1、降重結(jié)構(gòu)車廂底板 - 波紋板設(shè)計(jì)車廂底板是車廂的重要承載部件， 因其占車廂總重量的比例在 20%左右 而成為車廂減重設(shè)計(jì)的首選零件，改良底板的結(jié)構(gòu)、降低底板的自重是我 們車廂設(shè)計(jì)的一直追求，這種思想在 FKFM8X4筆重車、三賽系列車廂等車 廂底板的設(shè)計(jì)中得到了很好地表達(dá)。但由于上述系列車型采用的瓦楞結(jié)構(gòu) 底板借用現(xiàn)有零件的制造模具，瓦楞深度較深，給運(yùn)輸散裝物料的車輛清 理工作帶來(lái)不便。如何能在提高底板剛度和強(qiáng)度的同時(shí)降低車箱的重量？ 我們提出了波紋板結(jié)構(gòu)車廂底板的設(shè)想。 1、波紋板結(jié)構(gòu)車廂底板的理論支持波紋板結(jié)構(gòu)車廂底板的設(shè)想是降低車廂底板的板料厚度，在底板外表 拉延出許多規(guī)那么形狀的突起，

2、以彌補(bǔ)車廂底板由于降低板料厚度而損失的 剛度，從而滿足車輛的承載需求。該設(shè)想的理論支持是材料拉延后的外表硬化使材料性能提高。由于在 拉延過(guò)程中拉延金屬內(nèi)部的相互作用而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在徑向產(chǎn)生的拉伸應(yīng) 力和切向產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力的共同作用下，材料的厚度和外表積會(huì)發(fā)生變化， 在滿足屈服準(zhǔn)那么的區(qū)域內(nèi)材料發(fā)生塑性變形和加工硬化。由于拉延材料遵 循“各向同性硬化假說(shuō)的原理，根據(jù)拉延的截面不同，材料硬化后的屈 服極限和抗彎能力會(huì)得到較大的提高。如： 2 毫米平板的截面慣性矩僅為： 833.33mm，而經(jīng)過(guò)一定形狀拉延的同板料厚度材料的截面慣性矩可達(dá)近 4000mm剛度提高了 4倍。2、材料抗拉實(shí)驗(yàn)根據(jù)上述理論

3、依據(jù)，我們選擇2mm 2.5mm厚度平板板材進(jìn)行不同延伸 變形率下的抗拉試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明：(1) 隨著預(yù)變形率的不斷提高，其屈服強(qiáng)度不斷增加，塑性那么不斷下降。(2) 板材的抗拉強(qiáng)度那么根本沒有產(chǎn)生變化。用簡(jiǎn)單的試驗(yàn)驗(yàn)證了上述理論。同時(shí)也為下一步波紋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指 明了方向。3、波紋板底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1波紋板形狀的選擇車廂底板是車輛的承載平臺(tái)，它的剛度將直接影響到車廂的承載能力, 因此我們?cè)谶M(jìn)行車廂底板的設(shè)計(jì)過(guò)程中著重考慮車廂底板的抗彎能力。而 底板拉延的截面形狀決定了底板的剛度，根據(jù)板料拉延工藝要求以及材料拉延特性，我們初步設(shè)計(jì)了以下四種結(jié)構(gòu)形式，分別如下列圖所示ABC通過(guò)上述四種結(jié)構(gòu)

4、剛度的初步測(cè)算發(fā)現(xiàn)：A:最弱；C:次弱；B:較強(qiáng)D:最強(qiáng)，因此，通過(guò)論證評(píng)審，我們選擇形狀D作為設(shè)計(jì)模型3.2波紋板剛度的測(cè)定確定后的波紋板底板的結(jié)構(gòu) 形狀如右圖所示。由于拉延底板的剛度將決定 拉延底板的承載能力，而底板每 個(gè)凸起的結(jié)構(gòu)參數(shù)、各凸起的間 距大小以及凸起立面的傾斜角度 又將影響著底板的剛度。所以選 擇底板的形狀后，我們要確定每 個(gè)拉延的凸起尺寸L、B、相臨 的兩個(gè)凸起的間距A以及凸起 立面的傾斜角度C。從車廂底板凸起要“小而密的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，并 且兼顧模具設(shè)計(jì)的需要，我們將底板凸起的長(zhǎng)度尺寸 L確定在1837毫米 的范圍內(nèi)，寬度尺寸B確定在812毫米的范圍內(nèi)，凸起立面的傾斜角度

