半挂车设计浅析

“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。