半掛飛機(jī)加油車(chē)鞍座的設(shè)計(jì)

王 宇

航天晨光特種車(chē)輛分公司，江蘇 南京 211153

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)民航市場(chǎng)對(duì)大容量飛機(jī)加油車(chē)的興趣日益濃厚，航天晨光特種車(chē)輛分公司研制該類(lèi)車(chē)型的計(jì)劃也提上日程。目前大容量飛機(jī)加油車(chē)車(chē)型有兩種，一種是全掛，一種是半掛。全掛車(chē)型是航天晨光特種車(chē)輛分公司成熟產(chǎn)品，也是近幾年來(lái)民航訂貨的主力車(chē)型，但由于機(jī)動(dòng)性能較差，使用操作較為繁瑣等缺點(diǎn)，在國(guó)外已漸漸被半掛飛機(jī)加油車(chē)所代替，半掛車(chē)的機(jī)動(dòng)性能比全掛好，使用操作與普通加油車(chē)完全一致，油罐也可以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于大容量的要求。

標(biāo)準(zhǔn)的公路牽引車(chē)的鞍座是一個(gè)可以擺動(dòng)的馬蹄形的耐磨鋼板，半掛加油車(chē)需要牽引鞍座和標(biāo)準(zhǔn)的公路牽引車(chē)鞍座不一樣，中間為中空結(jié)構(gòu)，便于管道通過(guò)，從而管道不外露，避免了管道磨損保證了運(yùn)輸安全，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于公路牽引車(chē)鞍座和全掛車(chē)單自由度轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是半掛型飛機(jī)加油車(chē)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。但是由于僅用于半掛加油車(chē)，用途相對(duì)單一，一般的牽引座及牽引轉(zhuǎn)盤(pán)廠家都沒(méi)有這樣的產(chǎn)品，目前的飛機(jī)加油車(chē)廠家鞍座都是自制，為此航天晨光特種車(chē)輛分公司自行研制了該鞍座。

1 鞍座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

航天晨光特種車(chē)輛分公司選擇了市場(chǎng)上具有代表性的幾種鞍座結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，分析其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為研制半掛飛機(jī)加油車(chē)鞍座做準(zhǔn)備。

1.1 JOST公路半掛車(chē)鞍座

此種結(jié)構(gòu)的鞍座在國(guó)內(nèi)半掛車(chē)包括半掛型液體運(yùn)輸車(chē)（例如半掛油罐車(chē)）及半掛型粉料運(yùn)輸車(chē)應(yīng)用比較廣泛。目前的半掛型牽引鞍座其鞍座體為實(shí)心的鑄鋼件，在半掛車(chē)中起到將主車(chē)與掛車(chē)聯(lián)接在一起的作用。當(dāng)對(duì)半掛油罐車(chē)運(yùn)輸?shù)挠土献鰪?fù)雜處理時(shí)，例如利用泵進(jìn)行加注、抽吸、過(guò)濾、流量控制作業(yè)等，需要將油料輸送到牽引車(chē)上，此時(shí)鞍座則需要滿(mǎn)足 “中空”的要求，因此這款實(shí)心鑄造鞍座不能運(yùn)用在半掛飛機(jī)加油車(chē)上。

1.2 馬來(lái)西亞KING’S半掛加油車(chē)鞍座

此種結(jié)構(gòu)通過(guò)一個(gè)鞍座與一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)相結(jié)合的機(jī)械結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足了前后擺動(dòng)自由度和旋轉(zhuǎn)自由度的使用要求，但是現(xiàn)有的牽引鞍座無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)油料的輸送，只能通過(guò)外接軟管的方式實(shí)現(xiàn)，這種方式管道外露，影響整體美觀且操作繁瑣，且存在安全隱患。該結(jié)構(gòu)沒(méi)有橡膠補(bǔ)償節(jié)，彎頭直接與罐體作剛性連接，采用軟管補(bǔ)償采用軟管補(bǔ)償前后擺動(dòng)變形。由于軟管直徑受限，且與金屬管道相比內(nèi)壁粗糙，同時(shí)膠管接頭內(nèi)徑收縮節(jié)流，導(dǎo)致流動(dòng)阻力大，故大流量加油性能不好，其軟管長(zhǎng)期暴露在外，壽命較短，用戶(hù)在使用一段時(shí)間之后需要更換此膠管，增加用戶(hù)的使用維護(hù)成本。

