某微型載貨車新造型貨箱設(shè)計(jì)

解學(xué)敏，王振巖，柴強(qiáng)

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

目前國內(nèi)微卡貨箱相對日韓等企業(yè)生產(chǎn)的貨箱，貨箱結(jié)構(gòu)形式單一、外觀效果較差、同樣內(nèi)部尺寸狀態(tài)外廓尺寸較大。隨著客戶對微型卡車舒適性及外觀要求越來越高，良好的外觀造型、擁有較大的容量及較強(qiáng)承載能力的同時(shí)具備較小的外廓尺寸，將是微卡貨箱的設(shè)計(jì)發(fā)展方向。

1 貨箱設(shè)計(jì)基本要求

在設(shè)計(jì)貨箱時(shí)，首先根據(jù)整車總布置要求確定貨箱的尺寸。在確定貨箱尺寸時(shí)，應(yīng)考慮貨箱結(jié)構(gòu)的變形、材料的合理利用、公路情況、操作的方便性、運(yùn)輸?shù)陌踩院脱b載不同的貨物都能裝滿額定噸位等，并且按照相關(guān)國家法規(guī)確定貨箱的長、寬、高三者之間的關(guān)系。

1.1 貨箱容積

貨箱容積一般可按照下式確定：

上式中：V——貨箱容積(立方米)

G——汽車裝載質(zhì)量（噸）

r——貨物密度，按最常運(yùn)送的貨物或密度適中的貨物(表 1)確定。

表1 常用貨物密度

1.2 貨箱長度

在確定貨箱長度時(shí)，應(yīng)考慮總布置是否合理，即根據(jù)汽車前、后軸的載荷分配確定貨箱的重心，然后根據(jù)中心和后懸的長度確定貨箱的總長。另外，考慮到邊板的剛度和材料的規(guī)格，一般而言，當(dāng)邊板長度大于5m時(shí)，應(yīng)加防脹“鏈條”，也就是通常我們所說的中立柱，目的就是防止脹箱導(dǎo)致貨箱變形。

1.3 貨箱寬度

根據(jù)目前公路的要求，貨箱外寬應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，即貨箱最外寬不應(yīng)大于2.5m?？紤]到貨箱容積盡可能大的原則，在保證外寬的前提下，可適當(dāng)加寬貨箱內(nèi)寬，以求縮短貨箱的長度和高度，降低整車的重心，提高整車的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性。

1.4 貨箱高度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，低欄板貨箱的邊板高度應(yīng)不大于 600 mm，一般在400～600mm。邊板的高度不容過高，否則容易導(dǎo)致整車的重心提高而降低了穩(wěn)定性，同時(shí)裝載貨物也不方便。

1.5 載質(zhì)量和軸荷的分布原則

在設(shè)計(jì)貨箱時(shí)，要盡量使貨箱的重心偏向后輪，這樣使后輪承受的載荷較大，提高整車的穩(wěn)定性。

1.6 國標(biāo)對貨車裝載質(zhì)量的要求

按照GB1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》的規(guī)定，如下表2。

表2 國標(biāo)對貨車裝載質(zhì)量的限制

1.7 側(cè)防護(hù)的安裝要求

按照國標(biāo)GB11567.1-2001《汽車和掛車側(cè)防護(hù)的要求》貨車側(cè)防護(hù)欄的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下：

（1）公告質(zhì)量≥3.5噸的車輛必須安裝側(cè)防護(hù)欄裝置。

（2）側(cè)防護(hù)欄前端距前輪后緣切面距離≤300mm（當(dāng)前輪后緣切面往后 300mm落在駕駛室內(nèi)時(shí)，要求側(cè)防護(hù)欄前端距駕駛室后圍切面≤100mm）。

（3）側(cè)防護(hù)欄后端距后輪前緣切面距離≤300mm。

（4）側(cè)防護(hù)欄上橫桿距貨箱地板下翼面距離≤350mm。

（5）整備質(zhì)量時(shí)側(cè)防護(hù)欄下橫桿距地面高度≤550mm。

（6）側(cè)防護(hù)欄橫桿寬度≥50mm（公告質(zhì)量≥12噸時(shí)，橫桿寬度≥100mm）。

1.8 后下部防護(hù)安裝要求

按照國標(biāo)GB11567.2-2001《汽車和掛車后下部防護(hù)的要求》，貨車后下部防護(hù)欄的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下：

（1）公告質(zhì)量≥3.5噸的車輛必須安裝后防護(hù)欄裝置。

（2）后防護(hù)欄不能超過車輛后軸兩側(cè)車輪最外點(diǎn)之間的距離，并且任一端的最外緣與這一側(cè)車輛后軸車輪最外端的橫向水平距離不大于100mm。

（3）整備質(zhì)量時(shí)，后防護(hù)欄下端距地面高度≤550mm。

（4）后防護(hù)欄截面尺寸≥100mm。

1.9 擋泥板設(shè)計(jì)要求

按照GB7063一1994的規(guī)定，汽車必須裝有擋泥板板。擋泥板位于車輪上方，具有阻擋車輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的濺污及飛石等功能的零部件。設(shè)計(jì)要求如下：

