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影响低地板城市客车地板高度因素分析论文

摘要

最近几年，随着国内社会经济及人们生活水平的发展，低地板城市客车在国内得到很快发展，东风公司从2001年也开始设计生产低地板城市客车，低地板城市客车的设计不同于传统的客车，特别是法规要求乘客区地板高度要低于380mm，这给各项参数的设计带来很多困难。

论文首先建立影响地板高度的参数链，通过这些参数链找出影响地板高度的要素，它们主要有轮胎半径、前桥落差、后桥主减速器壳高度、车架大梁断面高度等，然后通过对这些要素逐一分析，并找到的最佳解决方案。

论文通过逻辑推理的方法，逐层分析影响地板高度的要素，然后找到解决办法，因此确定的参数可以最优化。

论文对影响地板城市客车地板高度这一关键技术的研究，对东风公司低地板城市客车的设计具有现实意义。

关键词：

低地板，要素

1、前言

低地板城市客车最早在是在二十世纪八十年代欧洲出现的，它的出现是城市公交低地板化发展趋势的标志之一。

低地板技术的应用，降低了整车的重心，增强了城市客车的行驶稳定性和舒适性，同时方便乘车，尤其是方便儿童、老人和有行动障碍乘客的上下车，增强了公交服务的功能；低地板城市客车的应用，也体现了城市发展的文明程度。

近几年，由于公路交通的发展及国家公交政策的发展，国内大中型城市公交车辆也在向低地板化过渡。

发展城市公共交通，推动了城市公交企业的改革和发展，为公交企业加快车辆的更新、换型创造了条件；另外，2008年奥运会将在北京举行，届时北京将与国际接轨，这将推动北京公交车的换代发展，高档低地板城市客车将得到广泛的运用。

低地板城市客车车架是低地板城市客车设计的一个重要部分，如何降低地板高度是低地板城市客车设计的关键技术，因此，低地板城市客车车架的设计与分析对低地板城市客车的发展具有很重要的意义。

东风公司在2001年开始研发EQ6111L低地板城市客车，该车型是东风公司战略性项目之一，是为北京2008年奥运会城市公交客车市场设计的环保型车型，它拓宽东风公司客车产品系列，并推动新技术在东风公司客车上的应用，提高新产品的技术含量。

2、低地板城市客车整车设计要求

对标准城市客车对地板高度要求不是特别严格，一般为两到三级踏步，地板高度在500～825mm（见表2-1）之间，其基本形式为双轴、后置发动机布置，设前、中两个双通道乘客门，车架一般有三种形式，即贯通式大梁车架、分段式大梁车架、桁架式车架，前端地板高度相对要低，后端由于发动机及其系统布置的影响，最后端的地板高度大。

表2-1国内外客车整车参数对照表

厂牌

东风

Neoplan

Renault

inveco

isuzu

型号

EQ1160RC

N416SLⅡ

PR100·2

571.12.20

P-LV314Q

车长（mm）

1085

11475

11402

11990

11480

车宽（mm）

2500

2500

2500

2500

2490

车高（mm）

3010

2915

3083

3155

车内高（mm）

2145

2190

2300

2120～2170

地板高（mm）

595（前）835（后）

710

681

715

700（前）725（中）

踏步高

（mm）

第一级

320

369

345

335（330）

第二级

195

156

185

185（200）

第三级

195

156

185

180（195）

车门净宽（mm）

前门

1260

1250

/

1360

855

后门

1260

1250

/

1360

935

低地板城市客车除了要满足国家标准及客车行业通用标准外，有一个特殊要求就是地板高度低于380mm，要满足这一地板高度要求，采用传统的设计方法与总成布置必然会出现许多问题，因此要达到这个要求必须先了解整车参数及配置情况，然后根据整车配置情况分析影响地板高度的要素，最后根据分析调整整车参数及总成配置来达到低地板城市客车的设计要求。