另外還有美國(guó)BOSSERMAN半掛加油車(chē)鞍座，此種結(jié)構(gòu)與KING’S的鞍座類(lèi)似，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也基本一致；德國(guó)KUNZ半掛加油車(chē)鞍座，此種結(jié)構(gòu)同樣是鞍座與轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)合，既可以滿(mǎn)足使用要求，而且外型美觀，管道不外露，彎頭與罐體的連接為橡膠補(bǔ)償節(jié)柔性連接，且補(bǔ)償節(jié)的內(nèi)徑與金屬管道內(nèi)徑一致，不存在節(jié)流現(xiàn)象，該整體機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和研制中可以借鑒，但其尺寸不適用于中國(guó)市場(chǎng)。

因此需要設(shè)計(jì)一款新型適用的鞍座，其目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用安全方便的半掛車(chē)轉(zhuǎn)盤(pán)鞍座。為了達(dá)到以上目的，設(shè)計(jì)本實(shí)用新型的半掛車(chē)轉(zhuǎn)盤(pán)鞍座，包括轉(zhuǎn)盤(pán)和安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)上的支架、支架與支撐座連接，其改進(jìn)之處在于，所述鞍座的中間位置需設(shè)有一個(gè)中空結(jié)構(gòu)。

2 鞍座的載荷計(jì)算

圖1 半掛載荷示意圖

圖1為半掛加油車(chē)縱向載荷示意圖，鞍座的縱向載荷受力點(diǎn)在如圖1所示的B點(diǎn)處，為了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化的要求，我們選擇了有意向開(kāi)發(fā)半掛加油車(chē)最大容量50000L為例計(jì)算，對(duì)3種車(chē)輛狀態(tài)下鞍座的受力情況進(jìn)行了分析，車(chē)輛靜止時(shí)B點(diǎn)的縱向載荷為17.9t，所以鞍座的縱向載荷能力必須大于17.9t；當(dāng)掛車(chē)剎車(chē)滯后時(shí)，既掛車(chē)推著主車(chē)在前進(jìn)，此時(shí)鞍座受向前的一個(gè)沖擊力；當(dāng)掛車(chē)剎車(chē)提前時(shí)，既主車(chē)拖著掛車(chē)前進(jìn)，此時(shí)鞍座受向后的一個(gè)拉力，在鞍座受力分析時(shí)應(yīng)充分考慮到以上3種受力情況，容量小于50000L的半掛加油車(chē)均可以采用該鞍座[1]。

3 鞍座前后自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鞍座的前后擺動(dòng)自由度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以參考JOST公司的JSK 35 DV型號(hào)產(chǎn)品（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“JOST鞍座”）和KUNZ半掛加油車(chē)鞍座（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“KUNZ鞍座”），該兩種鞍座的支座剖視圖如下：

JOST鞍座（圖2）的前后自由度通過(guò)序號(hào)⑤銷(xiāo)軸與序號(hào)③支座的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，序號(hào)②支撐弧板是一個(gè)中空結(jié)構(gòu)的弧板，弧板內(nèi)附潤(rùn)滑脂，起抗磨與降噪的作用。KING’S和BOSSERMAN的加油車(chē)鞍座支座的結(jié)構(gòu)也與此類(lèi)似。此種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被多數(shù)半掛加油車(chē)廠家采用和認(rèn)可，而且圖中序號(hào)③支座④減震橡膠⑤銷(xiāo)軸在國(guó)內(nèi)均可以單獨(dú)采購(gòu)，既避免了購(gòu)買(mǎi)整套鞍座拆卸的麻煩，又免除了資金的浪費(fèi)，符合節(jié)約成本的要求。KUNZ鞍座（圖3）的前后自由度序號(hào)②上減震墊與③下減震墊的壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)，不存在金屬件與金屬件的摩擦，無(wú)需潤(rùn)滑脂抗磨與降噪。但是圖中②上減震墊③下減震墊④支座在國(guó)內(nèi)僅能采購(gòu)到大一級(jí)別型號(hào)的零件，因?yàn)轶w積較大，不僅在高度上不能滿(mǎn)足使用要求，而且還影響中空的尺寸，導(dǎo)致管道無(wú)法安裝。

