CN113320601B - 一种全承载客车用混合材料结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全承载客车用混合材料结构，包括前围骨架的前挡上下横梁采用钢Q235材料、左右立柱采用钢Q345材料；前围骨架和后围骨架的保险杠固定梁采用钢QSTE700材料；左侧围骨架和右侧围骨架的门立柱、门头上下横梁、窗立柱和舱门立柱采用钢QSTE700材料；侧围腰梁采用钢Q345材料；造型弯梁采用钢Q345材料。顶盖骨架的贯穿纵梁、小弯梁、横梁采用钢Q345材料；纵梁采用钢QSTE700材料。车身骨架采用焊接机构进行焊接，所述焊接机构的焊接底座的两侧分别设置有用于支撑车身骨架的承托件，本发明有效提高车身结构的强度、刚度以及碰撞性能，并且通过设计的焊接机构，也将提高车身骨架焊接时的效率。

Description

一种全承载客车用混合材料结构
技术领域
本发明涉及全承载客车技术领域，具体涉及一种全承载客车用混合材料结构。
背景技术
中国专利CN210191606U公开了一种新能源全承载客车底盘骨架，针对现有的全承载客车底盘骨架为固定整体式结构，不便于组合安装使用，在需要维修或者更换时需要拆卸整个骨架，十分不便问题，现提出如下方案，其包括第一架体和第二架体，所述第一架体的一侧开设有固定槽，第二架体的一侧固定安装有固定座，固定座活动安装在固定槽内，固定槽的一侧内壁上焊接有压簧的一端，压簧的另一端焊接有辅助板，所述辅助板与固定座相接触，固定座的两侧均开设有插口。该结构合理，操作方便，该全承载客车底盘骨架为组合拼接式结构，便于组合安装使用，在需要维修或者更换时不需要拆卸整个骨架，实用性较强。
日前，全承载技术已在纯电动公交客车上得到普及，全承载能使整个车身壳体达到稳定平衡状态，安全性能更高。全承载车身骨架与每一个底架截面都形成一个面的闭环结构，保证受到外力时车身内部的空间安全。应用CAE技术对客车骨架在使用过程中典型工况下进行结构强度分析找出其薄弱区域，为结构的优化和轻量化设计提供参考，利用先进的试验手段和计算机模拟技术对多方位碰撞的安全性，翻车时顶盖的强度、刚度以及保证乘客生存空间的车身机构等进行研究，以提高整车的抗碰撞能力；另外，在对车身骨架在焊接时，通常需要人工将车身骨架上的梁、柱和管等结构以手持方式进行人工焊接，没有一个很好的承托件，便于工人进行焊接的问题。
发明内容
本发明的目的就在于提出一种全承载客车用混合材料结构，有效提高车身结构的强度、刚度以及碰撞性能，并且通过设计的焊接机构，也将提高车身骨架焊接时的效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种全承载客车用混合材料结构，包括车身骨架，车身骨架包括前围骨架、后围骨架、左侧围骨架、右侧围骨架、顶盖骨架和底架总成，前围骨架的前挡上下横梁采用钢Q235材料、左右立柱采用钢Q345材料；前围骨架和后围骨架的保险杠固定梁采用钢QSTE700材料；
左侧围骨架和右侧围骨架的门立柱、门头上下横梁、窗立柱和舱门立柱采用钢QSTE700材料；侧围腰梁采用钢Q345材料；造型弯梁采用钢Q345材料。
作为本发明进一步的方案：顶盖骨架的贯穿纵梁、小弯梁、横梁采用钢Q345材料；纵梁采用钢QSTE700材料；
作为本发明进一步的方案：底架总成的截面梁中立柱采用钢QSTE材料；片梁和底架上层梁采用钢QSTE700材料。
作为本发明进一步的方案：车身骨架采用焊接机构进行焊接，所述焊接机构的焊接底座的两侧分别设置有用于支撑车身骨架的承托件。
作为本发明进一步的方案：承托件的安装座位于焊接底座的开口腔体内，并沿着开口腔体水平移动，安装座内贯穿设置有传动的第一丝杆，并与安装座螺纹连接。