下面主要从整车参数与配置、车架截面参数来分析影响地板高度要素，并以将这些要素推广到EQ6111L具体参数进行计算说明。

3、影响地板高度要素分析

3.1整车设计参数要求

下面是根据相关法规要求及EQ6111L产品定义相关的低地板城市客车整车参数：

1.外形尺寸：

总长11040mm

总宽2490mm

轴距5600mm

前悬2060mm

后悬3280mm

轮距前2096mm

后1836mm

2.质量参数：

底盘质量：

10700kg

前轴负荷：

3300kg

后桥负荷：

7400kg

客车允许总质量：

16500kg

前轴最大允许负荷：

6000kg

后桥最大允许负荷：

10500kg

3.前轮定位角和转角：

前轮最大转角：

内轮　44°

外轮　36°

主销中心距：

1732mm

4.车架上平面离地高度：

≤380

5.最小离地间隙152mm

6.发动机（后置）：

美国康明斯ISB260水冷直列六缸四冲程增压中冷柴油机。

7.离合器：

单片干式膜片弹簧离合器，摩擦片外径430mm，液力远距离操纵；油管为钢管，吊挂式踏板。

8.变速箱：

ZF机械式六档变速箱，软轴操纵式。

9.传动轴：

单节开式传动轴，十字轴式万向节，带有十字轴滚针轴承。

10.后桥：

驱动桥，ZF门式后桥AV-132/90，主传动比5.13；后桥允许承载能力为10500kg。

11.前轴：

ZFRL85A大落差前桥，前轴允许最大轴荷为6000kg。

12.车轮：

275/70R22.5子午线无内胎车轮。

13.悬架：

型式：

空悬架，前桥两个空气气囊，后桥四个空气气囊。

14.转向系统：

采用动力转向系统，ZF整体式动力转向机。

3.2影响地板高度要素分析

如何降低城市客车地板离地高度是低地板城市客车设计的关键技术之一。

在进行低地板城市客车的总布置时，影响地板高度的因素有很多，如发动机布置形式、车架截面参数、传动系的结构和布置等。

根据传统设计要求分析，要满足地板高度不大于380mm，设计的难点在如何保证前后桥处地板高度与发动机布置。

下面研究影响地板高度组成要素，然后根据这些要素来确定降低地板高度的措施，而这些结构将直接影响车架的结构设计。

1）后桥上端影响地板高度尺寸链可表示为（如图3-1所示）：

d=b+h+c+A+L（3.1）

式3.1中：

d---地板高度

b---轮胎静载半径

h---后桥鼓包高度

A---轮心与后桥壳落差

c---车架与后桥相对最大位移，包括悬架系统动挠度fd及限位块压缩量等，取c=fd+40

L---后桥处车架纵梁断面高度

图3-1后桥上端地板布置

根据传统设计方法，如EQ1160RC城市客车，客车总重为16000kg，后桥轴荷为10500kg，一般要选用12.00-20轮胎（见表3-2），b=510mm；采用槽钢直大梁，采用东风公司常用的材料DL510，如果根据类比设计，低地板城市客车大梁断面也采用238×80×7mm槽形钢，即L=238mm；后桥可采用EQ153后桥，h+A=215mm；车架跳动取c=130mm（fd=90mm），所以d=510+238+215+130=1093mm，当地板铺在车架纵梁下表面时，L=0，则d=855mm。

由于d=835mm﹥380mm，高出标准高度约455mm，不满足要求，因此要调整b、h、c、A、L等参数值。

2）前桥部分影响地板高度的尺寸链为（如图3-2）

d1=b-h1+c1+L1（3.2）

式3.2中：

d1---地板高度

b---轮胎静载半径

h1---前桥两级落差

c1---车架最大下位移量

L1---前桥处车架纵梁断面高度

图3-2前桥上端地板高度布置

同样根据传统设计方法，前桥轴荷为5500kg，选用12.00-20轮胎（见表3-2），b=510mm；采用DL510槽钢直大梁，大梁断面应该采用238×80×7，即L1=238mm；前桥可采用EQ153前桥，h1=110mm；悬架系统c1=130mm（fd=90mm）；所以d=510-110+238+130=768mm，如取L1=0，则d=580mm。

由于d=550mm﹥380mm，高出标准高度约170mm,不满足要求，因此要调整b、h1、c1、L1等参数值。

3）根据以上分析可以看出，地板高度要素主要包含有b、h、c、L、h1、L1、c1等参数。

b值可以通过轮胎的选择来调整，h、可以通过后桥参数选择降低，h1可通过选择大落差前桥改变，通过车架局部细化设计提高车架强度从而改变参数L、L1，通过悬架系统的匹配与设计可以降低c、c1。

因此影响地板高度的要素主要有：

轮胎、车桥、钢板弹簧挠度、局部车架纵梁断面高度等。

3.3降低地板高度方案分析

根据传统设计方法，地板高度不能满足要求，因此我们从轮胎、车桥、悬架系统动挠度、局部车架纵梁断面高度等要素分析入手，合理选择参数与配置，达到降低低地板城市客车地板高度的目的。

