喬慧 田祥林 王娜娜

摘 要：我國地域廣闊，地形復(fù)雜，各種自然災(zāi)害、交通事故、等頻繁發(fā)生，嚴重威脅人民生命財產(chǎn)安全。目前，國內(nèi)用于醫(yī)療應(yīng)急救援、通訊指揮、部隊雷達的車輛，由于均裝有精密儀器或設(shè)備，在經(jīng)過惡劣道路條件后設(shè)備時常會出現(xiàn)故障問題，從而導(dǎo)致參與救援活動時受到一定的限制。為了更好提高汽車的通過性能和保護車廂及廂內(nèi)的儀器設(shè)備，因此，研究開發(fā)具有抗顛簸功能的無扭矩平衡裝置顯得十分必要。通過科技攻關(guān)，無扭矩平衡裝置技術(shù)在國內(nèi)首次運用到醫(yī)療衛(wèi)生裝備上，填補了國內(nèi)空白。該裝置經(jīng)過參加4·20蘆山地震等醫(yī)療救援實際運用和部隊實兵演練，驗證了其在野外復(fù)雜惡劣路況條件下能夠很好的保護車廂及內(nèi)部精密設(shè)備，特別適合用于沙漠以及鄉(xiāng)村土路等復(fù)雜路況載有精密設(shè)備的專用車輛上。

關(guān)鍵詞：無扭矩平衡；抗顛簸；模塊化；緩沖保護；高機動

引言

近年來，國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，人道救援成為國家各級部門特別是應(yīng)急救援部門和社會各界最關(guān)心的問題，而提高救援裝備的高機動性、可靠性顯得十分必要，特別是車廂內(nèi)精密設(shè)備的緩沖保護。通過對陸地車輛上裝設(shè)備的振動源進行分析，其主要影響因素有兩個：一是來自車輛行進時的發(fā)動機自身振動；二是來自車輛行進時底盤輪胎的跳動振動（特別是坑洼路面）。顯而易見，自身振動相對底盤車架對車廂的振動可以忽略不計。為解決該問題，國內(nèi)現(xiàn)有的普遍解決方法有二：一是通過提高車內(nèi)上裝設(shè)備自身的抗顛簸能力；二是通過采用諸如減震器、緩沖橡膠墊等作為中間緩沖后再加以固定來降低顛簸。經(jīng)過對上述兩種方法的分析不難看出，不僅對設(shè)備本身提高了要求，而且涉及設(shè)備較多。

基于以上分析，提出了新的研究思路，通過在汽車底盤和車廂之間安裝具有抗顛簸能力的無扭矩平衡裝置[1]（Multi-Free-Low），再借助上述兩種現(xiàn)有普遍解決方案，這樣就大大提高了車輛的機動性和對設(shè)備的保護能力，甚至部分對精度要求較低的設(shè)備不需再逐個對設(shè)備本身和固定采用抗顛簸措施。

1 國內(nèi)外現(xiàn)有連接對上裝的影響

1.1 連接形式

國內(nèi)傳統(tǒng)汽車載有上裝部分（貨箱、車廂、方艙、油罐等）的副車架與主車架（底盤大梁）采用止推連接板、連接支架、U型夾緊螺栓[2]等剛性連接方式。雖然連接面采用膠墊或墊木，但緩沖減振能力有限，底盤與上裝形成剛性整體。而國外在20世紀80年代初就開始發(fā)展這一新技術(shù)——無扭矩平衡裝置[3]（Torsion-free-body）。

1.2 影響

國內(nèi)車輛在行車時（尤其是越野），底盤的較大扭力和顛簸可直接傳遞到上裝，上裝也約束底盤大梁正常的自由扭曲，降低了越野通過性，增加了大梁的應(yīng)力，易造成底盤和上裝的疲勞破壞，減少車輛的壽命。同時在顛簸時上裝重心偏移量和離心力較大，影響行車穩(wěn)定性和車速。而國外安裝了該平衡裝置的車輛在大梁和上裝之間形成柔性連接?？朔鹘y(tǒng)剛性連接結(jié)構(gòu)的弊端，增加汽車（尤其在越野條件下）使用壽命，提高行駛速度和安全性。

2 無扭矩平衡裝置研究

通過對國外該裝置的研究發(fā)現(xiàn)，裝有該裝置可以有效的提高整車機動性（尤其在越野條件下）和緩沖保護車廂及內(nèi)部設(shè)備，但該裝置需要安裝于國內(nèi)車輛底盤上，無論是從結(jié)構(gòu)、材料、工藝還是其他相關(guān)（諸如性能試驗）方面都需進一步研究。

