一款功能可擴展式集裝箱半掛車

劉祥濤 李玉寶 張鋼

中國重汽集團泰安五岳專用汽車有限公司 山東泰安 271000

一款功能可擴展式集裝箱半掛車

劉祥濤 李玉寶 張鋼

中國重汽集團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輸效率，研制了一款在骨架式集裝箱半掛車基礎上通過插樁外掛裝置使其擴展為3 m外寬狀態下的低平板半掛車。該車既能夠運輸6 m和12 m標準集裝箱，又能夠運輸工程機械裝備，實現了一車多用，有效擴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 工程機械

1 前言

目前國內骨架式集裝箱半掛車主要用于運輸標準集裝箱，如圖1所示；而低平板半掛車通常用于運輸礦用機械、林業機械、工程機械及其他重載貨物，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展式集裝箱半掛車，該半掛車對傳統骨架式集裝箱半掛車進行改裝，使其拓展為3 m外寬的低平板半掛車，不僅能夠運輸6 m和12 m標準集裝箱，而且能夠運輸不超過40 t的工程用機械裝備。

2 總體設計方案

在骨架式集裝箱半掛車基本結構的基礎上，設計有加裝接口，通過裝配制式的外掛裝置，拓寬并降低承載面，以適應工程機械公路運輸的需要。其主要結構由預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構，加裝外掛裝置時不必對集裝箱半掛車進行任何加工。

3 擴展式集裝箱半掛車底盤設計

擴展式集裝箱半掛車主要由車架、車軸、懸掛、車輪、支撐、制動系統、電氣系統、牽引銷等組成。該掛車在普通骨架式集裝箱半掛車的基礎上對車架做了兩項改進設計：一是安裝集裝箱角件鎖止機構的橫梁（簡稱角件梁）采用可拆式結構（最前端一組除外），在車架對應位置焊接上下雙層方形套管。在運輸集裝箱狀態，角件梁全插入上層方管，用銷軸連接牢靠，呈高位窄車架，此時整車外寬2 500 mm；改裝為運輸工程機械狀態時，角件梁旋轉90?后半插入下層方管，用螺栓緊固，呈低位寬車架，此時整車外寬3 000 mm。二是車架部分橫梁（工程機械裝載區間內，共6根）也改用方管結構，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]，車架結構如圖3所示。

4 外掛裝置設計

外掛裝置由側加寬半梁12根、承載面板10塊、登車跳板安裝梁2根、登車跳板2組、限位塊及聯接螺栓等部件組成。側加寬半梁插入車架底層的方形套管內，承載面板平鋪到側加寬半梁上，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，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。

兩側的承載面板各分5段，便于人工拆裝；承載面板上設有前限位塊、導向限位塊及防滑條，下部設有與插裝橫梁連接的連接件，結構如圖5所示。

兩側登車跳板各分為前、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，可繞鉸接點轉動，實現展開收攏，且鉸接處裝有兩個助力彈簧，便于人工操作；跳板后段前部與中段后部鉸接，可繞鉸接點翻轉折疊，折疊后由張緊裝置鎖定，整體結構如圖6所示，各分段結構如圖7所示。

5 整車裝配狀態

車輛改裝為運輸工程機械裝備狀態時，先將兩側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，此時車輛便可用于工程機械裝備登車，裝載狀態如圖8所示，車輛行駛時跳板可向上折起，隨車運行，如圖9所示，兩種狀態下技術參數對照如表1所示。

表1 技術參數對照表

6 整車穩定性校核

由技術參數表可知，兩種狀態下軸距和輪距不變。但運輸工程機械裝備狀態下的承載面加寬為3 000 mm，需要校核整車的穩定性。由于工程機械裝備種類很多，經調研目前市場上大多數工程機械裝備的質心高度一般不大于1 100 mm，質量不大于40 t。經計算，半掛車整備質量為9 300 kg，質心位置距地尺寸970 mm，則整車質心高度H為：

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

計算可得，H=2 100 mm。

由橫向坡道行駛穩定性計算公式：

式中，B為掛車輪距，B=1840 mm；H1為滿載時整車質心高度，H1=2 035 mm。

計算可得，tanβ=0.438≈0.4。

由此可見，重型運輸車抗側傾翻閾值為0.4，整車能夠滿足側傾翻穩定性要求。因掛車軸距較長，帶載后軸荷分配合理，在15%的縱向坡道上，質心均在翻轉支撐點范圍內，因此縱向穩定性不再校核。經過整車性能試驗，車輛穩定性能夠滿足使用要求。

7 車架強度校核

7.1 車架應力分析

車架縱梁截面采用工字梁結構，與車架方管橫梁、方管插樁梁均選用HG60材料。集裝箱運輸狀態下，最大可運輸12 m集裝箱，載質量不大于33 t，均布載荷；工程機械運輸狀態下，承載面板長度為8 000 mm，承載面板后部與車架尾部平齊，最大載質量為40 t，均布載荷。因此只需計算工程機械運輸狀態下車架的強度。經計算，車架安全系數不低于2.1，側加寬半梁安全系數不低于3.85[2]。

再利用NX7.5結構分析軟件對車架強度進行校核，最大應力為240 MPa，出現在第一個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，所以實際最大應力要小于240 MPa。說明手工計算符合實際情況。

7.2 車架變形計算

計算車架變形量約為7.5 mm，出現在側加寬半梁外端部位。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算和車架實際工況有差別，實際變形量要略大一點，也在允許變形范圍內。

8 結語

經過實踐驗證，該設計結構合理，強度可靠，完全能夠滿足兩種狀態下的承載要求，有效拓展了骨架式集裝箱半掛車的功能，填補了國內空白。

[1] 徐達,蔣崇賢.專用汽車結構與設計[M].北京∶北京理工大學出版社,1998.

[2] 劉惟信.汽車設計[M].北京∶清華大學出版社,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，高級工程師，現主要從事專用汽車開發工作。

2015-03-26