一種貨架平臺(tái)升降式半掛車的設(shè)計(jì)原理

孫臨瑞 白光建 張全富

SUN LIN-RUI et al

中航（上海）汽車技術(shù)有限公司 上海 200092

一種貨架平臺(tái)升降式半掛車的設(shè)計(jì)原理

孫臨瑞 白光建 張全富

SUN LIN-RUI et al

中航（上海）汽車技術(shù)有限公司 上海 200092

介紹了一款用于超高貨物運(yùn)輸半掛車的設(shè)計(jì)實(shí)例，提出了帶有貨架平臺(tái)可進(jìn)行升降且具有空氣懸掛的車架結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)于不同離地間隙的半掛車方案。通過操控遙控開關(guān)，實(shí)現(xiàn)半掛車前后升降油缸的伸縮，使得半掛車貨架平臺(tái)進(jìn)行升降。該方案特別適用于在高速公路上運(yùn)輸較高貨物的半掛車使用。由于貨物較高，在高度上限有要求時(shí)可通過降低貨架平臺(tái)保證其通過，而在通過高速公路收費(fèi)口或地面不平度大的情況下，可以升高貨架平臺(tái)行走，從而提高運(yùn)輸效率。

貨架平臺(tái)升降式半掛車 超高貨物 高速公路 空氣懸掛

1 前言

隨著運(yùn)輸貨物的大型化，以及貨物對(duì)運(yùn)輸車輛平順性的嚴(yán)格要求，一種帶有空氣懸掛且車架可升降的半掛車應(yīng)運(yùn)而生。然而空氣懸掛的氣囊對(duì)負(fù)載敏感性很強(qiáng)，對(duì)于貨架平臺(tái)可升降的車架結(jié)構(gòu)，由于后車架與后鵝頸結(jié)構(gòu)鉸接連接，所以加在后車架上的載荷如果在前后方向出現(xiàn)較小的偏差，前后軸上的空氣氣囊就會(huì)出現(xiàn)高度差，導(dǎo)致后車架不平衡。

本方案采用雙高度閥設(shè)計(jì)，每個(gè)橋軸上使用獨(dú)立的高度閥控制空懸氣囊，即使各橋軸上的承載不一致，后車架也可以保持水平狀態(tài)，以保證半掛車在平整的路面上可以正常行駛。在后鵝頸與后車架之間增加了輔助油缸，使其后鵝頸與后車架固定為一體，以防止半掛車在急剎或大坡度情況下產(chǎn)生的不穩(wěn)定情況。

2 半掛車工作原理介紹

本方案的主要目的是針對(duì)航空航天大部件或抗振性較弱的大型精密儀器的運(yùn)輸提出的一種用于半掛車上的解決方案?，F(xiàn)有的半掛車可以進(jìn)行貨架平臺(tái)升降，但不能進(jìn)行高速行駛，而且減振性能較差，不能滿足運(yùn)輸航空航天大部件運(yùn)輸?shù)臏p振要求；也有能夠行駛在高速公路上且減振性能較好的半掛車，但又不

能實(shí)現(xiàn)貨架平臺(tái)升降的功能。

2.1 技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)方案為：貨架平臺(tái)前后分別帶有相同尺寸的鉸接孔，與前后鵝頸連接，同時(shí)使用相同的支撐油缸對(duì)鵝頸支撐固定（如圖1）；前鵝頸牽引銷處帶有減振裝置，后車架的車軸上帶有空氣彈簧懸掛（如圖2）；后車架與后鵝頸之間連接一根輔助油缸，用以保持兩者之間的相對(duì)位置（如圖3）；空氣懸掛氣路里使用兩個(gè)高度閥，以便分別控制前后軸的高度；使用獨(dú)立的液壓動(dòng)力單元對(duì)油缸等液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力；使用電控方式對(duì)貨架平臺(tái)升降進(jìn)行操控，遙控裝置如圖4。

2.2 貨架平臺(tái)升降功能的實(shí)現(xiàn)