在水平路面上，當(dāng)汽車處于整備狀態(tài)，車輪在直線行駛位置時(shí)，擋泥板應(yīng)滿足下列要求：

（1）在車輪中心向前30°和向后50°的兩個(gè)輻射平面所形成的區(qū)域內(nèi)，擋泥板的寬度q必須足以遮蓋整個(gè)輪胎的寬度。如屬雙胎，則應(yīng)遮蓋兩個(gè)輪胎的安裝總寬度；

（2）擋泥板的后緣應(yīng)位于車輪中心上方150mm的水平面以下。而且擋泥板的邊緣與這個(gè)平面的交點(diǎn)必須位于輪胎縱向中間平面的外側(cè)。如屬雙胎，則必須位于外側(cè)輪胎的縱向中間平面的外側(cè)。

2 貨箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 貨箱總布置參數(shù)的確定

根據(jù)開發(fā)需求報(bào)告及整車總布置要求明確提出貨箱內(nèi)部尺寸為2700mm×1560mm×400mm。需按公式1驗(yàn)證貨箱是否能滿足使用要求，貨箱容積：

微型卡車裝載貨物一般為百貨和農(nóng)副產(chǎn)品，按其滿載糧食時(shí)，其載重量：

公告要求最大載重量為1.2噸，基本滿足使用要求。

根據(jù)駕駛室及發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣位置確定貨箱前懸為 1750 mm，騎馬螺栓位置根據(jù)車架及其它分組裝配位置確定，具體如下表3。

表3 貨箱基本參數(shù)表

圖1 貨箱總布置圖

2.2 地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 縱梁與橫梁連接方式選擇

輕微型卡車貨箱地板常用的縱橫梁連接方式有螺栓連接和焊接兩種，結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：

圖2

圖3

圖4

上圖2和圖3所示結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較圖4好，承載能力強(qiáng)，但圖4所示結(jié)構(gòu)成本相對較低。考慮到需求車型為汽油機(jī)微卡，載重量不大，采用第3種縱橫梁連接方式能夠滿足強(qiáng)度要求，且成本較前兩種具有優(yōu)勢，因此選擇圖4所示縱橫梁連接方式。

2.2.2 橫梁的布置

貨箱橫梁布置原則為：間距一般在 400～500mm，可根據(jù)擋泥板、拉攀等作適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整范圍為±60mm左右。結(jié)合目前微卡貨箱橫梁布置情況及擋泥板位置，布置該貨箱前部橫梁間距為 440mm，擋泥板橫梁間距 600mm，尾部橫梁間距530mm，兩根擋泥板橫梁之間間距偏大，但由于載重量不大，此處可不增加橫梁。具體布置如下圖：

圖5 橫梁布置圖

2.2.3 地板的選擇

常用地板有瓦楞板和平板，瓦楞板較平板重量輕，強(qiáng)度高，且公司產(chǎn)品基本上均選用瓦楞板，因此地板選擇瓦楞板。

2.2.4 騎馬螺栓、拉攀的布置

騎馬螺栓和拉攀的布置形式保持與常規(guī)微卡產(chǎn)品一致，左右各兩根騎馬螺栓，拉攀左右各一個(gè)，其中拉攀為直拉攀。

騎馬螺栓尺寸鏈校核：騎馬螺栓長度235mm，車架縱梁截面尺寸130mm，墊木高度30mm，貨箱縱梁高度50mm，壓板厚度3.5mm，兩個(gè)螺母厚度17mm，235-130-30-50- 3.5-17=4.5mm，即騎馬螺栓露牙4.5mm，滿足要求。

圖6

2.3 邊板和后板設(shè)計(jì)

貨箱開發(fā)需求為全金屬，設(shè)計(jì)過程不考慮鋼木混合結(jié)構(gòu)。目前，全金屬貨箱邊板和后板大致有兩種結(jié)構(gòu)：整體式滾壓成瓦楞型邊板與立柱焊接而成，如圖7所示；另一種是本體為滾壓瓦楞板，再加上立柱、上邊框、下邊框焊接組合而成，如下圖8所示。整體式較分體式工藝簡單，重量輕，成本低，但外觀效果不如組合式邊板。此微卡產(chǎn)品采用整體式邊板。

圖7

圖8

圖9

圖10 邊板造型

新貨箱的開發(fā)提出要求嚴(yán)格控制貨箱外部尺寸，因此需要保證鎖緊裝置等所有外凸部件不超出貨箱邊板而導(dǎo)致外部尺寸的增加，且為了突出產(chǎn)品優(yōu)勢，需從貨箱外觀方面作修改，增加貨箱美觀度。鑒于以上要求，將貨箱邊板由瓦楞型改為曲面造型（如圖9-10），為整體式滾壓成型。

