之间只能设计一定数量的垂直杆件2’将其连成整体，不能在龙骨与车身坐标系xoz坐标面平行的两个侧面上的矩形骨架对角线方向设计斜撑杆件设计斜撑杆件，龙骨的侧视图是一些矩形框架结构。这样龙骨在受到垂直向下的载荷作用时，主要靠矩形钢管的弯曲变形来抵抗外部载荷，由于小截面杆件承受弯曲载荷的能力很差，因而大大降低龙骨结构的强度、刚度等承载性能指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车身的强度、刚度高，安全性好、重量轻的脊柱式中央龙骨全承载车身。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种脊柱式中央龙骨全承载车身，它由纵梁、横梁、斜撑、立柱构成的前围骨架、后围骨架、左右侧围骨架、车顶骨架及中央龙骨，上述骨架依次相互连接构成了封闭环结构；所述的中央龙骨包括司机区地板骨架、前悬架区骨架、中段骨架、后悬架区骨架及发动机区骨架；所述的中段骨架包括乘客地板骨架、行李仓地板骨架及上下地板连接骨架，所述的乘客地板架与行李仓地板架之间通过上下地板连接骨架连接；所述上下地板连接骨架为一平面框架，该平面框架由上横梁、下横梁、若干纵梁和多个斜撑构成，所述的若干纵梁和多个斜撑设置在上横梁和下横梁之间。
所述的平面框架为平面矩形框架，其内可设置有多根纵梁而将矩形框架分隔成多个小矩形框，在各小矩形框内沿相对边设有若干斜撑。
在中段骨架与前悬架区骨架之间设置上、下两组V型连接杆件，两组V型连接杆件分别位于乘客地板架及行李仓地板架内；所述的V型连接杆件由两斜撑构成，上、下两组斜撑的封闭端分别位于中段骨架的平面框架的上横梁和下横梁上，其两开口端分别位于前悬架区骨架与乘客地板架结合处和前悬架区骨架与行李仓地板架的结合处。
所述的位于平面框架的上横梁上的V型连接杆件的封闭端与位于平面框架的下横梁上的V型连接杆件的封闭端之间设有纵梁。
在中段骨架与后悬架区骨架之间设置上、下两组V型连接杆件，两组V型连接杆件分别位于乘客地板架及行李仓地板架内；所述的V型连接杆件由两斜撑构成，上、下两组斜撑的封闭端分别位于中段骨架的平面框架的上横梁和下横梁上，其两开口端分别位于后悬架区骨架与乘客地板架结合处和后悬架区骨架与行李仓地板架的结合处。
所述的位于平面框架的上横梁上的V型连接杆件的封闭端与位于平面框架的下横梁上的V型连接杆件的封闭端之间设有纵梁。
在乘客地板架与平面框架的下横梁之间设有三角斜撑。
采用上述方案后，由于本发明将原本龙骨中段两侧对称布置的空间矩形框架向中间移动，合并成一个位于车身左右对称面上的平面矩形框架结构，位于车身左右对称面上的平面矩形框架，有无斜撑对于左右开门的中段行李舱容积都没有影响。因而，该平面矩形框架可以根据需要设计各种形式的斜撑杆件，在垂直方向上具有很强的承载能力。本发明采用脊柱的带斜撑平面矩形框架代替现有全承载车身中段的空间矩形框架式龙骨结构，经过优化的断面横向连接结构与侧围杆件相连，构成一空间整体承载结构，大大增强了龙骨的刚度和承载能力。由于脊柱式龙骨的应用，使龙骨结构的承载特性与侧围结构的承载特性达到了更好的匹配，同时有效地降低了结构各杆件的非轴向载荷，结构构件的受力更加合理、载荷分配更加均匀。因而，本发明车身的强度、刚度和安全性都得到了大大增强，提高了材料的利用率，在同等条件下，车身结构的重量可以降低10％以上。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1A、图1B是习用平地板车身的正视图和侧视图；
图2A、图2B是习用凹地板车身的正视图和侧视图；
