机场摆渡车车身结构轻量化设计

王祖文 徐赫男

摘 要：机场摆渡车主要用于机场乘客的短途转运，多应用于大、中型机场中，机场摆渡车能够在机场航班班次较多且机场廊桥无法满足乘客登机时使用，通过使用机场摆渡车将旅客短途运送至远处停机处进行登机。机场摆渡车是一种大承载量、低运速的短途运输设备，在机场摆渡车的设计中通过采用轻量化车身设计将使得机场摆渡车在不改变发动机功率的同时能够有效地提高机场摆渡车的运载系数，从而使得机场摆渡车在运行的过程中油耗率更低、污染排放更少。

关键词：机场摆渡车；轻量化设计；车身

中图分类号：U463 文献标志码：A

机场是能耗大户，为了更好地响应国家节能减排的号召保护好自然环境，机场从节能减排方面考虑将要求机场的建筑和相关地面设备更多地采用轻量化的设计以使得机场地面设备能够降低油耗和污染排放。本文将在分析机场摆渡车车身轻量化设计特点的基础上对某型号机场摆渡车所使用的全铝合金骨架和复合材料蒙皮等的车身设计进行分析阐述。

1 某型号机场摆渡车车身所采用的全铝合金骨架轻量化设计

某型号机场摆渡车全长10m，其底盘采用的是进口三类底盘。在某型号机场摆渡车设计的过程中将在三类底盘的基础上机场摆渡车的车身结构进行设计搭载，某型号机场摆渡车的车身整体属于半承载式结构。某型号机场摆渡车车身所承载的力较小在骨架结构上可以采用6061T6型铝合金拉伸弯曲成型，用以作为搭建某型号机场摆渡车车身骨架的基础零件。某型号机场摆渡车车身在设计时可以分为摆渡车前骨架、后骨架、左侧骨架、右侧骨架以及地板骨架等几个组成部分。各组成部分所使用的型材会由于结构需要而导致型材的截面和连接工艺有所侧重。比如说：对于某型号机场摆渡车车身其前后车身骨架采用的是复杂三维曲面造型，为满足结构需要在某型号机场摆渡车前后车身铝合金型材的选取上需要选用具有对称截面的铝合金矩形管材料，在对铝合金矩形管材料进行加工的过程中采用拉伸弯曲成型技术用以形成所需要尺寸的铝合金零部件。对于各零部件的连接采用的是氩弧焊或是拉铆工艺进行。

通过上述加工和连接工艺能够有效地确保各弯曲铝合金杆件之间的加工成型和牢固连接，对于因焊接高温所产生的焊接变形问题可以通过采用非关键件铆焊的方式予以消除，确保某型号机场摆渡车前后车身加工的精确度和可靠性。对于某型号机场摆渡车车身两侧的骨架以及顶骨架，在采用机场摆渡车车身轻量化结构方案进行设计和加工的过程中，由于某型号机场摆渡车车身两侧及机场摆渡车车顶骨架在设计、加工时需要考虑到机场摆渡车内饰安装的需求，在机场摆渡车两侧车身骨架和顶骨架设计时要更加注重其结构强度和精度，用以确保后续加工质量。对于机场摆渡车车身两侧及顶骨架型材的选用上均应选用异形界面挤压铝型材，通过对型材进行拉伸弯曲成形，同时对机场摆渡车的截面进行优化设计，通过加强筋的作用最大限度地保障机场摆渡车车身的强度。在对铝型材进行拉伸弯曲成型时为解决铝型材的不对称性需要使用专用的弯曲模具进行拉伸弯曲成型用以确保成型后的铝合金型材具有良好的强度，同时拉伸固化成型还能够对铝合金自身的高回弹量以及非对称的偏移产生足够的补偿，确保铝型材的加工精度。

在各铝型材的连接过程中需要使用航空铆接技术进行铆接连接，用以确保铆接完成后的机场摆渡车车身骨架具有良好的整体性和骨架强度。通过使用铝型材替代传统的钢结构骨架，在确保机场摆渡车车身骨架强度的同时将机场摆渡车车身的重量降低了约48%左右。在完成了对于机场摆渡车车身骨架的设计加工后需要将组成机场摆渡车车身的前、后、左、右、顶、底共计6个分车身骨架总成进行连接固定用以形成整体性的机场摆渡车车身骨架结构。在机场摆渡车车身分总成骨架连接的过程中可以采用3种不同的连接设计方案：

