10.16638/jki.1671-7988.2018.13.042
中置轴轿运车结构设计
顾琦，耿龙伟，黄明成，朱平，丁志玉
（盐城工学院汽车工程学院，江苏盐城224000）
摘要：中置轴轿运车相比较普通的轿运车而言底盘略低，上下装卸轿车便捷，转弯半径小，运输过程的安全性高。项目研究了中置轴轿运车的具体结构，包括车身、底盘、悬架及中间连接装置、上下车装置等结构，利用ug建立中置轴轿运车前后底盘和前后运输平台各零部件的三维模型以及总的装配图，然后绘制二维图，最后运用Ansys 软件对部分部件进行有限元分析，分析其受力情况，校核其强度是否满足要求。
关键词：中置轴轿运车；转弯半径；有限元分析
中图分类号：U462文献标识码：A文章编号：1671-7988(2018)13-124-04
Structure design of car carrier with centre axle
Gu Qi, Geng Longwei, Huang Mingcheng, Zhu Ping, Ding Zhiyu
( Yancheng Institute of Technology, Institute of automotive engineering, Jiangsu Yancheng 224000 )
Abstract:The central axis carriages are slightly lower in chassis than ordinary carriages. It is convenient to load and unload cars from top to bottom, with small turning radius and high safety during transportation.This project studied the axis of its specific structure of the car carrier, including body, chassis and suspension and intermediate connecting device, or device, such as structure, using ug to establish in the control shaft before and after the car shipped before and after the car chassis and 3 d model of parts of transport platform and the general assembly drawing, and then draw two-dimensional figure, and finally use Ansys software to perform finite element analysis on some parts, analyze the force conditions, check whether the strength meets the requirements.
Keywords: Central axle car carrier; Turning radius; Finite element analysis
CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)13-124-04
前言
目前国内的运输行业发展迅速，轿运车是运输车辆的主要专用车辆，但是轿运车在运输车辆过程中潜
在着很多安全隐患，例如现在很多厂家为了能够增加运输利润和运输更多的汽车，都对轿运车进行了非法改装，加长加宽运输板。但这种改装已经违反了国家对公路汽车的规定。中置轴轿运车的出现更适合轿运车的发展，因为在相同的条件下不超宽，不超长，中置轴轿运车的装载量要比传统的轿运车要多，各项性能也较之要强。因此在新修订的GB1589中把中置轴挂车列入其中，这项修订可以说为国内中置轴轿运车的发展提供了极大的便利，也推动了我国在轿运车治理方面的改革，为国内公路运输业的发展做出了贡献。
1 轿运车设计依据
1.1 设计选型原则
设计出符合于我国国内道路行驶的专用车辆运输车，提
作者简介：顾琦，就读于盐城工学院汽车工程学院。通讯作者：耿龙伟，就职于盐城工学院汽车工程学院，硕士，助教。全国大学生创新创业大赛，省级一般项目。
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顾琦 等：中置轴轿运车结构设计
