馮小正　張平　李盡歆

摘 要：根據(jù)需求參數(shù)指標(biāo)和實際作業(yè)工況，對專用半掛車的總體布置、行業(yè)法規(guī)、行駛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等進(jìn)行了介紹，便于相關(guān)設(shè)計人員掌握專用半掛車的設(shè)計要素。

關(guān)鍵詞：專用半掛車;設(shè)計要素

中圖分類號：U469.5+3? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）03-85-03

前言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車保有量不斷提升。為避免故障車輛對交通或周圍環(huán)境的嚴(yán)重影響，清障車是執(zhí)行任務(wù)的重要保障力量，對于需要遠(yuǎn)距離運輸?shù)墓收宪囕v，需用清障車牽引專用半掛車進(jìn)行運輸。

該半掛車需要具有一般掛車具有的承載運輸能力外，還需要結(jié)合清障車的使用工況、結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)行專用化設(shè)計，進(jìn)而實現(xiàn)半掛車與清障車的合理匹配并且作業(yè)順利。以下主要結(jié)合自身的設(shè)計經(jīng)驗，重點闡述在設(shè)計過程中，需要著重關(guān)注的設(shè)計要素及重點問題的解決經(jīng)驗。

1 半掛車的專用化設(shè)計要素

1.1 總體布置

1.1.1 行業(yè)法規(guī)的選擇

由于該半掛車應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，其設(shè)計指標(biāo)主要是要滿足需求方的指標(biāo)要求，具體見下表1，在此基礎(chǔ)上需要優(yōu)先滿足國標(biāo)的要求，其次在設(shè)計過程中，考慮滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等要求。GB 23336-2009《半掛車通用技術(shù)條件》中對半掛車各分系統(tǒng)及整車有基本技術(shù)要求， GB/T 3730.1-2001《汽車和掛車類型的術(shù)語和定義》、GB/T 17350-2009《專用汽車和專用半掛車術(shù)語和代號》規(guī)定了車輛和掛車的定義及術(shù)語。GB 1589-2016《外形尺寸、軸荷、載荷限值》對掛車外形尺寸、軸荷、質(zhì)量方面有明確限值，GB/T16471-2008《運輸包裝件尺寸與質(zhì)量界限》規(guī)定了運輸包裝件的要求， JTG B01- 2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中介紹國家各等級公路車道寬度從3m～3.75m[1]不等，根據(jù)對眾多裝載對象的分析，最長為10000mm，最寬的為2300mm，經(jīng)過對指標(biāo)要求以及上文標(biāo)準(zhǔn)、裝載對象的綜合分析，可以設(shè)定半掛車外形長×寬為11800mm×2550mm，裝載質(zhì)量26000kg，整備質(zhì)量8400kg，為了半掛車運輸性、通過性好，一般承載面小于1300 mm，總高小于2500mm。除此以外，半掛車作為一種道路運輸車輛，涉及車輛安全方面的都需要滿足GB7258-2017《機(jī)動車運行安裝技術(shù)條件》的要求。

1.2 布置空間

專用半掛車主要需要滿足牽引工況下，連接正?？煽浚瑹o干涉。為了提高裝載時的穩(wěn)定性，支腿一般布置在工字梁外側(cè)，考慮到承載受力的緣故，前后方向支腿一般布置在離半掛車前端面1米～3米的區(qū)域，支腿裝置在收回時的離地間隙一般大于半掛車的最小離地間隙。在此條件下，如果支腿降落到最大工作范圍無法著地，可以采用專用枕木或墊木進(jìn)行輔助支撐。防護(hù)欄的布置按照GB11567.1-2001《汽車和掛車側(cè)面防護(hù)要求》中要求側(cè)面防護(hù)高度小于550mm，在不影響整車通過性的條件下，可以設(shè)計側(cè)面防護(hù)欄離地高度為540mm，尾部防護(hù)欄由于涉及離去角，且結(jié)構(gòu)上已有尾板進(jìn)行防護(hù)，可以去除尾部防護(hù)欄。隨車工具存放于工具箱，為了提高半掛車的通過性，工具箱一般布置在前一橋靠前500mm附近，考慮到車橋輪胎跳動及擋泥罩，可根據(jù)需要布置兩個工具箱，分別布置在兩側(cè)，如有一個主要裝枕木等耐腐蝕常用工具，可將該工具箱設(shè)計為鏤空無覆蓋件樣式。工具箱離地高度可與護(hù)欄保持一致，且不宜太長，一般布置在2米左右。一般車輛整備質(zhì)量越大，整車寬度越大。為提高半掛車承載能力，可根據(jù)需要，主縱梁左右間距盡量加大。