（1）第一种连接方案是首先处理底盘分总成与机场摆渡车底盘部分的连接，将在专用工装上完成调平的机场摆渡车底盘分骨架总成吊装到机场摆渡车底盘上进行连接固定后再在完成连接固定的底板骨架上进行车身四周侧板骨架的定位夹紧，并在固定牢固后进行机场摆渡车车身顶板骨架的吊装安装。待到机场摆渡车车身6大分总成形成拼合状态后对各分总成之间的连接进行测量调整，并在各分总成调整到位后进行夹紧完成机场摆渡车车身的拼装。

（2）第二种方法是首先将机场摆渡车的顶板骨架与左右两侧的车身骨架采用三面立体铆接，在铆接的过程中使用“BOM钉+铝合金挤压顶角梁”的连接形式进行连接。采用这一形式的拼接方式将能够使得机场摆渡车车身内各节点的受力更加均匀，对于机场摆渡车车身中受力较大的左右两侧可以通过与顶板的连接强化提高机场摆渡车车身整体的强度和刚度。

（3）第三种连接方式是首先将机场摆渡车顶板、前后、左右侧车身骨架进行铆接连接，连接采用“三维曲面仿形铝合金铸件作为支撑+结构抽轴铆钉、环槽铆钉、BOM钉”的连接形式。采用这一连接形式将能够有效地确保机场摆渡车各受力最大节点处的应力分散均匀消除了机场摆渡车车身结构中的應力集中点，从而使得机场摆渡车车身能够形成良好的整体性和可靠性。在机场摆渡车各分总成的加工制造中需要使用数控加工中心保证各铝合金铸件的加工精度，同时对于型材的拉伸弯曲加工需要确保弯曲后的型材能够达到所需要的精度和结构强度，用以确保机场摆渡车车身结构的加工制造质量。

2 做好机场摆渡车内饰、蒙皮轻量化设计

在机场摆渡车蒙皮轻量化设计中应当大量采用复合材料制造用以取代传统的铁皮蒙皮，从而在减轻机场摆渡车车身重量的同时还能够形成较为复杂、气动布局好的结构外形。在对于机场摆渡车车身四周的蒙皮可以此使用3mm的RTM航空级材料及相应的加工和连接工艺，在降低重量的同时应以确保良好的连接强度。采用3mm的RTM航空级材料所制造的蒙皮将要比使用钢所制造的1.2mm厚的车身蒙皮轻约40%左右，极大地降低了机场摆渡车车身蒙皮的重量。在机场摆渡车左右两侧共4扇舱门的选取上可以选用铝合金舱门，在确保机场摆渡车舱门强度的同时比传统的钢结构舱门重量要轻约70%左右。对于机场摆渡车车顶的蒙皮可以采用厚度为1.8mm的FRP高强度玻璃钢板材，由于顶板受力较小，使用玻璃钢板材能够具有良好的外形效果和保温隔热效果。由于机场摆渡车所采用的蒙皮重量轻、强度高在机场摆渡车蒙皮材料与车身结构骨架的连接过程中可以采用黏结工艺用以取代传统的螺栓、螺钉、铆接等的连接方式。采用复合材料作为蒙皮将相对于传统的钢板材蒙皮有效地减少约47%的重量。

在机场摆渡车地板材料的选取上首先应当确保地板的强度，由于机场摆渡车的车内面积约为23㎡左右，面积较大。在地板材料的选取上可以选用以复合蜂窝材料为主材。在机场摆渡车车身周身安全玻璃的选取上对于机场摆渡车车身两侧的玻璃可以选用厚度约为4mm的钢化玻璃，由于玻璃的厚度比传统客车玻璃的厚度小，能够减少机场摆渡车玻璃重量的近1/4左右的重量。

结语

在机场摆渡车车身轻量化结构设计方案中，以车身骨架和蒙皮作为轻量化结构设计的重点，通过选用铝合金型材和复合材料作为构建机场摆渡车车身骨架和蒙皮的主材将能够有效地降低机场摆渡车车身的重量。通过降低重量能够有效地降低机场摆渡车的油耗并显著提高机场摆渡车的装载比，提高了单位燃油的利用效率。

参考文献

[1]赵来远，阮浩钦.一种机场摆渡车轻量化车身方案.产业与科技论坛，2017，16 （4）：72-73.

[2]王海霞，汤文成.客车车骨架有限元建模技术及结果分析[J].机械强度，2002，24（1）：77-80.