半挂飞机加油车鞍座的设计

王 宇

航天晨光特种车辆分公司，江苏 南京 211153

0 引言

随着国内民航市场对大容量飞机加油车的兴趣日益浓厚，航天晨光特种车辆分公司研制该类车型的计划也提上日程。目前大容量飞机加油车车型有两种，一种是全挂，一种是半挂。全挂车型是航天晨光特种车辆分公司成熟产品，也是近几年来民航订货的主力车型，但由于机动性能较差，使用操作较为繁琐等缺点，在国外已渐渐被半挂飞机加油车所代替，半挂车的机动性能比全挂好，使用操作与普通加油车完全一致，油罐也可以满足用户对于大容量的要求。

标准的公路牵引车的鞍座是一个可以摆动的马蹄形的耐磨钢板，半挂加油车需要牵引鞍座和标准的公路牵引车鞍座不一样，中间为中空结构，便于管道通过，从而管道不外露，避免了管道磨损保证了运输安全，其结构相当于公路牵引车鞍座和全挂车单自由度转盘的结合，结构复杂，是半挂型飞机加油车的关键结构。但是由于仅用于半挂加油车，用途相对单一，一般的牵引座及牵引转盘厂家都没有这样的产品，目前的飞机加油车厂家鞍座都是自制，为此航天晨光特种车辆分公司自行研制了该鞍座。

1 鞍座结构特点

航天晨光特种车辆分公司选择了市场上具有代表性的几种鞍座结构作为研究对象，分析其各自的优缺点，为研制半挂飞机加油车鞍座做准备。

1.1 JOST公路半挂车鞍座

此种结构的鞍座在国内半挂车包括半挂型液体运输车（例如半挂油罐车）及半挂型粉料运输车应用比较广泛。目前的半挂型牵引鞍座其鞍座体为实心的铸钢件，在半挂车中起到将主车与挂车联接在一起的作用。当对半挂油罐车运输的油料做复杂处理时，例如利用泵进行加注、抽吸、过滤、流量控制作业等，需要将油料输送到牵引车上，此时鞍座则需要满足 “中空”的要求，因此这款实心铸造鞍座不能运用在半挂飞机加油车上。

1.2 马来西亚KING’S半挂加油车鞍座

此种结构通过一个鞍座与一个转盘相结合的机械结构，满足了前后摆动自由度和旋转自由度的使用要求，但是现有的牵引鞍座无法直接实现油料的输送，只能通过外接软管的方式实现，这种方式管道外露，影响整体美观且操作繁琐，且存在安全隐患。该结构没有橡胶补偿节，弯头直接与罐体作刚性连接，采用软管补偿采用软管补偿前后摆动变形。由于软管直径受限，且与金属管道相比内壁粗糙，同时胶管接头内径收缩节流，导致流动阻力大，故大流量加油性能不好，其软管长期暴露在外，寿命较短，用户在使用一段时间之后需要更换此胶管，增加用户的使用维护成本。

另外还有美国BOSSERMAN半挂加油车鞍座，此种结构与KING’S的鞍座类似，结构特点也基本一致；德国KUNZ半挂加油车鞍座，此种结构同样是鞍座与转盘的结合，既可以满足使用要求，而且外型美观，管道不外露，弯头与罐体的连接为橡胶补偿节柔性连接，且补偿节的内径与金属管道内径一致，不存在节流现象，该整体机械结构在设计和研制中可以借鉴，但其尺寸不适用于中国市场。

因此需要设计一款新型适用的鞍座，其目的在于：针对现有技术存在的缺点，提出一种结构简单、使用安全方便的半挂车转盘鞍座。为了达到以上目的，设计本实用新型的半挂车转盘鞍座，包括转盘和安装在转盘上的支架、支架与支撑座连接，其改进之处在于，所述鞍座的中间位置需设有一个中空结构。

