豎式集運車減重研究

徐勇

摘 要：文章針對豎式集運車自身重量偏重問題，著重分析了該車重載工況下主要構件的受力狀態和載荷性質，擬出了一系列減重對策，在后續減重樣車設計實踐中起到了很好的指導作用。

關鍵詞：受力；舉升；減重

中圖分類號：U489 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）07-0183-02

Abstract： In this paper， in view of the problem of the weight bias of the vertical container truck， the stress state and load properties of the main components under the heavy load condition of the vehicle are analyzed， and a series of weight loss countermeasures are proposed. It has played a good guiding role in the design practice of the follow-up weight-reducing prototype.

Keywords： force； lifting； weight loss

1 典型工況下機構的受力分析

豎式集運車翻轉垃圾集裝箱過程（圖1）：

（1）集裝箱處于水平狀態（運輸狀態），由主油缸和輔舉缸共同作用將集裝箱向上翻轉；（2）翻轉達到一定角度后，輔舉缸脫離接觸，由主油缸單獨完成剩余角度的翻轉；（3）集裝箱開始脫離地面；（4）集裝箱處于豎立狀態。

1.1 重箱從水平位置開始向上翻轉工況

在此工況下，移動架前端A-A截面（翻轉架最前端處）受到來自集裝箱角件傳來的彎矩作用，此時輔舉缸處于最大負荷狀態。

從上面的受力分析可以引出：

減重對策1：盡量在移動架前端與A-A截面之間尋求對集裝箱的支撐。以此減小移動架A-A 截面上的彎矩，從而減小移動架和翻轉架的截面尺寸，達到減重的目的。

減重對策2：調整主舉升油缸的下鉸點位置，使主油缸對于翻轉架的主動力臂加大。此舉將有利于主油缸協同輔舉缸推動集裝箱向上翻轉，在保持主油缸尺寸不變的前提下使輔舉缸規格減小，達到減重的效果。

1.2 輔舉缸即將脫離狀態下重箱舉升（下降）工況

在該工況下，主舉升油缸單獨承擔重載集裝箱的舉升動力（或提供下落時的承托阻力）。由于主油缸行程長、缸徑大，其自身重量對整車重量影響很大。由此引出：

減重對策3：盡量增大輔舉缸的行程，協助主油缸渡過最大受力區間。

必須指出，這一對策無疑會加重輔舉缸的重量，還會受到最小離地間隙的限制。但從定量化計算和比較來看，增加輔舉缸行程對減重的貢獻率更大。必要時可以考慮采用多級缸來解決由此帶來的最小離地間隙問題。

減重對策4：提高液壓系統的壓力。此舉有利于在得到同樣出力的情況下減小車輛上諸多油缸的缸徑規格，有助于減輕重量。

1.3 重箱從豎立狀態開始向水平狀態翻轉

在此工況下，主油缸回拉力距克服集裝箱重力距實現集裝箱翻轉。減小阻力臂（尺寸D）將減小主油缸的工作負荷。考慮到集裝箱外形尺寸和翻轉架高度尺寸難以改變。因而引出：

減重對策5：調整支撐滾輪位置，使其盡量靠近集裝箱一側，這對于減小阻力臂從而減輕主油缸負荷有一定作用，有利于減小主油缸的缸徑規格。

1.4 重載集裝箱從豎立狀態翻轉至水平狀態過程中集裝箱即將離地工況

對本工況的討論主要是明確車輛上裝中副大梁的受力情況。

從上面的受力分解圖可以看出，在集裝箱即將離地時，副大梁鉸點處承受集裝箱和上部構件的全部重量，并將該力傳遞到了底盤大梁，在底盤大梁上形成彎矩。由于通用自卸卡車底盤大梁沒有能力承受豎式集運車這一特殊工況下如此大的彎矩，其中一部分需要副大梁來分擔，因此在原設計時副大梁的截面尺寸較大由此引出：

減重對策6：合理設計副大梁與底盤大量的連接關系，以最輕的副大梁結構重量獲得所需的聯合抗彎截面模量。

進一步的研究可以看出，如果利用底盤大梁兩側的旁板將副大梁和底盤大梁焊接為一個整體，限制副大梁與底盤大梁接觸面之間的錯位，很小的副大梁截面就能換取聯合抗彎能力的成倍提高，對減重的意義很大。

在上述1和4的分析中都涉及到如何用最輕的重量使結構獲得最大的抗彎能力問題，由此可以得出：

減重對策7：對于主要受力構件，采用高強度鋼材，可以使很多構件的重量大幅減輕。在選材時，應同時關注材料的可成形性和可焊性。另外，也有一些構件的結構是受到截面剛度的制約，一味提高材料的強度并不能使結構重量減輕，反而使材料成本不必要增加，因此選材時應有具有針對性。

2 結束語

本文提出的7個方面的減重對策，涉及到車輛總體設計調整、高強度材料應用、構件截面優化等多方面的內容。按照這種減重思路，2017年本公司對原豎式集運車重新進行了輕量化設計和樣機驗證，將車輛的整備質量從原先的14.7噸降低到13.2噸，取得了很好的減重效果。

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