图3是习用的承载式客车车身结构示意图；
图4是本发明的立体分解图；
图5是本发明的主视图；
图6是本发明中央龙骨的轴测图；
图7是本发明中央龙骨的正视图；
图8是本发明中央龙骨的正俯视图；
图9是图7沿A-A线的剖视图。
具体实施方式
如图4所示，本发明是一种脊柱式中央龙骨全承载车身，它由纵梁、横梁、斜撑、立柱构成的前围骨架10、后围骨架20、左右侧围骨架30、车顶骨架40及中央龙骨50组成。前围骨架10、后围骨架20、左右侧围骨架30、车顶骨架40及中央龙骨50依次相互连接构成了封闭环结构。
如图5所示，所述的中央龙骨50包括司机区地板骨架1、前悬架区骨架2、中段骨架3、后悬架区骨架4及发动机区骨架5。
如图6所示，所述的中段骨架3包括乘客地板架31、行李仓地板架32及上下地板连接骨架33，所述的乘客地板架31与行李仓地板架32之间通过上下地板连接骨架33连接。
如图6、图7所示，所述的上下地板连接骨架33为一平面矩形框架，该平面矩形框架由上横梁331、下横梁332、若干纵梁333和多个斜撑334构成。所述的若干纵梁333设置在上横梁331和下横梁332之间，多根纵梁333而将矩形框架分隔成多个小矩形框，在各小矩形框内沿相对边设有若干斜撑334。
如图6、图8参考图5所示，在中段骨架3与前悬架区骨架2之间设置上、下两组V型连接杆件61、62，两组V型连接杆件61、62分别位于乘客地板架31及行李仓地板架32内；所述的V型连接杆件61、62由两斜撑构成，上、下两组斜撑的封闭端分别位于中段骨架3的平面矩形框架的上横梁331和下横梁332上，其两开口端分别位于前悬架区骨架2与乘客地板架31结合处和前悬架区骨架2与行李仓地板架32的结合处。
为了使本发明强度更高，在位于平面矩形框架的上横梁331上的V型连接杆件61的封闭端与位于平面矩形框架的下横梁332上的V型连接杆件62的封闭端之间设有纵梁3331(如图7所示)。
在中段骨架3与后悬架区骨架4之间设置上、下两组V型连接杆件63、64，两组V型连接杆件63、64分别位于乘客地板架31及行李仓地板架32内；所述的V型连接杆件63、64由两斜撑构成，上、下两组斜撑的封闭端分别位于中段骨架3的平面矩形框架的上横梁331和下两横梁332上，其两开口端分别位于后悬架区骨架4与乘客地板架31结合处和后悬架区骨架4与行李仓地板架32的结合处。
为了使本发明强度更高，在位于平面矩形框架的上横梁331上的V型连接杆件63的封闭端与位于平面矩形框架的下横梁332上的V型连接杆件64的封闭端之间设有纵梁3332(如图7所示)。
如图9所示，此外，在乘客地板架31与平面矩形框架的下横梁332之间设有三角斜撑7。
龙骨在侧围刚性封闭环断面出，通过经过优化匹配的上下地板连接骨架33与侧围相连，形成整体笼形整体承载结构和刚性封闭环形抗侧翻安全结构，在改善强度和刚度的同时，有效地提高了车身的抗侧翻安全性。
此外，如图4所示，本发明的车身前围骨架10和后围骨架20可根据悬架和发动机的选型灵活设计。
应用实例：
根据本发明设计并试制了一款8.9米的脊轴式龙骨全承载公路客车，该车车身结构性能的CAE分析结果如下：
1)车身弯曲刚度为：
K＝9.87×106
同类车型参考值为：(5.99-10.41)×106N/m
2)车身扭转刚度为：
K＝3.62×104N·M/deg
同类车型参考值为：(3.37-4.12)×104N·M/deg
3)车身一阶弯曲振动模态频率为：19.233HZ
同类车型参考值为：15.193-16.514HZ
4)车身一阶扭曲振动模态频率为：9.998HZ