1.3 行駛系統(tǒng)

行駛系統(tǒng)主要由車架總成、車橋、懸架、板簧等組成。對比空氣懸掛和鋼板彈簧優(yōu)缺點，考慮到成本適中，可采用鋼板彈簧。車橋及懸架等都是成熟廠家選型，下文主要對車架、輪胎等進(jìn)行闡述。

1.3.1 車架總成

用于支撐和固定半掛車的各零部件，由縱梁、橫梁、承載面板、挑梁、爬梯等組成，承受來自半掛車內(nèi)外的各種載荷?？v梁是車架的主要承載部件，在半掛車行駛中受彎曲應(yīng)力。為了滿足半掛車非公路運輸、道路條件差等使用環(huán)境的要求，縱梁采用抗彎性能好且重量較輕的“工”字梁結(jié)構(gòu)。

1.3.1.1 縱梁結(jié)構(gòu)

縱梁是承載受力的主要部件，行業(yè)內(nèi)一般采用工字梁，為保證一定的設(shè)計冗余量，按照半掛車承載26噸，每個車橋（含輪胎及鋼圈、板簧等）按照1噸計算，那么半掛車車架上方重量為5.4噸，對縱梁進(jìn)行受力分析后可得：最大彎矩M（x）=10.5 t?m，最大應(yīng)力F（x）=3.4 t，材料選用可選用行業(yè)內(nèi)用的Q345B等，屈服極限σs約345Mpa。

n1為疲勞系數(shù)，n1=1.2～1.4，該計算中取1.4[2]。

n2為動載系數(shù)，n2=1.8～2.2，該計算中取2.2。

所以，方案可行。另外車架整體設(shè)計還有輔縱梁、橫梁、挑梁等結(jié)構(gòu)，總體承載能力會提升。

1.3.1.2 爬梯選型和設(shè)計

一般爬梯有液壓爬梯和機(jī)械爬梯兩種，機(jī)械爬梯一般采用彈簧結(jié)構(gòu)，爬梯從地面到豎直方向轉(zhuǎn)動時起到助力作用。液壓爬梯工作原理是由電機(jī)帶動油泵旋轉(zhuǎn)，從而推動油缸伸縮，由于油缸固定端鉸支點相比爬梯鉸支點偏下，油缸會帶動爬梯旋轉(zhuǎn)。通過廠家調(diào)研和實際使用情況歸納得表2兩種爬梯優(yōu)缺點對比表。

根據(jù)實際工況分析，如果被裝載對象動力良好，或者通過簡單修復(fù)，例如更換輪胎、輪轂等，即可自行進(jìn)行轉(zhuǎn)移。如被裝載對象動力喪失，通過絞盤拉力將被裝載對象從爬梯拉往半掛車承載面。為避免此工況出現(xiàn)被裝載對象與半掛車發(fā)生干涉，半掛車爬梯角度必須不大于被裝載對象的離去角和接近角。根據(jù)對裝載對象的分析，各類型車輛離去角和接近角都大于20°。如果被裝載對象為起重機(jī)等工程機(jī)械，一般汽車起重機(jī)接近角和離去角都很小，可通過臨時造坡或墊枕木等方式裝載上半掛車，因此，爬梯放置于地面時，與地面夾角可為15°～18°，半掛車離去角設(shè)計成21°以上，由于有些被裝載車輛軸距較長，中間通過角較小，故半掛車爬梯到承載面之間過渡處與地面夾角約小越好，同時兼顧承載面長度問題，可設(shè)計為10°～15°為宜。

