半掛飛機加油車鞍座的設計

王 宇

航天晨光特種車輛分公司，江蘇 南京 211153

0 引言

隨著國內民航市場對大容量飛機加油車的興趣日益濃厚，航天晨光特種車輛分公司研制該類車型的計劃也提上日程。目前大容量飛機加油車車型有兩種，一種是全掛，一種是半掛。全掛車型是航天晨光特種車輛分公司成熟產品，也是近幾年來民航訂貨的主力車型，但由于機動性能較差，使用操作較為繁瑣等缺點，在國外已漸漸被半掛飛機加油車所代替，半掛車的機動性能比全掛好，使用操作與普通加油車完全一致，油罐也可以滿足用戶對于大容量的要求。

標準的公路牽引車的鞍座是一個可以擺動的馬蹄形的耐磨鋼板，半掛加油車需要牽引鞍座和標準的公路牽引車鞍座不一樣，中間為中空結構，便于管道通過，從而管道不外露，避免了管道磨損保證了運輸安全，其結構相當于公路牽引車鞍座和全掛車單自由度轉盤的結合，結構復雜，是半掛型飛機加油車的關鍵結構。但是由于僅用于半掛加油車，用途相對單一，一般的牽引座及牽引轉盤廠家都沒有這樣的產品，目前的飛機加油車廠家鞍座都是自制，為此航天晨光特種車輛分公司自行研制了該鞍座。

1 鞍座結構特點

航天晨光特種車輛分公司選擇了市場上具有代表性的幾種鞍座結構作為研究對象，分析其各自的優缺點，為研制半掛飛機加油車鞍座做準備。

1.1 JOST公路半掛車鞍座

此種結構的鞍座在國內半掛車包括半掛型液體運輸車（例如半掛油罐車）及半掛型粉料運輸車應用比較廣泛。目前的半掛型牽引鞍座其鞍座體為實心的鑄鋼件，在半掛車中起到將主車與掛車聯接在一起的作用。當對半掛油罐車運輸的油料做復雜處理時，例如利用泵進行加注、抽吸、過濾、流量控制作業等，需要將油料輸送到牽引車上，此時鞍座則需要滿足 “中空”的要求，因此這款實心鑄造鞍座不能運用在半掛飛機加油車上。

1.2 馬來西亞KING’S半掛加油車鞍座

此種結構通過一個鞍座與一個轉盤相結合的機械結構，滿足了前后擺動自由度和旋轉自由度的使用要求，但是現有的牽引鞍座無法直接實現油料的輸送，只能通過外接軟管的方式實現，這種方式管道外露，影響整體美觀且操作繁瑣，且存在安全隱患。該結構沒有橡膠補償節，彎頭直接與罐體作剛性連接，采用軟管補償采用軟管補償前后擺動變形。由于軟管直徑受限，且與金屬管道相比內壁粗糙，同時膠管接頭內徑收縮節流，導致流動阻力大，故大流量加油性能不好，其軟管長期暴露在外，壽命較短，用戶在使用一段時間之后需要更換此膠管，增加用戶的使用維護成本。

另外還有美國BOSSERMAN半掛加油車鞍座，此種結構與KING’S的鞍座類似，結構特點也基本一致；德國KUNZ半掛加油車鞍座，此種結構同樣是鞍座與轉盤的結合，既可以滿足使用要求，而且外型美觀，管道不外露，彎頭與罐體的連接為橡膠補償節柔性連接，且補償節的內徑與金屬管道內徑一致，不存在節流現象，該整體機械結構在設計和研制中可以借鑒，但其尺寸不適用于中國市場。

因此需要設計一款新型適用的鞍座，其目的在于：針對現有技術存在的缺點，提出一種結構簡單、使用安全方便的半掛車轉盤鞍座。為了達到以上目的，設計本實用新型的半掛車轉盤鞍座，包括轉盤和安裝在轉盤上的支架、支架與支撐座連接，其改進之處在于，所述鞍座的中間位置需設有一個中空結構。