同类车型参考值为：7.813-9.122HZ
5)车身满载弯曲工况最大应力为：84MPa
6)车身左轮悬空工况最大应力为：173MPa
7)车身右轮悬空工况最大应力为：150MPa
8)车身紧急制动工况最大应力为：221MPa
9)车身结构的重量为：1507kg
以上分析结果表明该车各项性能指标都不低于或优于同类车型，但车身结构的重量比同类车型减少了200余公斤，结构的最高应力有明显下降，平均应力有所提高，整体应力分布趋于均匀，说明结构受力更加合理，构件的承载能力得到了更有效的发挥。
该车已经顺利通过3万公里的试验场强化道路试验，厦门金龙旅行车有限公司正在进行推广应用，拟在10米以下的车型全面推广该新型结构。
本发明的重点就在于：采用脊柱的带斜撑平面桁架代替现有全承载车身的空间矩形框架式龙骨结构。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，平面桁架内的斜撑布置可有多种，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种脊柱式中央龙骨全承载车身，它由纵梁、横梁、斜撑、立柱构成的前围骨架、后围骨架、左右侧围骨架、车顶骨架及中央龙骨，上述骨架依次相互连接构成了封闭环结构；所述的中央龙骨包括司机区地板骨架、前悬架区骨架、中段骨架、后悬架区骨架及发动机区骨架；所述的中段骨架包括乘客地板骨架、行李仓地板骨架及上下地板连接骨架，所述的乘客地板架与行李仓地板架之间通过上下地板连接骨架连接；其特征在于：所述上下地板连接骨架为一平面框架，该平面框架由上横梁、下横梁、若干纵梁和多个斜撑构成，所述的若干纵梁和多个斜撑设置在上横梁和下横梁之间。
2.根据权利要求1所述的脊柱式中央龙骨全承载车身，其特征在于：所述的平面框架为平面矩形框架，其内可设置有多根纵梁而将矩形框架分隔成多个小矩形框，在各小矩形框内沿相对边设有若干斜撑。
3.根据权利要求1所述的脊柱式中央龙骨全承载车身，其特征在于：在中段骨架与前悬架区骨架之间设置上、下两组V型连接杆件，两组V型连接杆件分别位于乘客地板架及行李仓地板架内；所述的V型连接杆件由两斜撑构成，上、下两组斜撑的封闭端分别位于中段骨架的平面框架的上横梁和下横梁上，其两开口端分别位于前悬架区骨架与乘客地板架结合处和前悬架区骨架与行李仓地板架的结合处。
4.根据权利要求3所述的脊柱式中央龙骨全承载车身，其特征在于：所述的位于平面框架的上横梁上的V型连接杆件的封闭端与位于平面框架的下横梁上的V型连接杆件的封闭端之间设有纵梁。
5.根据权利要求1所述的脊柱式中央龙骨全承载车身，其特征在于：在中段骨架与后悬架区骨架之间设置上、下两组V型连接杆件，两组V型连接杆件分别位于乘客地板架及行李仓地板架内；所述的V型连接杆件由两斜撑构成，上、下两组斜撑的封闭端分别位于中段骨架的平面框架的上横梁和下横梁上，其两开口端分别位于后悬架区骨架与乘客地板架结合处和后悬架区骨架与行李仓地板架的结合处。
6.根据权利要求5所述的脊柱式中央龙骨全承载车身，其特征在于：所述的位于平面框架的上横梁上的V型连接杆件的封闭端与位于平面框架的下横梁上的V型连接杆件的封闭端之间设有纵梁。
7.根据权利要求1所述的脊柱式中央龙骨全承载车身，其特征在于：在乘客地板架与平面框架的下横梁之间设有三角斜撑。
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C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100915