圖2 JOST鞍座支座結(jié)構(gòu)

圖3 KUNZ鞍座支座結(jié)構(gòu)

綜上所述，航天晨光特種車(chē)輛分公司研制的半掛飛機(jī)加油車(chē)的鞍座前后自由度的結(jié)構(gòu)結(jié)合其上兩種鞍座的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：

圖4 鞍座支座設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)很好的繼承了JOST鞍座和KUNZ的成熟結(jié)構(gòu)，鞍座的外形圖如下：

圖5 鞍座外形圖

通過(guò)應(yīng)力分析圖（圖6）得出圖4中序號(hào)①鋼板是滿(mǎn)足使用要求的[2]。

圖6 鞍座鋼板應(yīng)力分析圖

4 鞍座的旋轉(zhuǎn)自由度設(shè)計(jì)

從KING’S、BOSSERMAN和KUNZ半掛加油車(chē)鞍座的結(jié)構(gòu)可以看出，他們解決旋轉(zhuǎn)自由度的方法均采用在鞍座上集成一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)實(shí)現(xiàn)，航天晨光特種車(chē)輛分公司研制的鞍座也可以借鑒這種成熟結(jié)構(gòu)。因此，在原先設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)自由度，其設(shè)計(jì)外形圖如下：

圖7 鞍座整體外形圖

5 結(jié)論

本實(shí)用新型的鞍座有益效果在于：本實(shí)用新型的半掛車(chē)轉(zhuǎn)盤(pán)鞍座中部為中空結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)固定柔性接頭使管道通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)牽引車(chē)和半掛槽罐之間液體或粉料的運(yùn)輸，同時(shí)管道不外露，避免了管道磨損保證安全運(yùn)輸；轉(zhuǎn)盤(pán)鞍座中還可以穿過(guò)多股線(xiàn)纜，以應(yīng)用于信號(hào)、電力的輸送，總之本實(shí)用新型鞍座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，適合機(jī)械化生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)盤(pán)全部采用國(guó)產(chǎn)元器件及自制結(jié)構(gòu)，具有成本低、采購(gòu)周期短等優(yōu)點(diǎn)。利于降低公司半掛飛機(jī)加油車(chē)的制造成本和訂貨周期。

該鞍座在2010年獲得了“中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局”頒布的“半掛車(chē)牽引鞍座”專(zhuān)利。

在航天晨光特種車(chē)輛分公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)的25000L，35000L和40000L容量系列半掛飛機(jī)加油車(chē)上此種鞍座得以應(yīng)用，使用效果良好，獲得直接銷(xiāo)售額800余萬(wàn)。隨著國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于半掛飛機(jī)加油車(chē)的需求量不斷增加，該產(chǎn)品可廣泛地應(yīng)用到各種半掛飛機(jī)加油車(chē)上。國(guó)外也有廠家咨詢(xún)希望購(gòu)買(mǎi)該產(chǎn)品，所以鞍座還可作為單獨(dú)的產(chǎn)品進(jìn)行銷(xiāo)售，為公司創(chuàng)造更大的效益。

[1]張海岑.汽車(chē)列車(chē)操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)性模擬計(jì)算研究[D].北京：清華大學(xué)，1992.

[2]王國(guó)林，陸永華，等.半掛汽車(chē)列車(chē)模型的建立與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，36(11)：17-20.