“半挂车设计浅析” 作者: 于平, 吴迎波, 郭维{陕西德仕汽车部件(集团)有限责任公司, 锡诺汽车(山东)有限公司 摘要:本文介绍了半挂车技术特点及半挂车在设计过程中需注意的 一些事项,运用有限元软件 ANSYS 对车架模型进行静力学和模态分析, 验证了该车型结构安全可靠,为设计半挂车设计提供了参考,减少了 设计中问题的发生。 前言: 随着我国高速公路的快速发展,公路运输己成为货物运输的一 种重要方式,半挂车以及用于城市配套服务车辆的需求量将大大增 加。 半挂车设计虽然技术含量较低,但不明白其设计原理的一味仿制, 制造出来的产品就有可能发生大梁断裂的事故,有的厂家为了防止大 梁断裂,一味地盲目增加车架强度,设计的半挂车“粗大笨重,费油 费车 , 严重浪费资源 , 增加用户的使用成本 , 也会造成大量索赔的发 生。所以,采用新材料、新工艺,减轻自重,提高运输效率,对于推动我 国专用汽车技术进步,缩短与国外产品的差距无疑具有十分重要的意 义。 内容:包括以下六方面 1.半挂车的轻量化设计 通过有限元软件进行模拟仿真后对车架结构进有行优化,纵梁尾 部可采用变截面设计,同时采用贯穿梁结构的横梁设计可大大减轻整 车的重量;车架、车厢、悬架等采用高强度钢板材进行设计,根据经 验法则,应用髙强度钢板的车辆重量可以减轻 25%~30%,在保证车厢 强度不变的情况下,高强度钢半挂车比普通半挂车降重约一吨,同时, 使用高强度钢进行设计能提高了车辆使用寿命,减少了车辆的维修成 本,随着车辆自重的减轻,油耗也随之减少,间接增加客户的运输利 润。 图 1. 50t 重载条件下车架应力分布和车架变形图 2.半挂车的制动系统 当气管路漏气或牵引车在行驶中突然与半挂车脱开造成管路 开脱时,半挂车可自行制动。挂车的制动不能成为一个单独、完整 的体系,它必须与牵引车一起才能实现制动作用。反之,牵引车的 制动虽能成为一个单独、 完整的体系,但它并不能代表或反映整个 汽车列车的制动性能。因而,只有将牵引车和挂车制动装置合在 一起,才能统称为完整的汽车列车的制动。 牵引车和挂车的制动应 协调,并满足一定的制动顺序。 图 2.两轴汽车气路图 半挂汽车列车的制动顺序是: 牵引车前轮--》半挂车后轮--》牵引车后轮 图 3.双管路双回路气压制动系统 3.悬挂 在设计上,每根车轴上都有固定与活动拉杆各一个,以便调整轴距。 常用悬挂结构的板簧有 10 片*90*13、10 片*90*16 等,根据承载需求 也可采用轻型悬挂或空气悬挂。钢板弹簧通过平衡臂串联起来,平衡 臂在一定范围内自由摆动,轮轴负荷可以在一定范围内得到平衡。 图 4. 悬架结构示意图 4.轴荷 半挂车轴荷的比例分配,一般是根据轮胎磨损均匀、半挂汽车列车主 要性能以及牵引车与半挂车的布置形式来确定。 在已知半挂车的装载 质量和初估半挂车各部件的整备质量后,就可对半挂车的轴荷分配进 行计算,将已知各部件的质量和装载质量对牵引座支承点或后轮轴支 承点取矩,就可求得半挂车空载时及满载时的轴荷分配。当轴荷计算 出来后,首先校核牵引销处载荷是否符合牵引车牵引座允许载荷,然 后校核轮轴载荷是否超载。 5.轴距及轮距 半挂车的轴距和轮距很大程度上决定着半挂汽车列车的宽度、 通 过性、稳定性及其他一些使用性能。半挂车轴距的确定要考虑前后轴 荷的合理分配和车架的受力均匀以及整个半挂汽车列车的通过性能, 过分地加长轴距会使半挂汽车列车转弯半径加大,影响转向性能。轴 距过短,则会带来一系列问题,如:车箱的长度不足或后悬过长,半挂 汽车列车行驶的纵摆和横摆较大;半挂汽车列车制动或上坡时质量转 移也大,致使半挂汽车列车操纵性和稳定性变坏。 因此,在确定轴距时, 要综合考虑各方面的要求,在保证主要性能和轴荷分配等方面符合要 求的前提下把轴距尽量设计得短一些为好。当载荷均匀分布时,一般 半挂车车架长度与轴距的比值在 1.4 一 1.6 范围内。 6.承载面高度 在保证半挂车通过性的前提下,承载面应越低越好。 首先半挂车承载面低,相应满载货物时重心就低,行车中侧向稳 定性好,转弯时不易侧翻,提高了汽车列车的安全性; 其次,承载面低,相应半挂车外形高就小,行车中风阻小,可节省 燃油。 另外,承载面低,可减轻装卸人员的劳动强度,提高装卸效率。 但须注意,降低半挂车承载面时,要考虑轮胎与车架上方的边梁、 底板、 缆绳钩等钢制件距离,若该尺寸太小,半挂车满载或在崎岖不平 路面上行驶时,由于动负荷的作用以及悬架总成中平衡梁的上下摆 动,轮胎与其上方的钢制件容易相碰,造成轮胎刮伤。设计时,须使 轮胎与其上方的钢制件保持 100—150 mm 的间隙,以保证行车中轮胎 的跳动。 结束语: 半挂车设计合理性对节约原材料,降低制造成,提高行车安全, 节省燃油,减少维修成本等有直接的影响,在全球倡导节能减排的今 天,生产厂家更应根据市场的变化、客户的需求,开发出适销的产品, 从而适应行业的发展。