中置軸轎運車結構設計

顧琦，耿龍偉，黃明成，朱平，丁志玉

（鹽城工學院汽車工程學院，江蘇 鹽城 224000）

前言

目前國內的運輸行業發展迅速，轎運車是運輸車輛的主要專用車輛，但是轎運車在運輸車輛過程中潛在著很多安全隱患，例如現在很多廠家為了能夠增加運輸利潤和運輸更多的汽車，都對轎運車進行了非法改裝，加長加寬運輸板。但這種改裝已經違反了國家對公路汽車的規定。中置軸轎運車的出現更適合轎運車的發展，因為在相同的條件下不超寬，不超長，中置軸轎運車的裝載量要比傳統的轎運車要多，各項性能也較之要強。因此在新修訂的GB1589中把中置軸掛車列入其中，這項修訂可以說為國內中置軸轎運車的發展提供了極大的便利，也推動了我國在轎運車治理方面的改革，為國內公路運輸業的發展做出了貢獻。

1 轎運車設計依據

1.1 設計選型原則

設計出符合于我國國內道路行駛的專用車輛運輸車，提高標準化、通用化水平，降低生產成本，增強市場競爭力。設計的整車零部件應該確保安全可靠并有較好的經濟型。車輛運輸車應該遵守國家準則，做到性能優異，外形美觀。

1.2 中置軸轎運車的介紹

現今我國車輛運輸車市場的轎運車多為傳統的半掛車類型。如圖 1，然而這類半掛車結構龐大，原理陳舊，在各個尺寸上都遠遠的超出了國家規定的標準，并且由于車身長度過長，車輛轉彎半徑過大，導致傳統全掛車的行駛十分不穩定。

相比傳統的半掛車，中置軸轎運車優勢十分明顯，如圖2所示。其長度限值為22米，比普通半掛列車多出4.9米。在車輛運輸途中，中置軸列車既可以作為列車使用，也可以摘掉列車，作為單車單獨使用，功能性更強。

圖1 傳統全掛車實物圖

圖2 中置軸轎運車實物圖

1.3 中置軸轎運車裝載貨物參數依據

a）轎車品牌：帕薩特；

b）車身尺寸：4872×1834×1484mm（長×寬×高）；

c）車身重量：1495kg；

d）軸距：2803mm。

2 中置軸轎運車主要技術性能指標

2.1 中置軸轎運車整車的主要技術性能指標

a）最大外形尺寸：20000mm×2500mm×4500mm（長×寬×高）；

b）可裝載8－10輛中型轎車（以帕薩特為設計依據）；c）整備質量：≤18000kg；d）載重量：≥18000 kg。

2.2 中置軸轎運車牽引車主要技術性能指標

a）底盤型號：選用CA5263GJYP7K1L9T1E解放二類底盤；

b）功率：209kW；

c）發動機型號：BF6M1013-28E3；

d）驅動形式：6×4；軸數：3；軸距：5360+1350；

e）總質量：26000kg；

f）整備質量：7600kg；

g）駕駛室尺寸：高度2710 mm；

h）底盤外形尺寸：10250×2455×2710（3110）mm；

i）底盤標準：GB3847-2005，GB17691-2005國Ⅲ。

2.3 轎運車前后底盤、前后運輸平臺

轎運車前底盤是在主牽引車的基礎上建設而成，使其本身就具有車輛的裝載能力。前底盤擬運輸兩輛帕薩特，所需的長度為9744mm，兩輛車所需的間隔為100mm，將前底盤的長度定為 9855mm；兩邊留下足夠的距離便于與上平臺的裝配，寬度定為 2490mm；查閱資料借鑒已有的車型，初步將前底盤的厚度定為112mm。

轎運車后底盤的外形尺寸（長×寬×高）：9958×2500×650（mm）；總質量：11301kg；軸數：2軸。該中置軸掛車尾部托板的寬度設計為 2100mm，這樣的寬度方便工作人員裝卸帕薩特轎車，同時也在國家限值以內。

轎運車前運輸平臺是承載車輛的主要結構，其結構設計對中置軸轎運車的運輸效率有著很大的影響。在前平臺中兩車之間留有間隙200mm，平臺需要總長度為4872mm×2+200 mm=9944㎜，因此中置軸轎運車前運輸平臺長定為 11000 mm。一輛帕薩特車寬為1834mm，而車輛運輸車車寬不大于2500mm因此前運輸平臺寬定為2450mm。

轎運車后運輸平臺，帕薩特轎車車長為4872毫米，所以兩輛車的總長為：4872mm×2=9744mm，兩輛車之間的間隙大約為200mm。所以需要總長度為9744+200=9944mm，故平臺長度定為11000mm。車寬為1834mm。我國法規對公路運輸車輛的尺寸要求車輛的寬度不大于2.5m，因此運輸平臺設計的總體寬為2160 mm。

3 液壓調節平臺系統

圖3 自動化伸縮多孔板示意圖

主運輸車和掛車都安裝有液壓控制高度的立柱，且前后立柱可以分別操控，這樣上層運輸平臺的高度控制便非常靈活，與地面平行或傾斜都不成問題，上層運輸平臺后側可以傾斜至接近地面，使得裝卸車很方便。液壓驅動的運輸平臺可以向前或向后延伸一段距離，如圖 3，由于裝車采用直接開車上下運輸車的模式，地面和車輛停放位置之間必須要是一條連貫的通道，而掛車和主運輸車往往是斷開的模式，所以需要運輸平臺的延伸來搭建一個臨時過渡橋，保證車輛順利通過。自動化伸縮多孔板的動作執行可以由油缸完成，考慮到工作行程較長，可以使用伸縮式套筒液壓油缸，內置于伸縮跳板內。

