混凝土泵車底盤改裝設(shè)計與研究

周志紅，朱奇，寧振

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 410208）

0 引言

隨著混凝土市場及工程機(jī)械車輛迅速發(fā)展，促使工程機(jī)械產(chǎn)品對底盤改裝的需求也與日俱增。底盤作為混凝土泵車的關(guān)鍵部件之一，起到支撐、維持車輛穩(wěn)定、提供工作動力的作用。由于混凝土泵車作業(yè)工況環(huán)境惡劣且持續(xù)作業(yè)的特點，因此對底盤的可靠性提出了更高的要求。底盤選型及改裝設(shè)計的優(yōu)劣直接涉及到泵車的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)參數(shù)[1]。文中結(jié)合四橋重汽國Ⅴ56 m泵車對底盤改裝設(shè)計進(jìn)行分析說明。

1 底盤改裝總體要求

目前混凝土泵車行業(yè)主流配置均采用成熟知名品牌通用底盤，如SCANIA、BENZ、重汽、解放等。由于通用底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計偏運(yùn)輸車輛類產(chǎn)品，對標(biāo)泵車此類特種車輛產(chǎn)品的個性化需求，通用底盤在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，如一橋后方前支腿伸縮空間、分動箱安裝空間，以及支腿多路閥、工具箱、電控拒等部件布局空間，這些均涉及到底盤相關(guān)件的改裝操作。混凝土泵車底盤改裝設(shè)計是基于以上產(chǎn)品需求對原裝底盤進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。

底盤改裝設(shè)計總體原則為：根據(jù)混凝土泵車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的需要，對原裝底盤進(jìn)行適應(yīng)性改裝，其相關(guān)改裝操作需嚴(yán)格按照底盤改裝手冊執(zhí)行或在底盤供應(yīng)商的專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行，同時改裝后的底盤必須滿足國家現(xiàn)行的法律法規(guī)要求。

2 確定底盤結(jié)構(gòu)狀態(tài)

作為混凝土泵車底盤，其底盤改裝設(shè)計方案源于整機(jī)布局設(shè)計，如重汽國Ⅴ56 m泵車整機(jī)布局方案如圖1所示。圖1中：G1為前橋載荷，kg；G2為前橋載荷，kg；LA為底盤后懸尺寸，mm；LB為整機(jī)后懸尺寸，mm；α為離去角，（°）。整機(jī)布局方案中：整機(jī)外形尺寸、整機(jī)質(zhì)量（G1+G2）、前后橋荷值、離去角、整機(jī)后懸尺寸LB等參數(shù)均需滿足GB 1589《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》與GB 7258《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在產(chǎn)品總體方案設(shè)計階段，需對底盤兩側(cè)附屬功能件如燃油箱、防護(hù)裝置、消聲器、工具箱等進(jìn)行定位，其布局需滿足功能需求，避免與上裝結(jié)構(gòu)空間干涉問題。從總體方案圖中，我們能獲取待改裝的底盤兩側(cè)功能部件位置布局、底盤后懸LA尺寸等信息。

圖1 重汽國Ⅴ56 m泵車總體布局方案

3 傳動系統(tǒng)改制

目前混凝土泵車行業(yè)中，泵送作業(yè)狀態(tài)與行駛狀態(tài)的切換均采用底盤斷軸取力的方式，通過增加分動箱的形式來實現(xiàn)，如圖2、圖3所示?；炷帘密嚨纳a(chǎn)制造過程中需對底盤原傳動軸系統(tǒng)進(jìn)行改制，以滿足產(chǎn)品性能需求。

圖2 原裝底盤傳動系統(tǒng)

圖3 改制后的底盤傳動系統(tǒng)

由于泵車底盤采用斷軸取力的方式，則通過縮短或加長傳動軸以滿足設(shè)計要求。傳動系統(tǒng)改制后，傳動軸的制造精度對泵車較高速度行駛時傳動系統(tǒng)產(chǎn)生的振動和噪聲有很大的影響。為防止傳動系統(tǒng)產(chǎn)生異響與劇烈振動、甚至傳動軸斷裂、脫落等缺陷，則改制后傳動軸需滿足QC/T 29082《汽車傳動軸總成技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，特別是動平衡試驗滿足要求。改制過程中須注意合理布置傳動系統(tǒng)[2]：

1）通過調(diào)整分動箱空間位置，使傳動軸兩端的萬向節(jié)轉(zhuǎn)角相等，且轉(zhuǎn)角不宜超過底盤手冊推薦值；

2）采用與原裝底盤傳動軸的相同材質(zhì)和同規(guī)格管軸尺寸；

3）傳動軸周圍預(yù)留安全間隙：根據(jù)不同品牌底盤, 傳動軸系周圍至少留出30 ～50 mm的空間作為其工作活動空間，防止運(yùn)動中傳動軸與其周圍物件干涉，導(dǎo)致安全事故；

4）合理計算傳動軸的有效長度L[3]，計算公式如下：

式中：L為傳動軸兩萬向節(jié)中心之間的距離，mm；D、d分別為傳動軸軸管外徑和內(nèi)徑尺寸，mm；nmax為傳動系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速，r/min；k為安全系數(shù)，一般取1.2～2.0。