貨架平臺(tái)升降功能的實(shí)現(xiàn)步驟：汽車列車行駛前方如需提升或下降貨架平臺(tái)才能通過時(shí)，需先停好汽車列車并將牽引車剎住，通過扳動(dòng)半掛車剎車氣路的雙釋放閥將半掛車的剎車松開；啟動(dòng)液壓動(dòng)力單元；使用手持式遙控器操作，使得貨架平臺(tái)進(jìn)行升降；貨架平臺(tái)達(dá)到指定高度后開動(dòng)牽引車行駛；通過此處特殊路段后將貨架平臺(tái)恢復(fù)正常行駛高度后繼續(xù)行駛。圖5和圖6分別為貨架平臺(tái)上升和下降的狀態(tài)。

3 半掛車車架主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 后部結(jié)構(gòu)

液壓工作站半掛車的后部結(jié)構(gòu)主要由貨架平臺(tái)聯(lián)接座、后鵝頸、后車架（包含帶有空氣氣囊減振的橋軸）及后鵝頸與后車架的連接件組成，并在后車架每個(gè)橋軸的空氣氣囊上安裝了高度閥。后鵝頸與后車架和貨架平臺(tái)聯(lián)接座通過鉸接方式聯(lián)接。鉸點(diǎn)一為貨架平臺(tái)聯(lián)接座與后鵝頸連接點(diǎn)，鉸點(diǎn)四為后鵝頸與后車架連接點(diǎn)，鉸點(diǎn)二和鉸點(diǎn)三之間可通過支撐油缸等可伸縮部件分別與貨架平臺(tái)聯(lián)接座及后鵝頸之間聯(lián)接，如圖7所示

3.2 氣路布置

貨架平臺(tái)、后鵝頸及負(fù)載的重力通過鉸點(diǎn)四傳遞到后車架上，鉸點(diǎn)四位于后車架前后橋軸的中間，理論上前后橋軸受的力

一致，但由于后車架上放置其他部件或制造誤差會(huì)使得前后橋軸的受力出現(xiàn)細(xì)微的差別。在前后橋軸上用兩個(gè)高度閥分別對(duì)前后的空氣氣囊進(jìn)行控制，使得前后氣囊的高度相同，而氣囊的壓力不同。由于氣囊升降氣路原理及管路圖較為簡單，在此不做贅述。而此設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于原氣路圖中使用兩個(gè)高度閥，其高度閥布置的位置如圖9所示。

正常較平穩(wěn)速度行駛或半掛車靜止時(shí)，以上方案可以保證后車架的穩(wěn)定性。而當(dāng)半掛車緊急制動(dòng)時(shí)，后車架前后高度會(huì)出現(xiàn)瞬間較大高度差，造成后車架不穩(wěn)定。但由于貨架平臺(tái)提升或下降時(shí)，后鵝頸和后車架之間會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如圖5、6所示。

為了既能滿足后車架在行駛過程中的穩(wěn)定要求，又能使得貨架平臺(tái)做升降運(yùn)動(dòng)時(shí)不與后車架及后鵝頸干涉，在后鵝頸與后車架之間需安裝輔助油缸。

3.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由液壓泵（與發(fā)動(dòng)機(jī)等組成液壓工作站）、液壓油箱、單向閥、比例閥、換向閥、同步馬達(dá)、平衡閥、支撐油缸、輔助油缸等組成。液壓工作站、液壓油箱及液壓閥布置在后車架上，兩根支撐油缸連接在后鵝頸和貨架平臺(tái)聯(lián)接座之間，同步馬達(dá)布置在兩根支撐油缸之間（如使用一根油缸則不需要同步馬達(dá)），兩根輔助油缸連接在后車架和后鵝頸之間，平衡閥分別放于油缸上。

貨架平臺(tái)升降系統(tǒng)液壓原理圖如圖10所示。系統(tǒng)需要進(jìn)行貨架平臺(tái)提升動(dòng)作前，首先輔助油缸的換向閥得電，使得輔助油缸的油路導(dǎo)通，大流量換向閥得電，使得比例閥以上的油路形成通路，比例閥得電，支撐油缸形成閉合通路，工作壓力油從齒輪泵、比例閥、換向閥、同步馬達(dá)進(jìn)入支撐油缸的無桿腔，液壓油缸活塞桿伸出，油桿腔流量從換向閥、比例閥回油箱，從而實(shí)現(xiàn)貨架平臺(tái)提升動(dòng)作。在此動(dòng)作過程中，齒輪泵提供的油量要大于系統(tǒng)所需流量，由于比例閥具有負(fù)載反饋技術(shù)，使得多余的流量通過比例閥在與系統(tǒng)負(fù)載相匹配的壓力下通過定差溢流壓力補(bǔ)償器流回油箱，防止多余液壓油在系統(tǒng)調(diào)定額定壓力下卸荷而導(dǎo)致液壓油溫度急劇升高，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定而造成密封件的破壞，同時(shí)也進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率；閥前壓力補(bǔ)償技術(shù)使得支撐油缸的運(yùn)動(dòng)速度與負(fù)載無關(guān)，支撐油缸速度僅僅與比例閥的開口成正比，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)在負(fù)載變化情況下的動(dòng)作穩(wěn)定性；此外，比例閥的主溢流閥對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到安全保護(hù)作用；最后，電液控制換向可以實(shí)現(xiàn)換向動(dòng)作準(zhǔn)確及時(shí)；同步馬達(dá)的應(yīng)用確保動(dòng)作嚴(yán)格同步；雙向平衡閥的使用確保系統(tǒng)安全，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.4 仿真與測(cè)試