2.1 原理

如圖1，A，B，C三點決定一個平面，為了將車廂的重心落在BC線附近，我們采用二個三角形（2x3Point）來放置車廂底平面。圖中L1和L2分別代表汽車底盤的二個縱梁，當汽車在越野道路上行駛時，縱梁L1和L2會嚴重扭曲，但是由于底盤中心線AA和三角形BC邊的微弱變化，使得二個三角形幾乎沒有扭曲，保持了車廂底平面的無扭曲，這樣就保證了車廂底平面的無扭矩。

2.2 結(jié)構(gòu)

無扭矩平衡裝置（Multi-Free-Low）通過特殊設(shè)計的模塊化結(jié)構(gòu)組合，采用高強度材料和特殊緩沖減震裝置、專用方艙鎖具等制造而形成高強度抗顛簸無扭矩車架，在大梁和上裝之間形成柔性連接，克服傳統(tǒng)剛性連接結(jié)構(gòu)的弊端，增加汽車使用壽命，更有效地保護醫(yī)療方艙和內(nèi)部醫(yī)療設(shè)備，提高行駛速度和安全性。在大梁左右±15°偏轉(zhuǎn)扭曲時，上裝基本無扭曲，使整車重心更低和重量更輕，性能更優(yōu)越。其設(shè)計結(jié)構(gòu)效果圖見圖2。由于系統(tǒng)是由模塊化的組件構(gòu)成，車輛底盤、副車架以及裝載平臺之間有明顯的技術(shù)分隔點。

圖2 無扭矩平衡裝置結(jié)構(gòu)效果圖

2.3 功能特點

（1）當車輛在越野環(huán)境中行駛時，車子的底盤可自由扭轉(zhuǎn)。（2）所有車輪始終與地面接觸，保證車輛的驅(qū)動性能，提高機動性。（3）上裝部分可通過2個三角形的彈性軸承吸收扭矩力。（4）汽車上裝部分得到緩沖保護，減少顛簸。（5）正常路況及越野條件下通用，并能給車輛帶來無限機動性能。（6）適合多種車體（車體可卸/更換）、系統(tǒng)重量低、重心低等。

2.4 國外現(xiàn)有結(jié)構(gòu)及效果對比

國外早期的無扭矩平衡裝置（Torsion-free-body）采用中央放置的通軸結(jié)構(gòu)和前后鉸接支撐，通過裝載平臺可繞中央通軸轉(zhuǎn)動來保護上裝設(shè)備。而后期的無扭矩平衡裝置（Multi-Free-Low）通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，取消圓管作為軸，設(shè)計為副車架和裝載平臺通過2x3Point連接形式。由圖3可以看出，在同樣路況扭曲條件下達到相同效果的同時，既減輕了重量，降低了成本，又可將上裝高度降低100mm高度。

3 無扭矩平衡裝置的試驗與應(yīng)用

3.1 性能試驗

做二個500mm高的跳板，分別置于對角的前后輪下，對汽車底盤的大梁嚴重扭曲變形觀察，當我們把目光聚焦到車子的廂體底平面（即無扭矩平衡裝載平臺）和底盤大梁時，經(jīng)檢查，通過裝有無扭矩平衡裝置的廂體，即使大梁隨顛簸路面任意扭曲，而上裝車廂變形程度很小，基本無扭曲。

3.2 應(yīng)用領(lǐng)域

由于采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可根據(jù)不同車廂長度和載重量較快實現(xiàn)設(shè)計和制作，適用于幾乎所有越野和非越野卡車及長度，適應(yīng)整車最大載重量36噸。運送部隊或軍用物資車輛；燃料運輸，糧食運輸車輛；醫(yī)療、通訊、搶險、維修車輛；向災(zāi)區(qū)運送各種救災(zāi)物資車輛等。

4 結(jié)束語

針對國內(nèi)事故災(zāi)害頻發(fā)，地形復(fù)雜等特點，為提高應(yīng)急條件下車輛機動性及保障車廂和廂內(nèi)精密設(shè)備性能更可靠，該裝置作為國家“十二五”科技支撐計劃項目和重慶市科技攻關(guān)計劃項目中關(guān)鍵技術(shù)的研究。通過系統(tǒng)性能試驗和“4·20”蘆山地震應(yīng)用結(jié)果表明，無扭矩平衡裝置在運輸移動醫(yī)療、通訊系統(tǒng)等車輛過程中對于緩沖保護精密儀器設(shè)備及廂體起著重要作用。

參考文獻

[1]Crossmobil GmbH.Heavy Goods Vehicle [P].GermanyEP1231129A

2，Aug 14，2002.

[2]徐達，蔣崇賢.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.

[3]Zeppelin-Systemtechnik GmbH.Truck [P].Germany EP0583750A2， May 27，1997.