作为本发明进一步的方案：安装座上方设置有沿着上下移动的固定夹板，固定夹板的上连接板插入到下连接板的内腔中，并通过紧固螺栓进行固定，两侧的上连接板之间安装有夹板。
作为本发明进一步的方案：安装座和夹板上分别设置有弹性垫。
作为本发明进一步的方案：安装座与固定夹板之间连接有传动件；用于带动固定夹板移动，对车身骨架进行夹持固定。
作为本发明进一步的方案：传动件的齿条与齿轮啮合连接，齿轮套设在第二丝杆上，第二丝杆通过轴承与焊接底座连接，第二丝杆的上方套设有套管，套管上安装有下连接板。
作为本发明进一步的方案：齿条设置在安装座的侧壁上，第二丝杆竖直位于开口腔体内。
本发明的有益效果：
(1)根据钢Q235、钢Q345、钢QSTE700的自身性质，并结合整车的前围、后围、侧围、顶盖、底架在设计时根据不同部位承载方式分为主要承载件、结构件、功能件等，不同件的各个部位细分钢材材料的使用情况；将不同性质的型钢通过焊接组装成客车车身结构，从而提高车身结构的强度、刚度以及碰撞性能；
(2)本发明的焊接机构，不仅可以将两侧的车身骨架自动且精准对齐，便于后期进行焊接，还可以在对准的同时带动固定夹板移动，使得对车身骨架的夹持固定，从而大大提高了车身骨架、底架的焊接效率，进而提高客车车身焊接组装的效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的钢力学性能表；
图2是本发明中客车车身的结构示意图；
图3是本发明中焊接机构的结构示意图；
图4是本发明中固定夹板与焊接底座连接关系的结构示意图；
图5是本发明中固定夹板与焊接底座连接关系的剖视图；
图6是本发明中固定夹板的结构示意图。
图中：1、前围骨架；2、后围骨架；3、左侧围骨架；4、右侧围骨架；5、顶盖骨架；6、底架总成；7、焊接底座；8、驱动电机；9、第一丝杆；10、安装座；11、防护罩；12、齿条；13、开口腔体；14、第二丝杆；15、齿轮；16、套管；17、固定夹板；18、上连接板；19、下连接板；20、夹板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种全承载客车用混合材料结构，由图1的数据可知，车身使用钢Q235属于普通钢、Q345属于高强度钢、QSTE700属于超高强度钢。可看出QSTE700材料的屈服强度是Q345材料的2倍左右，QSTE700材料的抗拉强度是Q345材料的1.5倍左右，从材料强度对比，QSTE700材料明显优于Q345材料。但是QSTE700材料相比较与Q345材料融合性差，焊接时与普碳钢、低合金钢难以熔接，突出表现在延伸率低(低于12％)，折弯、打孔难度增加；断后延伸率数据对比发现，QSTE700材料断后延伸率只有Q345材料断后延伸率的一半，这表明在QSTR700材料在制作大曲率的弯管过程中出现无法开裂的概率比Q345材料高出一倍，生产过程中出现次品的概率较高。
因此整车的前围、后围、侧围、顶盖、底架在设计时根据不同部位承载方式分为主要承载件、结构件、功能件等，不同件的各个部位细分钢材材料的使用。
基于钢力学性能，并请参阅图2-6所示，本发明提供一种全承载客车用混合材料结构，包括前围骨架1、后围骨架2、左侧围骨架3、右侧围骨架4、顶盖骨架5、底架总成6；
包括前围骨架1和后围骨架2：
前、后围骨架对于保持整车横向稳定性，避免车身在车宽方向变形起着重要的作用，用贯通左右侧围的横弯梁来保证，同时前围骨架是装配前风挡玻璃，前挡上下横梁带有较大的曲率。由于超高强度钢延伸率只有高强度钢的一半，因此前挡上下横梁使用2mm厚的高强度钢Q235材料；前围左右立柱为异型管，故使用已成型的高强度钢Q345材料；保险杠固定梁等使用2mm厚的超高强度钢QSTE700材料。
左侧围骨架3和右侧围骨架4：
