新材料与工艺手册

[轻量化半挂车] 浅谈轻量化仓栅车设计

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发表于 2020-7-17 16:00:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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摘要:对仓栅车各总成部件进行分析,综述仓栅车各主要总成部件减重方式,并根据北方市场特殊的自然环境反馈,结合市场实际需求,介绍轻量化仓栅车在实际设计中的具体要求。

关键词: 轻量化 高强度钢 车架总成 仓栅式半挂车

前言汽车工业发展的经济效益不只是汽车本身,而是集中表现在汽车使用和流通的全过程中。随着汽车工业的发展必然是汽车运输业的发展,由于社会对汽车运输效率和经济性以及各种功能和性能要求越来越高,从而使汽车运输工具向专业化发展成为必然趋势。近年,汽车产业发展政策和相关法规相继出台,对汽车安全性能和节能减排要求在不断提高,专用汽车轻量化设计随即成为行业发展的主要方向之一。实验证明,若汽车整车重量降低10%,燃油效率可提高6%—8%;汽车整备质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3—0.6升;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。当前,由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。在此背景下,13米3轴40吨轻量化设计仓栅车应蕴而生。仓栅式半挂车结构形式,如图1:

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图1 仓栅式半挂车

仓栅式半挂车设计原则仓栅式半挂车是载货部位采用栅栏结构设计的半挂车。满足载重情况下充分减轻车厢重量,结构简单适用,拆卸方便,主要用于农副产品及其他散装货物的运输。设计仓栅车时,质心位置的选择至关重要,在横向,应使左、右车轮的承载质量分配均等,其最大偏差不得大于3%~4%。在纵向,要满足轴载质量分配条件。在高度位置,应使质心尽可能低。从车辆行驶稳定性考虑,质心高度应满足以下条件:

保证车辆不发生侧翻,要求tgβ=B/2Hg>φ.

保证车辆不发生纵翻,要求tgα=b/ Hg>φ.

B------专用汽车轮距(m)

b------整车质心至后轴中心线的水平距离(m)

Hg-----整车质心至地面的高度(m)

φ-----路面附着系数,一般取φ=0.7

β-----侧倾稳定角,α-----纵倾稳定角.

仓栅式半挂车主要由车架总成、仓栅车厢、支承装置、悬挂系统、电器系统、制动系统等组成。仓栅车轻量化设计主要从车架结构和轻量化材料的使用两大方向着手,从材料造价和使用性能考虑,车身关键零部件使用高强度钢材料,如车架的纵梁部分和底板。

2.1车架总成

车架总成主要由纵梁总成、边梁总成、牵引销板总成、横梁、面板等组成。车架是车厢的安装基础,受力比较严重,因此车架的纵梁和横梁均采用槽型截面,并且两者采用纵横搭接的方式,以提高车架的强度和刚度。设计时,车架纵梁间距应与所选牵引车底盘车架的纵梁间距相等,以便安装车架,各横梁的纵向位置应根据汽车后轴轴线位置确定,与后轴轴线相邻的两根横梁要满足轮胎跳动空间,避免运动出现干涉,因此间距要比其它横梁间距大,一般取1000mm左右,其它横梁间距取500~700mm,为了减轻挂车自重,一般将贯穿横梁两端的截面做成变截面,即两端小过渡到中间大的形式。

2.1.1纵梁总成

纵梁是车架总成的基本骨架,选用焊接工字钢,具有承载能力强,抗扭性能好等优点。为降低整车高度,前悬部分采用鹅颈结构。根据40T仓栅车规格标准,纵梁上下翼板T=10/12,纵梁腹板T=5,纵梁高度260/500,采用高强度钢Q550材质,根据实验数据,纵梁强度满足实际载荷需求。纵梁是车架总成的主梁,使用同密度、同弹性模量而且工艺性能好的高强度钢材质大大降低了半挂车的自重。

这里特殊的地理、气候与南方存在巨大差异,主要表现在二大方面。这里地处辽东辽西丘陵,工作环境上下坡较多。另一方面是冬天很冷,路面结冰时间较长。两方面的因素导致半挂车在上下坡时,轴荷分配、前后高度差、牵引车驱动轴附着力存在差异,尤其要考虑列车上下坡时在路上打滑的现象,为了应对北方市场需求,又要考虑到新的不合理设计牵引车不断出现,纵梁部分需要根据实际情况调整纵梁鹅颈处变截面结构,使鞍座纵向摆角大于7度,避免造成牵引车尾部和半挂车变截面处下翼面干涉。

2.1.2边侧梁总成

边侧梁构成整个车架的外部轮廓,直接决定车架总成的外部尺寸。边梁采用140冷弯防水边梁,材料为T700,材料厚度T=3mm,较140普通折弯件,材料Q235A,材料厚度T=4mm,同密度、同弹性模量下,140冷弯防水边梁重量大大降低。并且增加防水槽设计,使仓栅车车厢排水十分便利。结构改进形式如图3:

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图3 边侧梁截面形状

2.1.3横梁

横梁是车架中用来连接左右纵梁从而构成车架的主要构件。横梁本身的抗扭性能好坏及其分布,直接影响纵梁的内应力的大小及分布,而合理设计横梁可以保证车架具有足够扭转强度。