5、確定為：75°,將凸起高度確定為2毫米，相鄰?fù)蛊痖g的間距A確定在26 45毫米的范圍內(nèi)，板料厚度選用 2毫米。為了測(cè)算出各種底板凸起的截面慣性矩，我們將底板凸起的一個(gè)循環(huán) 單元分割為1毫米的等份數(shù)，分別測(cè)出了各個(gè)截面慣性矩以及粗略的拉延 率等，供我們確定波紋板凸起單元的結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)參考。測(cè)算數(shù)據(jù)分別如下 表所示：凸起截面尺寸長(zhǎng)x寬各凸起試驗(yàn)件尺每個(gè)凸起材料凸起x凸起高度間距慣性矩范圍寸寬的拉延長(zhǎng)度數(shù)量拉延率18X8X2263626454712503.06924823.5714622X10X2303613573812502.76224118.1200325X10X233354151941

6、2502.76223816.7941830X10X2413258405512502.76223013.2585632X12X242.53347505612503.06922914.2410935X10X2453227433212503.06922713.2589437X12X2453431520612503.06922713.258943.3波紋板結(jié)構(gòu)尺寸確實(shí)定從上述表格中的數(shù)據(jù)可以了解到，隨著凸起結(jié)構(gòu)尺寸的增大，材料的 抗彎能力逐步減弱，材料的拉延率也不斷減低，因此，為了保證底板具有 足夠的抗彎能力，將凸起尺寸確定為：18x8x2毫米。從上述表格中的數(shù)據(jù)我們還可以了解到，隨著相鄰?fù)蛊痖g距的增

7、大， 材料的抗彎能力逐步減弱，但是如果該尺寸太小又會(huì)給拉延模具的設(shè)計(jì)增 加難度。為此，結(jié)合拉延試制樣件用模具的設(shè)計(jì)，我們與工藝設(shè)計(jì)人員一 起商討將相鄰?fù)蛊痖g的距離確定為 29.8毫米。4、波紋板樣件試驗(yàn)4.1樣件抗彎試驗(yàn)為了驗(yàn)證波紋板的抗彎能力，我們按比例 模擬車廂底板的承載狀態(tài)，設(shè)計(jì)了右圖所示的試驗(yàn)樣件。通過(guò)質(zhì)保部加載設(shè)備分別對(duì)波紋板試驗(yàn)樣件以及3毫米平板試驗(yàn)樣件進(jìn)行加載，測(cè)試其在一定載荷下各自的變形量。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：當(dāng)加載載荷低于1600牛頓時(shí)，2毫米的波紋板變形量低于 3毫米的平板底板，說(shuō)明了波紋板的抗彎能力要高于目前采用的 3毫米平板 結(jié)構(gòu)。4.2樣件裝車試驗(yàn)通過(guò)樣件的抗拉試驗(yàn)和抗彎試驗(yàn)以

8、后，我們掌握了波紋板的各種機(jī)械性能，根本上到達(dá)了預(yù)期的設(shè)計(jì)設(shè)想。為了驗(yàn)證其整體承載能力，我們對(duì)波紋板結(jié)構(gòu)的底板進(jìn)行了裝車實(shí)驗(yàn)。 結(jié)合海南試驗(yàn)樣車，分別在 FK8*4、 FK6*4的試驗(yàn)用車廂上試裝了波紋板 結(jié)構(gòu)底板，如右圖所示。從裝車的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu) 車廂底板還存在以下幾個(gè)問(wèn)題：邊板與底板間的間隙加大。由于目前車廂邊框采用10#槽鋼，標(biāo)準(zhǔn)槽鋼的上平 面尺寸為48毫米，而如果采用非標(biāo)槽鋼上翼面尺寸僅 在42毫米左右，為了保證底板的裝配我們必須加大底 板的寬度，從而影響了車廂邊板的裝配。如果我們能 將車廂邊框改為右圖所示的異型槽鋼結(jié)構(gòu)，那么可解決 這個(gè)問(wèn)題。422底板的對(duì)接工藝與搭接工藝為了驗(yàn)證車廂底板的拼接形式對(duì)車廂底板剛度的影響，我們采用了不同 寬度板料對(duì)接和等寬度板料搭接兩種工藝鋪設(shè)底板，發(fā)現(xiàn)對(duì)接工藝與現(xiàn)生 產(chǎn)工藝相同沒有問(wèn)題。但搭接工藝由于沒有底板橫梁在搭接縫隙處支撐， 底板焊接后，底板外表平整度較差。5、波紋板底板改良帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益波紋板結(jié)構(gòu)的車廂底板的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是降低車廂的