對宿營車擴展車廂的一種設計分析

黃建祥

關鍵詞：宿營車 擴展車廂 設計計算 有限元分析

1前言

在野外執行抗洪、搶險、救援或在市區執行維穩等任務時，為了保障人員的安全及身體健康，提供溫暖舒適的宿營場所.特在載貨汽車的基礎上開發了一款集物資轉運及野外宿營功能于一體的多功能載貨式宿營車。如果能使車廂在滿足道路運輸條件限制的情況下空間得到有效擴充.在不改變車廂容積大小的同時使得運載底盤冗余載荷得到充分利用.車廂通過不同方式擴展。對廂式專用車車廂空間利用和作業效率的提高都有著重要的意義。

擴展式宿營車的擴展車廂工作穩定性是整車性能的關鍵因素.通過對擴展機構的計算分析和建模，并利用有限元軟件分析的方法對支撐桿進行結構分析，驗證擴展機構設計的正確性.對保證產品使用性能、提高零部件可靠性以及整車性能有重要作用。

2整車設計布局

擴展式宿營車主要用于野外宿營，可滿足16人在車內進行宿營、淋浴、如廁、娛樂、用餐、會議等需求，并具備車外場地照明、車內溫度控制、空氣調節等功能，可接市電或自發電供電。

整車由三部分組成：二類底盤、固定車廂和擴展車廂，如圖1所示。

擴展式宿營車底盤選用軸距7.1m，雙橋18t二類底盤作為車廂載體。

固定車廂除底架骨架采用鐵質材料外，其余骨架均用鋁合金材料構成，有效降低車廂的重量，并在骨架內布置降噪保溫材料，保證車廂的保溫和隔音性能。

擴展車廂骨架采用鋁合金材料.骨架內布置降噪保溫材料。擴展車廂單邊可擴展1.5m。車內分成四個區域，分別為：寢室、會議區、浴室和衛生間，車內布局圖如2所示。

3擴展車廂設計計算

3.1擴展艙內部空間計算

根據整車布置情況，擴展車廂單邊展開1.5m，兩邊展開后車廂總寬度為5.5m。

根據GA 997.2012警用宿營車標準要求，單人床鋪尺寸應大于1.9mx0.6m。現初步設計尺寸為2 mx0.9m（B）。

根據擴展車廂內需布置16張床鋪，單邊擴展車廂住8人，分上下兩層，單層4人，中間過道1500mm。

相臨床鋪之間使用隔斷隔開.隔斷使用常規鋁型材制作，B隔厚度為43mm;考慮擴展車廂收回后干涉問題，右擴展艙長度需大于左擴展艙長度，初定L偏差尺寸為270mm。

擴展車廂尺寸計算結果為：

因此，滿足16人住宿需求，右擴展艙內部長度需3729mm.左擴展艙內部長度需3459mm。右單人床鋪寬度為900mm，左單人床鋪寬度為832.5mm（為便于生產可取整數832mm）。

3.2驅動電機功率計算

采用減速電機驅動擴展機構傳動裝置.在減速電機設計與選型時可假設作業時場地平整，無坡度阻力和迎風阻力影響.只考慮副車廂本身的自重以及滾輪與軌道之間的滾動摩擦力。

已知條件：擴展車廂質量G=500kg;傳動機構傳動比九=160;車廂與導輪摩擦因數0=0.1;擴展車廂傳動距離M=1.5m：電機轉速n=1400r/min。

因此，驅動電機功率為：

3.3車廂展開時間計算

已知條件：減速箱減速比i=160：電機轉速n=1400r/min;齒輪分度圓直徑d=80mm;車廂擴展距離L=1500mm，因此，擴展車廂擴展速度：

4擴展車廂建模及分析

4.1擴展車廂建模

電動擴展車廂機構主要分為擴展車廂和承載車廂的擴展機構.如圖3、圖4所示。

驅動桿采用齒輪和齒條驅動.結構如圖5所示。支撐桿采用0型軌結構。結構如圖6所示。其中外管由材質為Q345的140 mmx2mm方鋼制作而成，內管由材質為Q345的120 mmx2mm方鋼制作而成。

4.2擴展機構支撐桿強度分析

擴展車廂每側安裝5根支撐桿，車廂重量為500kg，承載重量不超過300kg，則每根承載不超過100kg。采用有限元軟件Abaqus模擬支撐管剛強度計算。支撐桿材質為Q345，材料參數見表1。

按二次減縮積分劃分模型網格，并對其進行加載，如圖7、圖8所示。

經過軟件模擬計算后，應力和變形云圖如圖9、圖10所示。

分析得到支撐桿最大應力為142.9MPa，鋼管Q345屈服強度為345MPa，安全系數取1.5，許用應力=345/1.5=230MPa>142.9MPao分析得到支撐桿最大變形量為2.4mm，屬于彈性變形范圍內。

因此，支撐桿的結構安全可靠，滿足工況設計要求。

5試驗分析

通過對宿營車（如圖11、圖12）擴展系統進行試驗，其試驗結果見表3.

6結語

通過宿營車擴展艙內部空間計算分析.滿足16人同時住宿設計要求。然后通過車廂展開時間計算和試驗結果.擴展車廂展開時間滿足工況需求。最后對支撐桿進行有限元分析和樣車運行試驗.驗證擴展車廂的穩定性和可靠性。