半挂车车架中的横梁有冲压成形件和直接采用轻型型材二种。由于牵引销和后轴处的扭转刚度大,车架中部的变形比较大,当纵梁和横梁产生纵向弯曲时,要允许纵梁相对于穿孔有微量的位移,此处采用贯穿横梁结构,贯穿横梁采用W型式,取消垫梁,材料选用工字钢HN100X30X2.2 A656GR80 , 较之普通车用100X30X30折弯件,材料Q235A,强度上升 ,并且有效降低车架自重。如图4:

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图4 贯穿横梁

汽车在载荷状态下,车架的悬架系统承受较大的扭转应力,在前、中、后支架处设置截面积较大的横梁,增加横梁厚度,增开工艺用孔,既能减轻重量,又可以保证车架有足够的扭转刚度,并能理想的传递载荷。如图5:

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图5 横梁

2.1.4面板

面板是铺设在车架上部直接承受载荷的主要部件。轻量化仓栅车车架面板采用板厚T=1.5mm,材质Q550高强板,厚度每减少0.5mm,重量下降120kg,根据40吨仓栅车承载标准,1.5mm厚高强板满足实际载荷要求,不会产生较大形变。

2.1.5后保险杠

半挂车后保险杠是吸收缓和外界冲击力,防护车身后部的安全装置。后保险杠以车辆中心对称平面对称安装。其长度略小于车辆总宽。一般后保险杠的长度b取:b≥(0.8~0.85)B,式中B为车辆总宽。后保险杠强度F按有关推荐经验公式:F=5mag.

ma-----整车总质量

g-----重力加速度

后保险杠材料Q345,折弯件150X75X50,厚度T=3mm,长度2300mm,即可满足防护需求。

2.2仓栅车厢总成

仓栅车厢总成主要由前厢板总成、立柱总成、栏板总成、栅栏总成、后门总成等组成。车厢重量占挂车自重20%以上,车厢减重是实现整车重量下降的重要部分。采用新结构、新材料设计车厢是车厢降低自重的主要方法。

2.2.1前厢板总成

前厢板位于车架的最前端,连接栏板、栅栏、车架,固定爬梯和蓬布架,要具有一定的强度。前厢板由前立柱、底板、竖波纹板、上横梁等组成。前立柱采用薄板折弯件,由于爬梯和蓬布架采用轻量化设计,故竖波纹板厚度可由T=1.5→T=1.0mm,大大降低前厢板重量。

2.2.2栏板和栅栏总成

栏板和栅栏是车厢的主要载货部分,重量占车厢重量的60%以上,是车厢减重的关键。同时在运输货物中,栏板和栅栏也承受横向载荷,需要有足够的强度。采用同密度、同弹性模量的轻型材料设计,车厢自重明显下降。

2.2.3后门总成

后门位于车厢的尾部,起到关闭车厢的作用,后门由门框、门板、上横梁等组成。后门的减重主要由门框和上横梁采用高强钢折弯件代替槽钢型材来实现。

2.3 车辆附属件

车辆附属件包括工具箱、侧护栏、挡泥板等。工具箱只要能够满足携带必备的工具即可,可将工具箱吊板做成镂空形式,既美观又适用。侧护栏支架和斜撑由30X30角钢改成30X30X3折弯件,也会减少一定的重量。挡泥板选用塑料型式,都会使整车自重有所下降。工具箱吊板改进如图6:

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图6 工具箱吊板

2.4悬挂的选择

常规悬挂加上车轴重量约3.5吨左右,为了实现仓栅车轻量化要求,又要满足实际承载能力,选用轻量化4片簧悬挂系统,或空气型悬挂系统。轻量悬挂要比常规悬挂轻120KG左右。

2.5车轴的选择

车轴的承载能力应大于悬挂的承载能力,根据40T仓栅车设计标准,选择13T级车轴。轴体截面尺寸为150mmX150mm,轴管采用具有高屈服点且为较大壁厚的材料,并对轴头轴管进行特殊处理,使其具有较高的抗弯强度。

2.6牵引销的安装与选择

牵引销通过牵引销板总成安装在车架总成上。牵引销是牵引座与车架总成承上启下的部件,牵引销的选择,根据牵引车牵引座型号确定,以保证彼此匹配,实现甩挂运输。

2.7电器系统和制动系统

根据挂车电器路设计相关要求,合理布置前示廓灯、腰灯、后示廓灯位置。准确设计阀支架、储气筒位置,使制动系统充分发挥其制动作用。

3.结束语

本文通过对半挂车行业发展趋势的分析,针对轻量化仓栅车减轻重量设计,以及高强度钢在仓栅车制作中的应用,对轻量化仓栅车的设计方法作了一定的介绍。在全球经济速度放缓, 生态环境日益严峻的今天,我国进行经济结构调整,产业升级,淘汰落后产能,对专用汽车行业发展的影响意义重大。半挂车轻量化设计对节约材料,降低制造成本,节能环保,更符合时代发展要求。

参考文献

[1] 蒋崇贤,何明辉. 专用汽车设计[M] 武汉工业大学出版社,1994

[2] 刘哲义, 何明辉 .专用汽车构造[M] 武汉工业大学出版社,1994

[3] 余志生. 汽车理论[M] 北京:机械工业出版社,1989

On the design of light weight Fence Semi Trailer

SUN BEN-CHANG

Abstract: This paper analyzes the general components of the Fence Semi Trailer, and the main assembly parts of the Fence Semi Trailer are lost, and according to the special natural environment feedback in the north market, according to the actual needs of the market, this paper introduces the specific requirements of the light weight Fence Semi Trailer.

Key words: lightweight high strength steel frame assembly Fence Semi Trailer


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