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，對改制傳動軸有效長度進(jìn)行驗算并經(jīng)批量生產(chǎn)實踐驗證，此方案很好地滿足了整機(jī)需求，有效避免了因傳動軸改制不當(dāng)造成劇烈振動和異響，甚至傳動軸斷裂、脫落等事故。

4 車架鉆孔、螺紋連接和焊接

工程底盤的車架均為高強(qiáng)度合金鋼板沖壓鉚接而成的框架式結(jié)構(gòu)，車架和底盤其他部分共同組成了一個不可分割的整體，起著連接、承載、保護(hù)、隔振等作用。為了滿足與上裝結(jié)構(gòu)匹配要求，需對車架進(jìn)行必要的改制，改制時需注意以下幾點事項。

4.1 車架上鉆孔

1）為固定副車架和上裝連接板（如圖4（a）），應(yīng)盡可能使用車架上已有孔位或?qū)σ延械目讛U(kuò)鉆使用。鉆孔時，嚴(yán)禁用氣焊吹孔，且按底盤改裝手冊要求嚴(yán)格控制孔徑的大小。

2）一般不允許在車架上下翼緣處鉆孔（如圖4（b）），尤其禁止在軸距之間的車架下翼面和后懸上翼面處鉆孔，此區(qū)域鉆孔會引起車架彎曲。

3）車架腹板上鉆孔時，注意相鄰孔距最好保持50 mm以上，不同品牌底盤（如圖4（c））a、b、c數(shù)據(jù)值有差異，具體操作按工藝技術(shù)文件執(zhí)行。

圖4 車架上鉆孔改制示意圖

4.2 車架上螺栓連接

相關(guān)車架部件和附加部件如橫梁連接板、支撐板、燃油箱等，在生產(chǎn)中鉚接在車架上。如果需要對其進(jìn)行改裝移位時，允許采用強(qiáng)度等級不小于10.9級的螺栓連接，按規(guī)定轉(zhuǎn)矩擰緊，其預(yù)緊轉(zhuǎn)矩值需滿足QC/T 518《汽車用螺紋緊固件緊固扭矩》標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 車架上焊接

一般不得對車架和橋支座進(jìn)行焊接作業(yè)，若必需焊接時則須得到設(shè)計部門同意，在底盤供應(yīng)方的專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行作業(yè)。

5 側(cè)掛功能件移位

在混凝土泵車產(chǎn)品設(shè)計中，由于上裝結(jié)構(gòu)方案的多樣化，為避免與上裝結(jié)構(gòu)部件干涉，底盤改裝設(shè)計不可避免需對排氣系統(tǒng)、燃油箱組件或蓄電池箱等功能部件進(jìn)行局部移位處理，具體改裝要求如下。

5.1 排氣系統(tǒng)的移位

在上述側(cè)掛功能部件移位改裝過程中，排氣系統(tǒng)的移位尤為關(guān)鍵，特別是針對國Ⅴ、國Ⅵ排放要求高的底盤。否則，改裝方式不當(dāng)會造成尾氣排放不達(dá)標(biāo)、底盤性能受限等質(zhì)量隱患，如發(fā)動機(jī)限制轉(zhuǎn)矩等。從產(chǎn)品可靠性角度考慮：應(yīng)盡量避免排氣系統(tǒng)的改裝，若因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要不可避免，應(yīng)滿足下列要求：

1）對于排氣系統(tǒng)的移位改裝活動，應(yīng)在底盤供應(yīng)商指定的專業(yè)技術(shù)人員或經(jīng)培訓(xùn)具有此系統(tǒng)改裝能力的技術(shù)員的指導(dǎo)下進(jìn)行移位改裝；

2）排氣消聲器上的溫度和氮氧化合物傳感器位置不允許改變；

3）對排氣管路采用保溫層措施，確保三元催化器工作時其工作溫度達(dá)到約250 ℃以上，使尾氣排放達(dá)標(biāo)。同時，管路保溫層表面溫度不宜超過80 ℃，以防灼傷、噴油故障起火等安全隱患；

4）排氣系統(tǒng)布局周圍，其他裝配功能件與之保持一定的安全距離，以防因高溫環(huán)境造成某些功能失效等安全隱患；排氣管橫截面不允許改變，若管路需延長，應(yīng)采用原材料型號并對管路外表面保溫固定。

5.2 燃油箱移位

車架上燃油箱移位，盡可能安裝在離橫梁較近的位置，必要時增加新的橫梁及內(nèi)外側(cè)加強(qiáng)板；連接燃油箱的油管不允許加長，若需要加長，則此油管按原規(guī)格整體更換。

5.3 蓄電池箱移位

蓄電池箱只能進(jìn)行有限的移動，其導(dǎo)線不允許加長，若必須加長，則進(jìn)行導(dǎo)線束整體替換處理，以避免功能障礙、失靈或?qū)е禄馂?zāi)等安全隱患。

6 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合四橋重汽國Ⅴ56 m泵車底盤改裝設(shè)計為例，對混凝土泵車底盤改裝設(shè)計從總體方案、傳動系統(tǒng)改制、車架改制，以及主要功能側(cè)掛件移位改裝等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性闡述，并經(jīng)批量生產(chǎn)實踐驗證：改裝方案很好地滿足產(chǎn)品要求，減少了因底盤改裝造成的質(zhì)量問題。同時上述改裝方案能有效指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，其成果對工藝設(shè)計人員有一定的借鑒作用。