侧围骨架前中门门立柱为整车强度相对薄弱的部位，门立柱整体曲率并不大，因此门立柱、门头上下横梁使用2.5mm厚的超高强度钢QSTE700材料；舱门立柱与底架牛腿相连接，所需强度较高，使用2mm厚的超高强度钢QSTE700材料加强；窗立柱的强度关系到发生意外情况下整车车厢内的安全空天，使用3mm厚的超高强度钢QSTE700材料加强；侧围腰梁为异型管，使用已成型的高强度钢Q345材料；左右侧后部造型弯梁曲率较大，继续使用2mm厚的高强度钢Q345材料；其余部位在设计时可根据实际需求和管型库管型进行选取。
顶盖骨架5：
顶盖两侧前后贯穿纵梁使用已成型异型管高强度钢Q345材料；前后方向的纵梁，支撑天窗、空调等纵梁使用超高强度钢QSTE700材料；左右方向的横梁弯曲曲率较大，若顶上无动力电池使用2mm厚高强度钢Q345材料，若顶上安装动力电池，使用3mm厚高强度钢Q345材料；左右方向其余小弯梁，使用1.5mm厚高强度钢Q345材料。
底架总成6：
底架作为整车主要承载部件和行驶系的安装结构，在行驶过程中会受到较大的冲击力，前后悬处受力尤为突出，与推力座等厚壁实心部件相连接矩形管在壁厚上应重点考量，以避免应力集中导致的矩形管壁撕裂，故前后悬对应第三、四、七、八截面梁中立柱使用3.5mm厚的超高强度钢QSTE材料；发动机、电机托架锁对应的片梁使用3.5mm厚的超高强度钢QSTE700材料；底架上层梁使用1.5mm厚的超高强度钢QSTE700材料；
一级踏步的公交车在中段与尾端连接处除使用超高强度钢外，结构上还需做适当加强，其余部位在设计时可根据实际需求和管型库管型进行选取。
实施例2
一种全承载客车用混合材料结构，为了提高车身骨架、底架的焊接效率，还提出了一种提高焊接效率的机构，该机构包括焊接底座7，焊接底座7为长方体的板体结构，其两侧分别设置有用于支撑车身骨架的承托件，两侧的承托件可以放置不同材质的车身骨架，也可以放置相同材质的车身骨架，承托件包括安装座10，焊接底座7的两侧为设置有长方形的开口腔体13，安装座10位于开口腔体13内，并沿着开口腔体13水平移动，焊接底座7的中部不设置开口，其为了在对车身骨架进行焊接时，避免废弃物等杂质进入到开口腔体13内，影响开口腔体13的第一丝杆9进行传动，第一丝杆9分别贯穿两侧的安装座10，并与安装座10螺纹连接，两侧安装座10与第一丝杆9之间的螺纹设置方式要使得安装座10同时做相互靠近或远离移动，且第一丝杆9的一端与驱动电机8连接，在进行焊接时，启动驱动电机8工作，带动第一丝杆9进行转动，使得两侧的安装座10做相互靠近移动，使得两侧的车身骨架接触，并进行焊接，该安装座10在第一丝杆9的传动作用下，可以将两侧的车身骨架自动且精准对齐，便于后期进行焊接；
为了提高焊接时的稳定性，在安装座10的两侧上设置有固定组件，固定组件包括固定夹板17，固定夹板17沿着安装座10上下移动，当对车身骨架进行焊接时，使固定夹板17向下移动，将车身骨架夹持固定在固定夹板17与安装座10之间，从而提高焊接时的稳定性，当焊接结束后，使固定夹板17向上移动，便可以将焊接好的车身骨架从安装座10上取下；
优选的，该固定夹板17包括下连接板18、上连接板19、夹板20，上连接板18、下连接板19、夹板20之间组装成U型结构，上连接板19插入到下连接板18的内腔中，在下连接板18上安装紧固螺栓，使得上连接板19固定在下连接板18内，两侧的上连接板19之间安装有夹板20，上连接板19可以安装在下连接板18内并进行高度调节，调节后再用紧固螺栓进行固定，从而调节夹板20的高度，以至于在夹板20与安装座10之间可以夹持固定不同形状的车身骨架，为了提高夹板20对车身骨架夹持的效果，可以在安装座10和夹板20上分别设置有弹性垫；
安装座10与固定夹板17之间连接有传动件，同时设置传动件，可以使安装座10在移动过程中，自动控制固定夹板17的升降，从而对车身骨架的焊接来说，其传动件大大提高了焊接时的工作效率，不需要在将车身骨架对准后，再固定的工作，只需要将车身骨架放置到安装座10后，控制驱动电机8工作即可；