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高标准化、通用化水平，降低生产成本，增强市场竞争力。设计的整车零部件应该确保安全可靠并有较好的经济型。车辆运输车应该遵守国家准则，做到性能优异，外形美观。 1.2 中置轴轿运车的介绍
现今我国车辆运输车市场的轿运车多为传统的半挂车类型。如图1，然而这类半挂车结构庞大，原理陈旧，在各个尺寸上都远远的超出了国家规定的标准，并且由于车身长度过长，车辆转弯半径过大，导致传统全挂车的行驶十分不稳定。
相比传统的半挂车，中置轴轿运车优势十分明显，如图2所示。其长度限值为22米，比普通半挂列车多出4.9米。在车辆运输途中，中置轴列车既可以作为列车使用，也可以摘掉列车，作为单车单独使用，功能性更强。
高尔夫r报价图1  传统全挂车实物图
图2  中置轴轿运车实物图
1.3 中置轴轿运车装载货物参数依据
a ）轿车品牌：帕萨特；
b ）车身尺寸：4872×1834×1484mm （长×宽×高）；
c ）车身重量：1495kg ；
d ）轴距：2803mm 。
2 中置轴轿运车主要技术性能指标
2.1 中置轴轿运车整车的主要技术性能指标
a ）最大外形尺寸：20000mm ×2500mm ×4500mm （长×宽×高）；
b ）可装载8－10辆中型轿车（以帕萨特为设计依据）；
c ）整备质量：≤18000kg ；
d ）载重量：≥18000 kg 。
2.2 中置轴轿运车牵引车主要技术性能指标
a ）底盘型号：选用CA5263GJYP7K1L9T1E 解放二类底盘；
b ）功率：209kW ；
c ）发动机型号：BF6M1013-28E3；
d ）驱动形式：6×4；轴数：3；轴距：5360+1350；
e ）总质量：26000kg ；
f ）整备质量：7600k
g ；
g ）驾驶室尺寸：高度2710 mm ；
h ）底盘外形尺寸：10250×2455×2710（3110）mm ； i ）底盘标准：GB3847-2005，GB17691-2005国Ⅲ。 2.3 轿运车前后底盘、前后运输平台
轿运车前底盘是在主牵引车的基础上建设而成，使其本身就具有车辆的装载能力。前底盘拟运输两辆帕萨特，所需的长度为9744mm ，两辆车所需的间隔为100mm ，将前底盘的长度定为9855mm ；两边留下足够的距离便于与上平台的装配，宽度定为2490mm ；查阅资料借鉴已有的车型，初步将前底盘的厚度定为112mm 。
轿运车后底盘的外形尺寸（长×宽×高）：9958×2500×650（mm ）；总质量：11301kg ；轴数：2轴。该中置轴挂车尾部托板的宽度设计为2100mm ，这样的宽度方便工作人员装卸帕萨特轿车，同时也在国家限值以内。
轿运车前运输平台是承载车辆的主要结构，其结构设计
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丰田进口车型对中置轴轿运车的运输效率有着很大的影响。在前平台中两车之间留有间隙200mm ，平台需要总长度为4872mm ×2+200 mm=9944㎜，因此中置轴轿运车前运输平台长定为11000 mm 。一辆帕萨特车宽
为1834mm ，而车辆运输车车宽不大于2500mm 因此前运输平台宽定为2450mm 。
轿运车后运输平台，帕萨特轿车车长为4872毫米，所以两辆车的总长为：4872mm ×2=9744mm ，两辆车之间的间隙大约为200mm 。所以需要总长度为9744+200=9944mm ，故平台长度定为11000mm 。车宽为1834mm 。我国法规对公路运输车辆的尺寸要求车辆的宽度不大于2.5m ，因此运输平台设计的总体宽为2160 mm 。
3 液压调节平台系统
图3  自动化伸缩多孔板示意图
主运输车和挂车都安装有液压控制高度的立柱，且前后立柱可以分别操控，这样上层运输平台的高度控制便非常灵活，与地面平行或倾斜都不成问题，上层运输平台后侧可以倾斜至接近地面，使得装卸车很方便。液压驱动的运输平台可以向前或向后延伸一段距离，如图3，由于装车采用直接开车上下运输车的模式，地面和车辆停放位置之间必须要是一条连贯的通道，而挂车和主运输车往往是断开的模式，所以需要运输平台的延伸来搭建一个临时过渡桥，保证车辆顺
汽车实用技术
126 利通过。自动化伸缩多孔板的动作执行可以由油缸完成，考虑到工作行程较长，可以使用伸缩式套筒液压油缸，内置于伸缩跳板内。