2 鞍座的载荷计算

图1 半挂载荷示意图

图1为半挂加油车纵向载荷示意图，鞍座的纵向载荷受力点在如图1所示的B点处，为了产品开发的标准化的要求，我们选择了有意向开发半挂加油车最大容量50000L为例计算，对3种车辆状态下鞍座的受力情况进行了分析，车辆静止时B点的纵向载荷为17.9t，所以鞍座的纵向载荷能力必须大于17.9t；当挂车刹车滞后时，既挂车推着主车在前进，此时鞍座受向前的一个冲击力；当挂车刹车提前时，既主车拖着挂车前进，此时鞍座受向后的一个拉力，在鞍座受力分析时应充分考虑到以上3种受力情况，容量小于50000L的半挂加油车均可以采用该鞍座[1]。

3 鞍座前后自由度结构设计

鞍座的前后摆动自由度的结构设计可以参考JOST公司的JSK 35 DV型号产品（以下简称“JOST鞍座”）和KUNZ半挂加油车鞍座（以下简称“KUNZ鞍座”），该两种鞍座的支座剖视图如下：

JOST鞍座（图2）的前后自由度通过序号⑤销轴与序号③支座的旋转来实现，序号②支撑弧板是一个中空结构的弧板，弧板内附润滑脂，起抗磨与降噪的作用。KING’S和BOSSERMAN的加油车鞍座支座的结构也与此类似。此种结构简单，被多数半挂加油车厂家采用和认可，而且图中序号③支座④减震橡胶⑤销轴在国内均可以单独采购，既避免了购买整套鞍座拆卸的麻烦，又免除了资金的浪费，符合节约成本的要求。KUNZ鞍座（图3）的前后自由度序号②上减震垫与③下减震垫的压缩来实现，不存在金属件与金属件的摩擦，无需润滑脂抗磨与降噪。但是图中②上减震垫③下减震垫④支座在国内仅能采购到大一级别型号的零件，因为体积较大，不仅在高度上不能满足使用要求，而且还影响中空的尺寸，导致管道无法安装。

图2 JOST鞍座支座结构

图3 KUNZ鞍座支座结构

综上所述，航天晨光特种车辆分公司研制的半挂飞机加油车的鞍座前后自由度的结构结合其上两种鞍座的优点，设计结构如下：

图4 鞍座支座设计结构

该结构很好的继承了JOST鞍座和KUNZ的成熟结构，鞍座的外形图如下：

图5 鞍座外形图

通过应力分析图（图6）得出图4中序号①钢板是满足使用要求的[2]。

图6 鞍座钢板应力分析图

4 鞍座的旋转自由度设计

从KING’S、BOSSERMAN和KUNZ半挂加油车鞍座的结构可以看出，他们解决旋转自由度的方法均采用在鞍座上集成一个转盘实现，航天晨光特种车辆分公司研制的鞍座也可以借鉴这种成熟结构。因此，在原先设计基础上增加转盘结构，以实现旋转自由度，其设计外形图如下：

图7 鞍座整体外形图

5 结论

本实用新型的鞍座有益效果在于：本实用新型的半挂车转盘鞍座中部为中空结构，可以通过固定柔性接头使管道通过，从而实现牵引车和半挂槽罐之间液体或粉料的运输，同时管道不外露，避免了管道磨损保证安全运输；转盘鞍座中还可以穿过多股线缆，以应用于信号、电力的输送，总之本实用新型鞍座结构简单，使用方便，适合机械化生产。

转盘全部采用国产元器件及自制结构，具有成本低、采购周期短等优点。利于降低公司半挂飞机加油车的制造成本和订货周期。

该鞍座在2010年获得了“中华人民共和国国家知识产权局”颁布的“半挂车牵引鞍座”专利。

在航天晨光特种车辆分公司已经开发的25000L，35000L和40000L容量系列半挂飞机加油车上此种鞍座得以应用，使用效果良好，获得直接销售额800余万。随着国际和国内市场对于半挂飞机加油车的需求量不断增加，该产品可广泛地应用到各种半挂飞机加油车上。国外也有厂家咨询希望购买该产品，所以鞍座还可作为单独的产品进行销售，为公司创造更大的效益。

[1]张海岑.汽车列车操纵稳定性和制动性模拟计算研究[D].北京：清华大学，1992.

[2]王国林，陆永华，等.半挂汽车列车模型的建立与试验[J].农业机械学报，2005，36(11)：17-20.