本項目我們采用油缸推舉飛機跳，油缸推舉飛機跳的斜拉油缸設置中，考慮到寬度的布置，一般有外側和內側的兩種。這兩種情形下的設計，或多或少會影響外形美觀。也可以將油缸布置在飛機跳的下端，這種情況下的高度較高。可以利用車架自身的特點解決這個缺點，例如可以利用在車軸前后端的高度上升，或在裝載車平放時即具有一定的偏置角，將油缸藏在這個偏置高度下。

圖4 油缸推舉飛機跳工作示意圖

4 連接梁的設計

本項目設計的中置軸轎運車只有一個連接裝置，將中置軸掛車與主運輸車連接。連接梁安裝在后底盤的前端，與主運輸車底盤的牽引銷連接座相接。設計的連接梁在豎直方向上不能移動，所以行駛穩定性好。

連接梁連接中置軸掛車和主運輸車，如圖5所示，設計形狀呈三角形，頂端與前底盤下面的牽引銷裝配，底邊與后底盤直接裝配。

圖5 連接梁結構示意圖

考慮到國家對中置軸列車長度的限制，以及主運輸車底盤的設計尺寸和后底盤的設計尺寸，初步定下連接梁的尺寸。連接梁的后部是與掛車底盤連接，也是它的最寬處，所以寬度設計的和掛車底盤一樣為2500mm，長度設計為1700mm。與掛車裝配時重合部分長 79mm，與前底盤裝配時重合部分長277mm，除去重合的長度，只剩1344mm算在列車總長度之內，符合要求。

5 掛車懸掛系統

空氣懸掛具有如下優點：（1）平順性大大提高，因此能對貨物提供很好的保護。（2）車架的應力大大地降低了，因為瞬間的尖峰力被懸掛消除了。（3）相等的軸荷：因為空氣懸掛具有較大的懸掛行程，并且一側的氣囊通過管路連接在一起。（4）行駛高度保持不變。（5）環境友好：空氣懸掛車輛比其余一些系統產生更少的噪聲，特別是在空載的條件下，由于車軸高的尖峰力被消除，對路面和建筑的傷害減少了，在有些國家這種好處促使政府贊同空氣懸掛，并允許比機械懸掛系統更高的軸荷。因為中置軸掛車擬采用雙軸形式，單周軸荷9噸左右，擬采用雙小胎，故選用塞夫－華蘭德中國的空氣懸掛：ZI9-19。

6 前底盤有限元分析

為了便于分析，這里將前底盤三維模型作了必要的簡化，再將模型導入ANSYS中。

6.1 材料設置

打開ANSYS，將簡化的模型導入，進行Q235-A鋼的參數設置，如下圖所示：

圖6 新建材料

圖7 約束和載荷

6.2 施加載荷和約束

滿載時，前底盤主要承受上平臺的重量、4根立柱以及車重，上平臺運載兩輛車，它們的重量主要由4根立柱分散到前底盤上，而前底盤本身承受5/4輛車重，還有3/4的車重由飛機跳承受，受力大小方向如圖 7。其中:C、D、E、F為四個立柱給前底盤的壓力，A為一輛車重，H為1/4輛車重，B、G為約束。

6.3 分析云圖

圖8 總變形分析云圖

圖9 小部分危險區域

由以上分析云圖，我們可以發現，應變分析和總變形分析的結果總體還是令人滿意的，可是在應力分析云圖上出現了部分紅色區域，應當予以重視。雖然只是一小部分區域，但是為了安全起見，還是進行修改來解決這個問題，可以在板的兩端添加橫梁來增加強度。

圖10 添加橫梁

圖11 總變形分析云圖

下面對加了橫梁以后的模型再進行有限元分析，看其是否能符合要求。新添材料和施加約束、力同之前的步驟都相同，分析云圖如11。添加橫梁以后，紅色區域消失，前底盤強度足夠，更加安全。由此可見，此方案可行。

7 飛機跳有限元分析

飛機跳與地面呈11°，所以受力要折算成3/4車重垂直在板上的力，大小為10774N，從分析結果來看，強度足夠，符合要求，不會出現危險的變形。

施加受力和約束：

圖12 受力和約束

飛機跳分析云圖：

圖13 總變形分析云

8 總結

中置軸轎運車的設計推廣，能有效解決我國現有物流行業的混亂局勢，極大程度的減少交通事故的發生，保證物流行業暢通運行和商品車安全、及時到達，提高商品車運輸效率同時也給國家帶來巨大的經濟效益。本項目的研究對企業解決一些實際問題有一定的參考意義，有利于企業自身提高競爭能力。本文提到了輕量化的設計，可以減輕車身自重，從而減少油耗，降低了企業的成本，提高了運輸效率。在必要部分增加飛機跳裝置，有利于減小車輛的轉彎半徑，解決車輛超長超寬問題。隨著中置軸轎運車的興起，國內生產廠商的競爭會越來越激烈，這勢必會促使他們研究開發更加先進的產品，在激烈的競爭中站穩腳跟。