汽车燃油箱安全防护装置设计与研究

张东梅 邵文艺 李兰英 张力存

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随着汽车工业的迅速发展，汽车的生产水平不断提高，现代化的汽车要求安全、低成本、轻量化、使用寿命长及无公害等。与之密不可分的胶粘剂的性能也在不断提高和专用化，并且产能持续增长。汽车在运行中，车身中下部位易受到外来物的撞击，以及路面各种液体的侵蚀、漆膜划伤等而产生锈蚀。为了更好地保护车身，必须对上述部位涂覆保护膜，从而降噪、减震及防腐。聚氯乙烯（PVC）塑溶胶固含量高（＞90%），易于实现厚膜，涂膜具有耐酸、耐碱、耐盐雾和耐磨等优点，固化后附着力牢固，韧性及抗撞击能力强。目前汽车胶工业正在向着高强度、多品种、系列化和专业化发展，汽车油箱防护胶具备更专业的用途。本研究以PVC为基材制备了油箱防护胶，其附着力大、韧性强，并且具有良好的外观装饰性。由于该油箱防护胶用于钢板与中涂、面漆之间，所以，不仅与钢板有良好的附着力，还与中涂、面漆有适宜的配套性。

1 概述

汽车燃油箱是汽车最重要的部件之一，所以对油箱的防护是极为重要的。然而对于汽车油箱的防护，业内并没有对其引起足够的重视，只是在一些营运客车的燃油箱未受到纵梁保护的侧面部分安装了防护装置。燃油箱侧面防护装置能对燃油箱起到可靠的侧面防护作用并满足静强度试验，但是在车辆实际的行驶过程中并不能最大化的保护燃油箱。在汽车发生碰撞的时候不仅横向会受到冲击，同时在轴向也会受到车身其他组件对油箱的冲击。同时由于汽车燃油箱处于一个半开放的环境中，所以油箱箱体内空气含氧量过高可能会引起点燃爆炸的危害。与此同时，汽车与环境、汽车与乘员之间的静电荷转移也是一个普遍现象，静电产生的电火花有可能导致油箱内燃油混合气爆燃。所以为了更好的保护驾乘人员，提高驾驶安全性。本研究首先通过CREO建模分析，设计了一套优化油箱吊挂支架的方案，使油箱的固定可以更加稳定。同时设计了一套油箱碰撞吸能装置，使汽车在发生碰撞时有效的保护油箱。在油箱内部，本研究设想给油箱加装惰化系统以及静电防护装置以避免油箱在汽车行驶过程中发生点燃自爆，从而达到全方面保护汽车燃油箱的目的。

2 燃油箱侧防护装置的有限元计算分析

2.1 燃油箱侧防护装置静态加载载荷和加载点位置

边界条件：设定模型中的边界条件为约束车身截取端面123456自由度。加载载荷：车辆最大总质量为4,200kg，按照B级客车试验载荷为车辆最大总质量的12.5%计算。加载力F=4,200kg×9.8N/kg×12.5%=5,150N，加载方向为Y方向。

2.2 吸能保护件的研究

当车辆发生强烈碰撞时，油箱的吸能保护件首先发生变形，并将载荷传递到附件安装盘上。碰撞载荷达到一定量时，与安装盘固定连接的易碎连接件与结构分离。吸能保护件、附件安装盘随油箱一起进入油箱舱，此时，吸能保护件不再受力。整个过程，吸能保护件吸收一定的能量，并会有一定的压缩量，但这个压缩量必须保证安装在附件板上的附件不受力的冲击。

2.3 燃油箱侧防护装置静态加载计算结果

将设定完成的模型输入到求解器中进行求解，得到燃油箱侧防护的变形及加载装置的位移。根据计算结果，加载力按照车辆最大总质量4,200kg计算时，加载力F1、加载力F2、加载力F3的最终位移分别为3.92mm，46.07mm，52.85mm，同时在车身位置布置测点，输出车身与油箱之间的距离曲线，其最小距离是4.21mm，满足标准“试验过程中及试验后，防护装置的任何部件不应与燃油箱本体发生接触”的要求[1]。

2.4 增黏剂用量对油箱防护胶性能的影响

未处理的钢板不同于表面附着电泳漆的钢板，油箱防护胶在这2种表面的附着力差别很大，为了增大胶体与钢板的附着力，需增大增黏剂的用量，同时要在120-180℃固化30min的条件下，筛选出最合适的温度，才能提高胶体与钢板直接附着的可靠性。

2.5 吸能保护件分析

根据燃油箱附件距附件安装盘下表面的最大距离值及吸能保护件厚度，得出吸能保护件允许的最大压缩比为36%。当易碎件与结构分离时，按易碎件分离压力最大为附件安装盘破坏压力的50%考虑，吸能保护件所受的最大载荷为0.175MPa，即要求吸能保护件在承受0.175MPa的压力下，压缩比不能大于36%。在0.175MPa的压力下，吸能保护件的压缩比远小于36%，符合设计要求。

3 汽车燃油箱静电防护

（1）油泵金属壳体与车身连接，汽车在行驶的过程中，油箱中燃油的晃动与车载供油管路摩擦会产生静电荷。为了解决局部电荷的累积，本项目通过把燃油泵金属壳与车身用导电线连接，使油箱和车身成为等势体，摩擦产生的电荷则通过导电线传播到整个车身。（2）加油口多触点设计多触点设计方案可以有效的避免在燃油加注过程中新静电荷的累积放电，一个可行的设计就是在注油口通过增加触点的方法来消除局部电荷。本防静电加油口通过铰链和扭簧的固定。保证油箱盖打开后油气不外泄。金属加油口内腔体内壁面下部构成了加油枪管放入过程中滑动的接触面。同时加油枪管通过点接触消除局部油膜和金属氧化表面对静电荷转移的影响。

4 结语

在提出了设计方案之后，本研究根据设计方案进行了电脑模拟，以及模型化试验，对关键参数进行了记录，验证了方案的可行性，达到了理论上最大化保护汽车燃油箱的目的。成熟的材料技术以及加工技术，支持了汽车燃油箱装置的研发。同时随着人们安全意识的强化以及科学技术的发展，汽车油箱的安全性还会得到更大的提升。