刘祥涛 李玉宝 张钢

中国重汽集团泰安五岳专用汽车有限公司 山东泰安 271000

一款功能可扩展式集装箱半挂车

刘祥涛 李玉宝 张钢

中国重汽集团泰安五岳专用汽车有限公司 山东泰安 271000

为提高骨架式集装箱半挂车的运输效率，研制了一款在骨架式集装箱半挂车基础上通过插桩外挂装置使其扩展为3 m外宽状态下的低平板半挂车。该车既能够运输6 m和12 m标准集装箱，又能够运输工程机械装备，实现了一车多用，有效扩展了骨架式集装箱半挂车的功能。

集装箱半挂车 外挂装置 低平板半挂车 工程机械

1 前言

目前国内骨架式集装箱半挂车主要用于运输标准集装箱，如图1所示；而低平板半挂车通常用于运输矿用机械、林业机械、工程机械及其他重载货物，如图2所示。为了提高车辆的利用效率，研制了一款功能可扩展式集装箱半挂车，该半挂车对传统骨架式集装箱半挂车进行改装，使其拓展为3 m外宽的低平板半挂车，不仅能够运输6 m和12 m标准集装箱，而且能够运输不超过40 t的工程用机械装备。

2 总体设计方案

在骨架式集装箱半挂车基本结构的基础上，设计有加装接口，通过装配制式的外挂装置，拓宽并降低承载面，以适应工程机械公路运输的需要。其主要结构由预留加装接口的集装箱半挂车和便于快速加装在集装箱半挂车上的外挂装置组成，尽量少地改变集装箱半挂车的基本结构，加装外挂装置时不必对集装箱半挂车进行任何加工。

3 扩展式集装箱半挂车底盘设计

扩展式集装箱半挂车主要由车架、车轴、悬挂、车轮、支撑、制动系统、电气系统、牵引销等组成。该挂车在普通骨架式集装箱半挂车的基础上对车架做了两项改进设计：一是安装集装箱角件锁止机构的横梁（简称角件梁）采用可拆式结构（最前端一组除外），在车架对应位置焊接上下双层方形套管。在运输集装箱状态，角件梁全插入上层方管，用销轴连接牢靠，呈高位窄车架，此时整车外宽2 500 mm；改装为运输工程机械状态时，角件梁旋转90˚后半插入下层方管，用螺栓紧固，呈低位宽车架，此时整车外宽3 000 mm。二是车架部分横梁（工程机械装载区间内，共6根）也改用方管结构，贯穿两纵梁立板与车架焊为一体，方管横梁外端呈开口状，以便于插入外挂装置[1]，车架结构如图3所示。

4 外挂装置设计

外挂装置由侧加宽半梁12根、承载面板10块、登车跳板安装梁2根、登车跳板2组、限位块及联接螺栓等部件组成。侧加宽半梁插入车架底层的方形套管内，承载面板平铺到侧加宽半梁上，通过销轴将两者固定牢靠；登车跳板安装梁与侧加宽半梁的安装方式相同，只是将其插装到尾部方形套管内，登车跳板用销轴锁止到登车跳板安装梁上，并将助力弹簧装配到位。具体布置如图4所示。

两侧的承载面板各分5段，便于人工拆装；承载面板上设有前限位块、导向限位块及防滑条，下部设有与插装横梁连接的连接件，结构如图5所示。

两侧登车跳板各分为前、中、后3段。跳板前段与车架后部的跳板安装梁铰接；跳板中段前部与前段后部铰接，可绕铰接点转动，实现展开收拢，且铰接处装有两个助力弹簧，便于人工操作；跳板后段前部与中段后部铰接，可绕铰接点翻转折叠，折叠后由张紧装置锁定，整体结构如图6所示，各分段结构如图7所示。

5 整车装配状态

车辆改装为运输工程机械装备状态时，先将两侧加宽半梁及跳板安装梁装配于车架纵梁上，用销轴连接固定；再将角件梁旋转90°插入底层方形套管，用销轴连接固定；然后将承载面板逐块铺装在加宽半梁和角件梁上，用销轴连接固定，有效承载长度为8 000 mm；最后将两组登车跳板逐段安装于车尾，也用销轴连接固定，此时车辆便可用于工程机械装备登车，装载状态如图8所示，车辆行驶时跳板可向上折起，随车运行，如图9所示，两种状态下技术参数对照如表1所示。

表1 技术参数对照表

6 整车稳定性校核

由技术参数表可知，两种状态下轴距和轮距不变。但运输工程机械装备状态下的承载面加宽为3 000 mm，需要校核整车的稳定性。由于工程机械装备种类很多，经调研目前市场上大多数工程机械装备的质心高度一般不大于1 100 mm，质量不大于40 t。经计算，半挂车整备质量为9 300 kg，质心位置距地尺寸970 mm，则整车质心高度H为：

式中，H为整车质心距地高度，mm；m为上装总质量，kg；h为上装质心距地高度，h=2 365 mm；mg为 挂车整备质量，kg；hg为挂车距地高度，mm；G为整车总质量，mm。

计算可得，H=2 100 mm。

由横向坡道行驶稳定性计算公式：

式中，B为挂车轮距，B=1840 mm；H1为满载时整车质心高度，H1=2 035 mm。

计算可得，tanβ=0.438≈0.4。

由此可见，重型运输车抗侧倾翻阈值为0.4，整车能够满足侧倾翻稳定性要求。因挂车轴距较长，带载后轴荷分配合理，在15%的纵向坡道上，质心均在翻转支撑点范围内，因此纵向稳定性不再校核。经过整车性能试验，车辆稳定性能够满足使用要求。

7 车架强度校核

7.1 车架应力分析

车架纵梁截面采用工字梁结构，与车架方管横梁、方管插桩梁均选用HG60材料。集装箱运输状态下，最大可运输12 m集装箱，载质量不大于33 t，均布载荷；工程机械运输状态下，承载面板长度为8 000 mm，承载面板后部与车架尾部平齐，最大载质量为40 t，均布载荷。因此只需计算工程机械运输状态下车架的强度。经计算，车架安全系数不低于2.1，侧加宽半梁安全系数不低于3.85[2]。

再利用NX7.5结构分析软件对车架强度进行校核，最大应力为240 MPa，出现在第一个弹簧支座固定约束处，如图10所示。

由于车架钢板弹簧支座处并不是真正的固定约束部位，所以实际最大应力要小于240 MPa。说明手工计算符合实际情况。

7.2 车架变形计算

计算车架变形量约为7.5 mm，出现在侧加宽半梁外端部位。车架纵梁上平面变形约为3 mm，如图11所示。

由于车架两端约束计算和车架实际工况有差别，实际变形量要略大一点，也在允许变形范围内。

8 结语

经过实践验证，该设计结构合理，强度可靠，完全能够满足两种状态下的承载要求，有效拓展了骨架式集装箱半挂车的功能，填补了国内空白。

[1] 徐达,蒋崇贤.专用汽车结构与设计[M].北京∶北京理工大学出版社,1998.

[2] 刘惟信.汽车设计[M].北京∶清华大学出版社,2003.

A Function Extensible Container Semi-trailer

LIU Xiang-tao et al

Through installing additional device on the skeleton container semi-trailer, which can be extended to 3 m width low flat semitrailer. So it not only can transport 6 m and 12 m container, also can transport construction machinery, so as to extend the container semi-trailer's function.

container semi-trailer; additional device; low flat semi-trailer.; construction machinery

U469.6+2.02

A

1004-0226(2015)06-0102-03

刘祥涛，男，1975年生，高级工程师，现主要从事专用汽车开发工作。

2015-03-26