2 鞍座的載荷計算

圖1 半掛載荷示意圖

圖1為半掛加油車縱向載荷示意圖，鞍座的縱向載荷受力點在如圖1所示的B點處，為了產品開發的標準化的要求，我們選擇了有意向開發半掛加油車最大容量50000L為例計算，對3種車輛狀態下鞍座的受力情況進行了分析，車輛靜止時B點的縱向載荷為17.9t，所以鞍座的縱向載荷能力必須大于17.9t；當掛車剎車滯后時，既掛車推著主車在前進，此時鞍座受向前的一個沖擊力；當掛車剎車提前時，既主車拖著掛車前進，此時鞍座受向后的一個拉力，在鞍座受力分析時應充分考慮到以上3種受力情況，容量小于50000L的半掛加油車均可以采用該鞍座[1]。

3 鞍座前后自由度結構設計

鞍座的前后擺動自由度的結構設計可以參考JOST公司的JSK 35 DV型號產品（以下簡稱“JOST鞍座”）和KUNZ半掛加油車鞍座（以下簡稱“KUNZ鞍座”），該兩種鞍座的支座剖視圖如下：

JOST鞍座（圖2）的前后自由度通過序號⑤銷軸與序號③支座的旋轉來實現，序號②支撐弧板是一個中空結構的弧板，弧板內附潤滑脂，起抗磨與降噪的作用。KING’S和BOSSERMAN的加油車鞍座支座的結構也與此類似。此種結構簡單，被多數半掛加油車廠家采用和認可，而且圖中序號③支座④減震橡膠⑤銷軸在國內均可以單獨采購，既避免了購買整套鞍座拆卸的麻煩，又免除了資金的浪費，符合節約成本的要求。KUNZ鞍座（圖3）的前后自由度序號②上減震墊與③下減震墊的壓縮來實現，不存在金屬件與金屬件的摩擦，無需潤滑脂抗磨與降噪。但是圖中②上減震墊③下減震墊④支座在國內僅能采購到大一級別型號的零件，因為體積較大，不僅在高度上不能滿足使用要求，而且還影響中空的尺寸，導致管道無法安裝。

圖2 JOST鞍座支座結構

圖3 KUNZ鞍座支座結構

綜上所述，航天晨光特種車輛分公司研制的半掛飛機加油車的鞍座前后自由度的結構結合其上兩種鞍座的優點，設計結構如下：

圖4 鞍座支座設計結構

該結構很好的繼承了JOST鞍座和KUNZ的成熟結構，鞍座的外形圖如下：

圖5 鞍座外形圖

通過應力分析圖（圖6）得出圖4中序號①鋼板是滿足使用要求的[2]。

圖6 鞍座鋼板應力分析圖

4 鞍座的旋轉自由度設計

從KING’S、BOSSERMAN和KUNZ半掛加油車鞍座的結構可以看出，他們解決旋轉自由度的方法均采用在鞍座上集成一個轉盤實現，航天晨光特種車輛分公司研制的鞍座也可以借鑒這種成熟結構。因此，在原先設計基礎上增加轉盤結構，以實現旋轉自由度，其設計外形圖如下：

圖7 鞍座整體外形圖

5 結論

本實用新型的鞍座有益效果在于：本實用新型的半掛車轉盤鞍座中部為中空結構，可以通過固定柔性接頭使管道通過，從而實現牽引車和半掛槽罐之間液體或粉料的運輸，同時管道不外露，避免了管道磨損保證安全運輸；轉盤鞍座中還可以穿過多股線纜，以應用于信號、電力的輸送，總之本實用新型鞍座結構簡單，使用方便，適合機械化生產。

轉盤全部采用國產元器件及自制結構，具有成本低、采購周期短等優點。利于降低公司半掛飛機加油車的制造成本和訂貨周期。

該鞍座在2010年獲得了“中華人民共和國國家知識產權局”頒布的“半掛車牽引鞍座”專利。

在航天晨光特種車輛分公司已經開發的25000L，35000L和40000L容量系列半掛飛機加油車上此種鞍座得以應用，使用效果良好，獲得直接銷售額800余萬。隨著國際和國內市場對于半掛飛機加油車的需求量不斷增加，該產品可廣泛地應用到各種半掛飛機加油車上。國外也有廠家咨詢希望購買該產品，所以鞍座還可作為單獨的產品進行銷售，為公司創造更大的效益。

[1]張海岑.汽車列車操縱穩定性和制動性模擬計算研究[D].北京：清華大學，1992.

[2]王國林，陸永華，等.半掛汽車列車模型的建立與試驗[J].農業機械學報，2005，36(11)：17-20.