劉祥濤 李玉寶 張鋼

中國重汽集團(tuán)泰安五岳專用汽車有限公司 山東泰安 271000

一款功能可擴(kuò)展式集裝箱半掛車

劉祥濤 李玉寶 張鋼

中國重汽集團(tuán)泰安五岳專用汽車有限公司 山東泰安 271000

為提高骨架式集裝箱半掛車的運(yùn)輸效率，研制了一款在骨架式集裝箱半掛車基礎(chǔ)上通過插樁外掛裝置使其擴(kuò)展為3 m外寬狀態(tài)下的低平板半掛車。該車既能夠運(yùn)輸6 m和12 m標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，又能夠運(yùn)輸工程機(jī)械裝備，實(shí)現(xiàn)了一車多用，有效擴(kuò)展了骨架式集裝箱半掛車的功能。

集裝箱半掛車 外掛裝置 低平板半掛車 工程機(jī)械

1 前言

目前國內(nèi)骨架式集裝箱半掛車主要用于運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，如圖1所示；而低平板半掛車通常用于運(yùn)輸?shù)V用機(jī)械、林業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械及其他重載貨物，如圖2所示。為了提高車輛的利用效率，研制了一款功能可擴(kuò)展式集裝箱半掛車，該半掛車對(duì)傳統(tǒng)骨架式集裝箱半掛車進(jìn)行改裝，使其拓展為3 m外寬的低平板半掛車，不僅能夠運(yùn)輸6 m和12 m標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，而且能夠運(yùn)輸不超過40 t的工程用機(jī)械裝備。

2 總體設(shè)計(jì)方案

在骨架式集裝箱半掛車基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)有加裝接口，通過裝配制式的外掛裝置，拓寬并降低承載面，以適應(yīng)工程機(jī)械公路運(yùn)輸?shù)男枰?。其主要結(jié)構(gòu)由預(yù)留加裝接口的集裝箱半掛車和便于快速加裝在集裝箱半掛車上的外掛裝置組成，盡量少地改變集裝箱半掛車的基本結(jié)構(gòu)，加裝外掛裝置時(shí)不必對(duì)集裝箱半掛車進(jìn)行任何加工。

3 擴(kuò)展式集裝箱半掛車底盤設(shè)計(jì)

擴(kuò)展式集裝箱半掛車主要由車架、車軸、懸掛、車輪、支撐、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、牽引銷等組成。該掛車在普通骨架式集裝箱半掛車的基礎(chǔ)上對(duì)車架做了兩項(xiàng)改進(jìn)設(shè)計(jì)：一是安裝集裝箱角件鎖止機(jī)構(gòu)的橫梁（簡(jiǎn)稱角件梁）采用可拆式結(jié)構(gòu)（最前端一組除外），在車架對(duì)應(yīng)位置焊接上下雙層方形套管。在運(yùn)輸集裝箱狀態(tài)，角件梁全插入上層方管，用銷軸連接牢靠，呈高位窄車架，此時(shí)整車外寬2 500 mm；改裝為運(yùn)輸工程機(jī)械狀態(tài)時(shí)，角件梁旋轉(zhuǎn)90?后半插入下層方管，用螺栓緊固，呈低位寬車架，此時(shí)整車外寬3 000 mm。二是車架部分橫梁（工程機(jī)械裝載區(qū)間內(nèi)，共6根）也改用方管結(jié)構(gòu)，貫穿兩縱梁立板與車架焊為一體，方管橫梁外端呈開口狀，以便于插入外掛裝置[1]，車架結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 外掛裝置設(shè)計(jì)

外掛裝置由側(cè)加寬半梁12根、承載面板10塊、登車跳板安裝梁2根、登車跳板2組、限位塊及聯(lián)接螺栓等部件組成。側(cè)加寬半梁插入車架底層的方形套管內(nèi)，承載面板平鋪到側(cè)加寬半梁上，通過銷軸將兩者固定牢靠；登車跳板安裝梁與側(cè)加寬半梁的安裝方式相同，只是將其插裝到尾部方形套管內(nèi)，登車跳板用銷軸鎖止到登車跳板安裝梁上，并將助力彈簧裝配到位。具體布置如圖4所示。

兩側(cè)的承載面板各分5段，便于人工拆裝；承載面板上設(shè)有前限位塊、導(dǎo)向限位塊及防滑條，下部設(shè)有與插裝橫梁連接的連接件，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

兩側(cè)登車跳板各分為前、中、后3段。跳板前段與車架后部的跳板安裝梁鉸接；跳板中段前部與前段后部鉸接，可繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)展開收攏，且鉸接處裝有兩個(gè)助力彈簧，便于人工操作；跳板后段前部與中段后部鉸接，可繞鉸接點(diǎn)翻轉(zhuǎn)折疊，折疊后由張緊裝置鎖定，整體結(jié)構(gòu)如圖6所示，各分段結(jié)構(gòu)如圖7所示。

5 整車裝配狀態(tài)