1）采用无内胎轮胎，降低b

轮胎半径b的选择可降低地板高度。

由公式3.1及公式3.2可以看出，轮胎尺寸对地板高度的影响是显而易见的，采用外径尺寸小的轮胎，可以达到降低地板高度的目的。

英国的国民牌公共汽车采用的就是比一般公共汽车的轮胎直径小100mm的轮胎，MANSL202型标准公共汽车，采用11B22.5轮胎时，地板高度为725mm，由于采用新型的小尺寸轮胎，即11／70R22.5型轮胎，则地板高度可降低至685mm。

采用小尺寸轮胎同时也可降低车内轮胎罩凸起地板的高度降低。

通过轮胎选择，在其他配置不变的情况下，可以使地板高度降低到20～80mm。

轮胎尺寸见表3-2。

表3-2轮胎参数

轮胎规格

轮胎气压（kgf/cm2）

载荷（kg）

静载半径（mm）

单胎

双胎

11.00-20

7.4

3085

2870

517

12.00-20

7.4

3410

3180

530

11R20

7.4

2995

2795

507

12R20

7.4

3410

3180

526

11R22.5

7.7

2830

2630

493

12R22.5

7.4

2995

2795

507

275R22.5/70

8.75

3000

2725

442

由上表可以看出，在其他条件不变化情况下，把轮胎由12.00-20改为275R22.5/70情况下，可以使地板高度降低70mm左右，即b=442mm，则d=785mm,d1=718mm。

2）采用空气悬架，减少c、c1

选择钢板弹簧悬架系统，地板高度必然会随载荷的变化而变化，并且由于存在冲击载荷，悬架系统会振动，因此还有留有足够的空间，这些参数的存在必然会影响地板高度；悬架系统的特殊特性，地板高度不会由于载荷变化而变化，只有留出足够的跳动空间即可，因此可以选用空气悬挂，如图3-3所示，气囊可以根据载荷调节气压，使车架始终保持在同一高度，f=0,c1=a=110mm。

图3-3气囊性能曲线

因此通过空气悬架选用，地板高度可以降低20~40mm

3）采用轮边减速器后桥，降低h、增加A

后轴的结构尺寸直接影响地板高度，若采用标准的后轴，即主减速器位于中心线附近，由于后轴最大外壳尺寸正处于地板中心位置，对降低此处的地板高度是十分不利的。

采用轮边减速器后桥，可减小地板中心处桥壳高度，如图3-4可知：

图3-4轮边减速器后桥地板布置图

d=b-A+c+h+L（3.1）

式3.1中：

d---地板高度

A---后桥落差（相对与3.1式A为负值）

c---车架跳动量，采用空气悬挂，c=0

h---鼓包高度

L---后桥处车架纵梁断面高度

由于这种结构的后轴具有较小的主传动比，其主减速器外壳尺寸h也较小，故有利于降低地板高度。

若采用偏置的主传动器布置，可以忽略h高度。

采用ZFAV132-90后桥，取h=0，A=182mm（见图3-5），当地板铺在车架纵梁下表面时，L=0，则d=442-182+110=370mm。

图3-5ZFAV132-90后桥

4采用大落差前桥，增加h1

采用ZFRL85A大落差前桥（见图3-6），h1=205mm，则由公式3.2可知，d=442-205+900+238=565mm

如图3-6所示，前桥上端地板高度无法满足设计要求，现在只有一个参数可以改变，那就是车架纵梁断面高度L1。

如果将L1减少到50mm，则d=377mm，可以满足要求，但车架结构将发生很发大的变化，因此在前桥部分要在车架结构上作改动，我们采取的方案是将此部分车驾与前轮罩部分一起设计为桁架结构（见图3-7），增加局部强度与刚度。

图3-6ZFRL85A大落差前桥

图3-7前桥部分车架结构

5）采用发动机偏置或横置

图3-8发动机布置型式

发动机布置形式如图3-8所示，采用发动机后置，右偏置，优点有以下几个方面：

1）与后桥主减速器鼓包右偏相对应，减少传动轴当两间夹角

2）便于后门及通道布置

3）有利于冷却系统布置

4）有利于降低乘客区通道地板高度降低

也可以采用发动机后置横置布置，这样发动机占用位置主要在整车后部，更有利于地板高度降低与后门布置。

但候影响发动机系统及传动系统布置，因此现在国内较少采用。

4、总结

论文通过分析影响地板高度要素，找到相应解决降低地板高度的方法，并结合对EQ6111L低地板城市客车实际应用进行分析验证，结论表明，论文所分析影响低地板城市客车要素及所提出的解决方案是成功的，也为今后同类问题提供了的解决方案。

参考文献

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机械工业出版社，2000.5

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