优选的，传动件包括齿条12、第二丝杆14、齿轮15、套管16，安装座10的前后侧壁上分别安装有齿条12，齿条12与齿轮15啮合连接，齿轮15套设在第二丝杆14上，第二丝杆14竖直位于开口腔体13内，并通过轴承与焊接底座7连接，第二丝杆14的上方套设有套管16，套管16上安装有下连接板19，该传动件的具体工作为：安装座10在移动的过程中，带动齿条12进行移动，齿条12通过啮合作用带动齿轮15进行转动，齿轮15带动第二丝杆14沿着焊接底座7进行转动，使得套管16沿着第二丝杆14上下移动，从而带动固定夹板17移动，使得对车身骨架的夹持固定；
优选的，在焊接底座7的两侧上设置防护罩11，防护罩11位于传动件的上方，其为了传动件在工作时，防护罩11起到防护的作用。
本发明的工作原理：将车身骨架放置到安装座10上，然后，启动驱动电机8工作，带动第一丝杆9进行转动，使得两侧的安装座10做相互靠近移动，使得两侧的车身骨架接触，安装座10在移动的过程中，带动齿条12进行移动，齿条12通过啮合作用带动齿轮15进行转动，齿轮15带动第二丝杆14沿着焊接底座7进行转动，使得套管16沿着第二丝杆14上下移动，从而带动固定夹板17移动，使得对车身骨架的夹持固定，接着，工作人员便可以手持焊接设备对车身骨架的连接处进行焊接；当焊接结束后，控制驱动电机8相反转动，使得安装座10和夹板20复位，再将焊接好的车身骨架取下。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种全承载客车用混合材料结构，包括车身骨架，车身骨架包括前围骨架(1)、后围骨架(2)、左侧围骨架(3)、右侧围骨架(4)、顶盖骨架(5)和底架总成(6)，其特征在于：
前围骨架(1)的前挡上下横梁采用钢Q235材料、左右立柱采用钢Q345材料；前围骨架(1)和后围骨架(2)的保险杠固定梁采用钢QSTE700材料；
左侧围骨架(3)和右侧围骨架(4)的门立柱、门头上下横梁、窗立柱和舱门立柱采用钢QSTE700材料；侧围腰梁、造型弯梁采用钢Q345材料；
车身骨架采用焊接机构进行焊接，所述焊接机构的焊接底座(7)的两侧分别设置有用于支撑车身骨架的承托件；
承托件的安装座(10)位于焊接底座(7)的开口腔体(13)内，并沿着开口腔体(13)水平移动，安装座(10)内贯穿设置有传动的第一丝杆(9)，并与安装座(10)螺纹连接；
安装座(10)上方设置有沿着上下移动的固定夹板(17)，固定夹板(17)的上连接板(19)插入到下连接板(18)的内腔中，并通过紧固螺栓进行固定，两侧的上连接板(19)之间安装有夹板(20)；
安装座(10)和夹板(20)上分别设置有弹性垫；
安装座(10)与固定夹板(17)之间连接有传动件；用于带动固定夹板(17)移动，对车身骨架进行夹持固定；
传动件的齿条(12)与齿轮(15)啮合连接，齿轮(15)套设在第二丝杆(14)上，第二丝杆(14)通过轴承与焊接底座(7)连接，第二丝杆(14)的上方套设有套管(16)，套管(16)上安装有下连接板(18)；
齿条(12)设置在安装座(10)的侧壁上，第二丝杆(14)竖直位于开口腔体(13)内。
2.根据权利要求1所述的一种全承载客车用混合材料结构,其特征在于，顶盖骨架(5)的贯穿纵梁、小弯梁、横梁采用钢Q345材料；纵梁采用钢QSTE700材料。
3.根据权利要求1所述的一种全承载客车用混合材料结构,其特征在于，底架总成(6)的截面梁中立柱采用钢QSTE材料；片梁和底架上层梁采用钢QSTE700材料。
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