1.3.2 輪胎選型

載貨汽車輪胎又分為重型、中型和輕型載貨汽車輪胎。普通斜交胎和子午線胎在汽車上得到應(yīng)用，特別是子午線胎的應(yīng)用最為廣泛。斜交輪胎的優(yōu)點是：輪胎噪聲小，外胎面柔軟，價格也較子午線輪胎便宜。它的缺點是：轉(zhuǎn)向行駛時，接觸面積小，胎冠滑移大，抗側(cè)向力能力較差，滾動阻力較大，油耗偏高，高速行駛時穩(wěn)定性和承載能力也不如子午線輪胎。子午線輪胎具有明顯的優(yōu)越性，其優(yōu)點是：

（1）接地面積大，附著性能好，胎面滑移小，對地面單位壓力也小，因而滾動阻力小，使用壽命長。

（2）胎冠較厚且有堅硬的帶束層，不易刺穿;行駛時變形小，可降低油耗3%～8%。

（3）因為簾布層數(shù)少，胎側(cè)薄，所以散熱性能好。

（4）徑向彈性大，緩沖性能好，負(fù)荷能力較大。

它的缺點是：因胎側(cè)較薄，胎冠較厚，在其與胎側(cè)的過渡區(qū)易產(chǎn)生裂口;由于胎側(cè)柔軟，受側(cè)向力時變形較大，導(dǎo)致汽車橫向穩(wěn)定性差;制造技術(shù)要求高，成本也高。由于子午線輪胎明顯優(yōu)越于普通斜交輪胎，在貨車上也越來越多地采用了子午線輪胎。

我國輪胎標(biāo)準(zhǔn)有GB9744-2015《載貨汽車輪胎》、 GB/ T2977-2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷等，輪胎總承載能力應(yīng)大于整車總質(zhì)量分解到每個輪胎的承載能力，但一般不大于需用承載能力的1.3倍。該三橋半掛車輪胎選用8.25R 22.5 16PR型號，輪胎花紋用于非鋪裝路面。

1.4 電氣及制動系統(tǒng)

根據(jù)國標(biāo)GB/T5053.1-2006 《道路車輛牽引車與掛車之間電連接器》 7芯24V標(biāo)準(zhǔn)型（24N）要求，清障車和半掛車的電路連接采用國標(biāo)24V連接器連接。各燈具采用符合國家3C認(rèn)證的優(yōu)良產(chǎn)品，線束則采用整體式線束，燈具和線束的連接采用插接頭連接。整套電路系統(tǒng)具有線束安全可靠、燈具更換方便的優(yōu)點，用于照明、安全警示等，主要由電纜、各種燈具等組成。

當(dāng)牽引車正常行駛時，前車的轉(zhuǎn)向、剎車等都會通過7芯連接線給后車信號，并且同時后車的燈具也會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向燈亮、剎車燈亮等相應(yīng)顯示。如果清障車電路有根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)做更改，那么半掛車也需要根據(jù)清障車的要求做更改。

制動系統(tǒng)功能主要有行車制動和駐車制動，由氣接頭、電磁閥、氣管路、氣室、儲氣筒等組成。半掛車制動系統(tǒng)采用雙管路的充氣制動系統(tǒng)，可配合清障車的雙回路制動系統(tǒng)。該種制動方式目前被國內(nèi)外主流半掛車廠所使用。為了牽引車與半掛車氣路、電路等接線順暢，一般半掛車ABS線、電線、黃色氣管接頭、紅色氣管接頭都與牽引車方位一致，不要形成交叉連線的現(xiàn)象。

2 結(jié)語

半掛車專用化率是衡量專用汽車的細(xì)分領(lǐng)域發(fā)展水平的重要風(fēng)向標(biāo)，而半掛車專用化要素的體現(xiàn)程度也顯示設(shè)計者對于產(chǎn)品的把握能力，具體還需以應(yīng)用環(huán)境和使用工況做細(xì)致的研究，后續(xù)結(jié)合各種試驗來進(jìn)行驗證。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳有銘，劉濤，李農(nóng).JTG B01-2014.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].人民交通出版社股份有限公司，2014（1）：11.

[2] 張海鷹.半掛車縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法探討[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備， 2016（12）：26.