超高强度钢管在公交客车车身骨架上的应用

文/张亚涛（安徽安凯汽车股份有限公司）

材料在公交客车行业中一直有着举足轻重的地位，在当今公交客车结构同质化现象日趋严重的情况下，新材料的适当选择和应用更是提升产品性能和降低成本的重要举措。目前国内公交客车车身骨架的主流材料是Q345 钢管，按照国际钢铁协会的定义属于高强度钢管。但在相关法规日趋严格、产品竞争愈发激烈的环境下，拥有更高强度的超高强度钢管QSTE700TM 在公交客车车身骨架上的合理使用已是大势所趋。

一、超高强度钢管的应用原则

目前行业内常用的公交车身骨架材料是Q345 钢管与QSTE700TM钢管，这两种钢管的性能及成本对比见表1。从表1 的数据可以看出，QSTE700TM钢管的屈服强度是Q345 钢管的2 倍左右，抗拉强度是Q345 钢管的1.5 倍左右，而成本仅是Q345 钢管的1.1倍左右。从材料强度看，QSTE700TM 钢管明显优于Q345 钢管，理论上车身骨架上的Q345 钢管完全可以用同规格的壁厚更薄的QSTE700TM 钢管替换，Q345钢管壁厚尺寸与可以替换的QSTE700TM钢管壁厚尺寸的对照见表2，且替换后既能保证车身骨架强度，车身重量和骨架成本又都有所降低。但目前QSTE700TM钢管本身的强度数据仅是实验结果，尚缺乏长期的实践验证，且钢管壁厚过薄焊接接头强度也会难以保证。除此之外，QSTE700TM钢管断后延伸率只有Q345钢管的一半，这表明QSTE700TM钢管在制作大曲率的弯管过程中出现弯曲开裂的概率比Q345 钢管高出1 倍，生产过程中出现次品的概率较高。

表1 Q345 钢管与QSTE700TM 钢管性能对比表

综上所述，超高强度钢管QSTE700TM在车身骨架上的应用原则为：受力状况严峻的结构处不使用壁厚更薄的QSTE700TM钢管替换；不使用壁厚过薄（小于1.5 mm）的QSTE700TM钢管；大曲率的弯管不使用QSTE700TM钢管；其余的Q345 钢管都可以按照表2所示用壁厚更薄的QSTE700TM钢管替换。

表2 QSTE700TM 钢管替换Q345 钢管壁厚对照表

二、超高强度钢管的应用方案

以某款8 m 公交客车车身骨架为例，图1、图2、图3 分别为公交客车前、后围骨架、侧围骨架和顶盖骨架中的钢管部分，其中有阴影的钢管可以使用QSTE700TM钢管来替换Q345 钢管。

前、后围骨架主要凸显客车造型，本身承载较轻。图1 阴影部分中，前围外侧立柱、后围外侧立柱原为壁厚3 mm 的小曲率Q345 弯管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM 弯管替换；前围内侧立柱、后围内侧立柱原为壁厚2 mm 的Q345 直管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM 直管替换；前后围骨架上的其他钢管（非阴影部分）均为大曲率的弯管，而大曲率QSTE700TM弯管难以制作，故仍使用Q345 弯管。

图1 某款8 m 公交客车前、后围骨架钢管部分

侧围骨架钢管相对而言承载状况较为良好，图2中的阴影部分及侧窗上部纵梁不与底架相连。阴影部分中，中部的腰梁原为壁厚3 mm 的Q345 直管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM直管替换；腰梁以上的窗立柱原为壁厚3 mm 的小曲率Q345 弯管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM弯管替换；阴影部分中的其余钢管均为壁厚2 mm 的Q345 直管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM直管替换。非阴影部分中，侧窗上部纵梁原为壁厚1.5 mm 的Q345 直管，本身壁厚已经很薄，为保险起见不再用壁厚更薄的QSTE700TM 钢管替换；其余的非阴影部分均与底架相连，承载较重且受力状态复杂，为保险起见也仍使用Q345 钢管。

图2 某款8 m 公交客车侧围骨架钢管部分

顶盖骨架主要承受空调的载荷，承载状况较为良好。图3 阴影部分中，最外侧纵梁原为壁厚3 mm 的Q345 直管，可用壁厚2 mm 的QSTE700TM直管替换；其余纵梁原为壁厚2 mm 的Q345 直管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM直管替换；阴影部分中的横梁原为壁厚2 mm 的Q345 弯管，可用壁厚1.5 mm 的QSTE700TM弯管替换。非阴影部分中，横梁原为大曲率的弯管，而大曲率QSTE700TM弯管难以制作，故仍使用Q345 弯管；纵梁原为壁厚1.5 mm 的Q345 直管，本身壁厚已经很薄，为保险起见不再用壁厚更薄的QSTE700TM钢管替换。

图3 某款8 m 公交客车顶盖骨架钢管部分

三、应用结果

钢的密度按7.85 g/cm3计算，可得该8 m 公交客车车身骨架合理使用QSTE700TM钢管后，在保证车身骨架强度的前提下，骨架钢管减重约79 kg,骨架成本降低约482 元。

四、结语

本文提出的超高强度钢管QSTE700TM在车身骨架上的应用原则及应用方案，为同时使用Q345 钢管与QSTE700TM钢管两种材料设计车身骨架，在保证安全性的前提下降低骨架成本提供了一种设计思路。随着实践数据的不断完善，QSTE700TM钢管将更多地应用在车身骨架中。