車輛改裝為運(yùn)輸工程機(jī)械裝備狀態(tài)時(shí)，先將兩側(cè)加寬半梁及跳板安裝梁裝配于車架縱梁上，用銷軸連接固定；再將角件梁旋轉(zhuǎn)90°插入底層方形套管，用銷軸連接固定；然后將承載面板逐塊鋪裝在加寬半梁和角件梁上，用銷軸連接固定，有效承載長(zhǎng)度為8 000 mm；最后將兩組登車跳板逐段安裝于車尾，也用銷軸連接固定，此時(shí)車輛便可用于工程機(jī)械裝備登車，裝載狀態(tài)如圖8所示，車輛行駛時(shí)跳板可向上折起，隨車運(yùn)行，如圖9所示，兩種狀態(tài)下技術(shù)參數(shù)對(duì)照如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)對(duì)照表

6 整車穩(wěn)定性校核

由技術(shù)參數(shù)表可知，兩種狀態(tài)下軸距和輪距不變。但運(yùn)輸工程機(jī)械裝備狀態(tài)下的承載面加寬為3 000 mm，需要校核整車的穩(wěn)定性。由于工程機(jī)械裝備種類很多，經(jīng)調(diào)研目前市場(chǎng)上大多數(shù)工程機(jī)械裝備的質(zhì)心高度一般不大于1 100 mm，質(zhì)量不大于40 t。經(jīng)計(jì)算，半掛車整備質(zhì)量為9 300 kg，質(zhì)心位置距地尺寸970 mm，則整車質(zhì)心高度H為：

式中，H為整車質(zhì)心距地高度，mm；m為上裝總質(zhì)量，kg；h為上裝質(zhì)心距地高度，h=2 365 mm；mg為 掛車整備質(zhì)量，kg；hg為掛車距地高度，mm；G為整車總質(zhì)量，mm。

計(jì)算可得，H=2 100 mm。

由橫向坡道行駛穩(wěn)定性計(jì)算公式：

式中，B為掛車輪距，B=1840 mm；H1為滿載時(shí)整車質(zhì)心高度，H1=2 035 mm。

計(jì)算可得，tanβ=0.438≈0.4。

由此可見，重型運(yùn)輸車抗側(cè)傾翻閾值為0.4，整車能夠滿足側(cè)傾翻穩(wěn)定性要求。因掛車軸距較長(zhǎng)，帶載后軸荷分配合理，在15%的縱向坡道上，質(zhì)心均在翻轉(zhuǎn)支撐點(diǎn)范圍內(nèi)，因此縱向穩(wěn)定性不再校核。經(jīng)過整車性能試驗(yàn)，車輛穩(wěn)定性能夠滿足使用要求。

7 車架強(qiáng)度校核

7.1 車架應(yīng)力分析

車架縱梁截面采用工字梁結(jié)構(gòu)，與車架方管橫梁、方管插樁梁均選用HG60材料。集裝箱運(yùn)輸狀態(tài)下，最大可運(yùn)輸12 m集裝箱，載質(zhì)量不大于33 t，均布載荷；工程機(jī)械運(yùn)輸狀態(tài)下，承載面板長(zhǎng)度為8 000 mm，承載面板后部與車架尾部平齊，最大載質(zhì)量為40 t，均布載荷。因此只需計(jì)算工程機(jī)械運(yùn)輸狀態(tài)下車架的強(qiáng)度。經(jīng)計(jì)算，車架安全系數(shù)不低于2.1，側(cè)加寬半梁安全系數(shù)不低于3.85[2]。

再利用NX7.5結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)車架強(qiáng)度進(jìn)行校核，最大應(yīng)力為240 MPa，出現(xiàn)在第一個(gè)彈簧支座固定約束處，如圖10所示。

由于車架鋼板彈簧支座處并不是真正的固定約束部位，所以實(shí)際最大應(yīng)力要小于240 MPa。說明手工計(jì)算符合實(shí)際情況。

7.2 車架變形計(jì)算

計(jì)算車架變形量約為7.5 mm，出現(xiàn)在側(cè)加寬半梁外端部位。車架縱梁上平面變形約為3 mm，如圖11所示。

由于車架兩端約束計(jì)算和車架實(shí)際工況有差別，實(shí)際變形量要略大一點(diǎn)，也在允許變形范圍內(nèi)。

8 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度可靠，完全能夠滿足兩種狀態(tài)下的承載要求，有效拓展了骨架式集裝箱半掛車的功能，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

[1] 徐達(dá),蔣崇賢.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京∶北京理工大學(xué)出版社,1998.

[2] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京∶清華大學(xué)出版社,2003.

A Function Extensible Container Semi-trailer

LIU Xiang-tao et al

Through installing additional device on the skeleton container semi-trailer, which can be extended to 3 m width low flat semitrailer. So it not only can transport 6 m and 12 m container, also can transport construction machinery, so as to extend the container semi-trailer's function.

container semi-trailer; additional device; low flat semi-trailer.; construction machinery

U469.6+2.02

A

1004-0226(2015)06-0102-03

劉祥濤，男，1975年生，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事專用汽車開發(fā)工作。

2015-03-26