本项目我们采用油缸推举飞机跳，油缸推举飞机跳的斜拉油缸设置中，考虑到宽度的布置，一般有外侧和内侧的两种。这两种情形下的设计，或多或少会影响外形美观。也可以将油缸布置在飞机跳的下
端，这种情况下的高度较高。可以利用车架自身的特点解决这个缺点，例如可以利用在车轴前后端的高度上升，或在装载车平放时即具有一定的偏置角，将油缸藏在这个偏置高度下。
图4  油缸推举飞机跳工作示意图
4 连接梁的设计
本项目设计的中置轴轿运车只有一个连接装置，将中置轴挂车与主运输车连接。连接梁安装在后底盘的前端，与主运输车底盘的牵引销连接座相接。设计的连接梁在竖直方向上不能移动，所以行驶稳定性好。
连接梁连接中置轴挂车和主运输车，如图5所示，设计形状呈三角形，顶端与前底盘下面的牵引销装配，底边与后底盘直接装配。
图5  连接梁结构示意图
考虑到国家对中置轴列车长度的限制，以及主运输车底盘的设计尺寸和后底盘的设计尺寸，初步定下连接梁的尺寸。连接梁的后部是与挂车底盘连接，也是它的最宽处，所以宽度设计的和挂车底盘一样为2500mm ，长度设计为1700mm 。与挂车装配时重合部分长79mm ，与前底盘装配时重合部分长277mm ，除去重合的长度，只剩1344mm 算在列车总长度之内，符合要求。
5 挂车悬挂系统
空气悬挂具有如下优点：（1）平顺性大大提高，因此能对货物提供很好的保护。（2）车架的应力大大地降低了，因
为瞬间的尖峰力被悬挂消除了。（3）相等的轴荷：因为空气悬挂具有较大的悬挂行程，并且一侧的气囊通过管路连接在一起。（4）行驶高度保持不变。（5）环境友好：空气悬挂车辆比其余一些系统产生更少的噪声，特别是在空载的条件下，由于车轴高的尖峰力被消除，对路面和建筑的伤害减少了，在有些国家这种好处促使政府赞同空气悬挂，并允许比机械悬挂系统更高的轴荷。因为中置轴挂车拟采用双轴形式，单周轴荷9吨左右，拟采用双小胎，故选用塞夫－华兰德中国的空气悬挂：ZI9-19。
6 前底盘有限元分析
为了便于分析，这里将前底盘三维模型作了必要的简化，再将模型导入ANSYS 中。
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6.1 材料设置
打开ANSYS ，将简化的模型导入，进行Q235-A 钢的参数设置，如下图所示：
图6  新建材料
图7  约束和载荷
6.2 施加载荷和约束
满载时，前底盘主要承受上平台的重量、4根立柱以及车重，上平台运载两辆车，它们的重量主要由4根立柱分散到前底盘上，而前底盘本身承受5/4辆车重，还有3/4的车重由飞机跳承受，受力大小方向如图7。其中:C 、D 、E 、F 为四个立柱给前底盘的压力，A 为一辆车重，H 为1/4辆车重，B 、G 为约束。 6.3 分析云图
图8  总变形分析云图
利亚纳a顾琦 等：中置轴轿运车结构设计
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图9  小部分危险区域
由以上分析云图，我们可以发现，应变分析和总变形分析的结果总体还是令人满意的，可是在应力分析云图上出现了部分红区域，应当予以重视。虽然只是一小部分区域，但是为了安全起见，还是进
行修改来解决这个问题，可以在板的两端添加横梁来增加强度。
图10  添加横梁
图11  总变形分析云图
下面对加了横梁以后的模型再进行有限元分析，看其是否能符合要求。新添材料和施加约束、力同之前的步骤都相同，分析云图如11。添加横梁以后，红区域消失，前底盘强度足够，更加安全。由此可见，此方案可行。
7 飞机跳有限元分析
飞机跳与地面呈11°，所以受力要折算成3/4车重垂直在板上的力，大小为10774N ，从分析结果来看，强度足够，符合要求，不会出现危险的变形。
施加受力和约束：
图12  受力和约束
飞机跳分析云图：
图13  总变形分析云
8 总结
中置轴轿运车的设计推广，能有效解决我国现有物流行业的混乱局势，极大程度的减少交通事故的发生，保证物流行业畅通运行和商品车安全、及时到达，提高商品车运输效率同时也给国家带来巨大的经济效益。本项目的研究对企业解决一些实际问题有一定的参考意义，有利于企业自身提高竞争能力。本文提到了轻量化的设计，可以减轻车身自重，从而减少油耗，降低了企业的成本，提高了运输效率。在必
要部分增加飞机跳装置，有利于减小车辆的转弯半径，解决车辆超长超宽问题。随着中置轴轿运车的兴起，国内生产厂商的竞争会越来越激烈，这势必会促使他们研究开发更加先进的产品，在激烈的竞争中站稳脚跟。
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