根據(jù)車輛硬點(diǎn)、懸掛、輪胎等數(shù)據(jù)，使用ADAMS軟件建立運(yùn)輸車輛整車模型如圖11所示。根據(jù)《GB/T 4970—2009汽車平順性試驗(yàn)方法》，進(jìn)行隨機(jī)輸入行駛工況的分析。仿真路面采用C級(jí)路面，如圖12所示，仿真時(shí)車速保持70 km/h。

將建立的仿真模型按照以上工況進(jìn)行仿真，測(cè)量貨物質(zhì)心位置的加速度，其Z向（豎直方向）加速度結(jié)果曲線如圖13所示。

實(shí)車按仿真條件進(jìn)行測(cè)試（見表1），其測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果基本相同，使用鋼板彈簧的牽引車以70 km/h速度行駛在C級(jí)路面上，裝載在車輛上的貨物其質(zhì)心點(diǎn)處Z向加速度均方根值為0.3 m/s2，遠(yuǎn)小于減振前的1.5 m/s2，滿足貨物運(yùn)輸?shù)臏p振要求。

4 主要技術(shù)特點(diǎn)

應(yīng)用本結(jié)構(gòu)的半掛車（見圖14）主要技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在：a.半掛車減振性能好，可用于運(yùn)輸易碎物品或減振性能要求高的大型電子物品或航空航天大部件；b.車的行駛速度高，既可行駛于路面較差的三級(jí)或四級(jí)道路，也可在高速公路上行駛；c.掛車尤其適合運(yùn)輸高度尺寸較大的大型物體，在過涵洞等限高的路段，可降低車架行駛；在過收費(fèi)站或小斜坡等路段要求車架離地間隙大時(shí)，可升高車架通過；d.前后機(jī)構(gòu)可同步進(jìn)行，貨架平臺(tái)可水平穩(wěn)速升降，保證貨物的安全。

表1 檢驗(yàn)整車以70km/h行駛時(shí)貨物上各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)情況

5 結(jié)語

目前已在運(yùn)輸航空大部件的半掛車中使用了此結(jié)構(gòu)，滿足了客戶的運(yùn)輸要求，使用效果良好。隨著工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，大型集成件的運(yùn)輸會(huì)越來越多，從而會(huì)要求部件的運(yùn)輸既能保證運(yùn)輸過程的安全可靠，也能迅速到達(dá)。使用此結(jié)構(gòu)的半掛車能夠解決以往只能實(shí)現(xiàn)一方面要求的問題，因此，這種結(jié)構(gòu)或?qū)?huì)在今后的半掛車中得以廣泛應(yīng)用。

Structure Design of A Platform-Raising Trailer Fram

A new design of a trailer to transport extremely high cargos is introduced in this paper.This trailer which has air spring suspension could raise or decline its platform to adjust the gap between the lowest point of the trailer and the ground.In order to achieve this function, a remote control is developed.The trailer that has special designed functions is especially applied to transport extremely high cargos on highway.When it runs across the lower bridge, the platform of the trailer could be declined.Meanwhile,when it comes across toll gate or rough road, the platform of the trailer could be raised, therefore, the transport efficiency of the trailer has been improved significantly.

s raise or decline platform; extremely high cargos; highway transport; air spring suspension

孫臨瑞，男，1978年生，工程師，現(xiàn)從事特種專用車設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

U469.5+3.02

A

1004-0226(2016)02-0106-04

2015-11-03