2.4 前擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前擋板分為帶加強(qiáng)支架和不帶加強(qiáng)支架兩種。當(dāng)車輛緊急制動(dòng)時(shí)，前擋板會(huì)承受較大的沖擊力，因此一般輕卡貨箱前擋板均帶加強(qiáng)支架。行業(yè)內(nèi)部分微卡產(chǎn)品由于載重量有限，擋板本體帶有加強(qiáng)筋，為不帶加強(qiáng)支架前擋板。

2.5 貨箱鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉸鏈裝置是由頁板和軸銷組成，鉸鏈應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。該貨箱邊板為全新造型設(shè)計(jì)，鉸鏈上頁無法借用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，需根據(jù)邊板結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)形式如圖11所示。鉸鏈下頁及鉸鏈銷借用原有部件。

圖11

2.6 貨箱鎖緊裝置設(shè)計(jì)

貨箱鎖緊裝置的作用是連接兩塊相鄰的箱板（前板和左、右邊板或左、右邊板和后板），同時(shí)承受通過箱板傳來的“脹箱力”。對它的性能要求是開關(guān)方便、靈活。

該貨箱要求鎖緊裝置不超出貨箱邊板，因此對鎖緊裝置尺寸要求較高。

2.6.1 貨箱前鎖緊設(shè)計(jì)

前鎖緊裝置考慮借用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)（圖 12），鎖緊機(jī)構(gòu)最外側(cè)距安裝面距離為 34mm，而安裝面距邊板最外側(cè)距離為36mm，能夠滿足要求，如圖13所示。

圖12

圖13

2.6.2 貨箱后鎖緊設(shè)計(jì)

載貨車產(chǎn)品常用后鎖緊裝置有以下圖14所示幾種：

圖14

其中a、b所示兩種方式鎖緊機(jī)構(gòu)均超出貨箱邊板范圍，c所示鎖緊機(jī)構(gòu)適當(dāng)修改后能夠滿足要求，因此考慮參考 c結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后鎖緊，通過控制后鎖緊裝置尺寸及三維驗(yàn)證能夠滿足要求，具體結(jié)構(gòu)如圖15所示。

圖15

2.7 緩沖裝置設(shè)計(jì)

在開啟貨箱邊板和后板時(shí)，由于貨物張力，以及邊板和后板重力的回轉(zhuǎn)慣性力而產(chǎn)生的猛烈撞擊，會(huì)使邊板和后板加速損壞。因此，應(yīng)在邊板和后板上安裝彈性元件，以便起緩沖作用。設(shè)計(jì)時(shí)在地板總成上安裝6個(gè)圖示橡膠墊（圖16），起到緩沖作用。

圖16

2.8 優(yōu)化設(shè)計(jì)

貨箱設(shè)計(jì)完成后經(jīng)過評審和市場用戶分析，進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

2.8.1 降低貨箱重心

由于該車型車速較快，從車輛安全性以及貨物裝卸方便性方面考慮，可降低貨箱重心。經(jīng)過與底盤相關(guān)部件校核，可將貨箱重心降低30mm，將貨箱縱梁由50mm×80mm矩形管改為50mm×50mm矩形管。

2.8.2 增加貨箱內(nèi)部繩鉤

在貨箱內(nèi)部左右邊板上各增加兩個(gè)捆繩鉤，方便用戶捆綁貨物。

2.8.3 增加后邊板拉索

在后邊板兩邊分別增加一根鏈條拉索，使用時(shí)將拉索掛在后鎖緊支架上，可將后邊板放平，適當(dāng)時(shí)增加貨箱裝載長度。

2.8.4 增加后部鎖緊盒裝置

當(dāng)單獨(dú)打開貨箱后邊板或?qū)⒑筮叞宸牌胶?，左右?cè)邊板尾部會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，因此在尾部左右各增加一個(gè)后部鎖緊盒，通過鎖緊盒將側(cè)邊板尾部鎖緊，防止其晃動(dòng)。

2.8.5 后邊板兩側(cè)增加緩沖橡膠墊

車輛行進(jìn)過程中，側(cè)邊板與后邊板結(jié)合處可能會(huì)產(chǎn)生輕微碰撞而導(dǎo)致異響，因此在后邊板上增加緩沖橡膠墊，可起到緩沖降噪作用。

圖17

2.9 貨箱附件設(shè)計(jì)

貨箱附件包含側(cè)后防護(hù)欄、擋泥板、后組合燈支架、牌照燈支架等。車輛總質(zhì)量在 3.5噸以下，因此不需裝配側(cè)后防護(hù)欄；擋泥板、后組合燈支架、牌照燈支架安裝位置保持不變，均可借用原零部件，不需另行開發(fā)。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)描述了微卡新造型貨箱的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)的新貨箱與原貨箱相比有以下優(yōu)點(diǎn)：外形美觀；保證貨箱容積及承載能力相同的前提下，減小了外廓尺寸，滿足市場客戶的使用要求；通過優(yōu)化，增加部分輔助裝置，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)對后期微卡貨箱的開發(fā)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

[1] 張洪欣.汽車設(shè)計(jì)[z].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谌妫z].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[3] GB1589-2004.道路車輛外廓尺寸.軸荷及質(zhì)量限值[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.