模块化挂车平台的设计

吴秋菊 金龙

WU Qiu-ju et al

辽宁陆平机器股份有限公司 辽宁铁岭 112001

1 概述

模块化挂车平台是借鉴国外挂车平台的设计经验，以单轴挂车底盘为载体，为需要采用车上作业方式的专用设备提供通用的承载平台，实现了结构优化及专业化运输、异地组装的灵活装配方式，极大地提高了挂车平台的标准化、通用化和组合化水平。

挂车底盘牵引装置采用双端面齿盘夹紧，通过高度调节助力装置，能方便调整牵引环高低位置并保持牵引环水平，适应不同牵引高度的牵引车。采用24 V电气系统并配备自适应直流电压转换器，满足各种制式牵引车电气系统的匹配需求。挂车平台撤收状态如图2所示。整车撤收状态去掉帐篷右视图如图3所示。

2 总体技术方案构成

模块化挂车平台主要由3.5吨级单轴挂车底盘、承载平台、四角举升升降机构系统、下翻板及其支撑装置、顶板及周边上翻板、顶板上方固定的帐篷及车内供配电系统等构成。

驻车时，四周的翻板扩展与承载平台铰接相连，形成一个较大的操作使用平台，其外部四角设置支撑机构，驻车扩展状态如图1所示。

2.1 模块化挂车平台主要性能参数

模块化挂车平台运输状态的外形尺寸，符合GB 1589、GB 146.1及GB 146.2的相关要求。其他主要性能参数如表1所示。

表1 模块化挂车平台主要性能参数

2.2 主要结构

2.2.1 四角举升升降机构系统

在承载平台内部装有驱动、传动机构，通过车厢四角立柱伺服系统，控制车厢顶板举升或下升。

2.2.2 车厢四周可扩展

在承载平台的四周设置扩展下翻板，车厢顶板的四周设置扩展上翻板，扩展时承载平台的下翻板向下翻转，构成人员通道，扩展顶板的四周上翻板向上翻转，中间形成一个较大的扩展空间，而扩展顶板上固定的帐篷，可依靠扩展车厢快速搭建帐篷式工作间，为专用上装设备提供一个较大的安装空间及较舒适的工作环境。

2.2.3 承载平台支撑机构及扩展下翻板支撑装置

在承载平台四角设置四个支撑机构，用于驻车展开时承载平台的调平及整车长期停放时为轮胎减压，可适应整车总质量4 t、展开地坡度3°（含）以内的支撑和调平能力。承载平台支撑机构支撑和收起状态如图4所示。在扩展下翻板周围设置支撑装置，用于车厢扩展后支撑及调平下翻板，下翻板支撑装置支撑和收起状态如图5所示。

2.2.4 整车模块化拆装

为便于拆装及运输，将整车划分为挂车底盘、承载平台（含其上的工具箱及支撑结构）、升降机构立柱、扩展顶板（含帐篷篷布）、左右上翻板、前后上翻板、左右下翻板（含支撑装置）、前后下翻板、三角板翻板及帐篷共十个基本模块，其余附件及连接标准件均可放入承载平台的工具箱内。真正实现了模块化拆分、分体运输、异地快速组装及专业化、规模化生产。整车模块化设计分解示意图（不含底盘及帐篷）如图6所示。

模块化拼装或拆卸的连接指导思想是能够保证每次安装或拆卸均方便可靠，以相同模块的定位结构及连接尺寸具有可互换和可拆卸结构为前提，以承载平台为基础进行拼装或拆卸。承载平台左右两侧边梁与挂车底盘采用螺栓直接连接，如图7所示，其前端与底盘牵引梁采用U型件连接，如图8所示。承载平台与下翻板、下翻板与三角板，以及顶板与上翻板之间，采用相同的铰链连接，如图9所示。承载平台与升降机构立柱、升降机构立柱及顶板，采用止口定位后再用螺栓连接，如图10所示。

采用传统整车运载的运输方式，13.5 m普通半挂车每次最多可装运2台挂车，17.5 m半挂车每次最多也只能装运3台挂车。采用模块化运输后，普通13.5 m半挂车可同时运输12台挂车平台，17.5 m挂车可同时运输16台挂车平台，两台运输车辆同时运输时，还可以进行混合装车，更有效地利用了车辆的装车空间，可同时运输36台车，极大地提高了运输效率，降低了运输成本。图11为各模块包装运输状态之一。

2.3 关键技术解决措施

2.3.1 承载平台质量的轻量化

轻量化不但能有效地降低制造业的生产成本、提高市场竞争力，而且还影响专用上装设备的选用和挂车的运输效率，因此，降低载车平台的自身质量具有十分重要的意义。采取分别对相关模块进行有限元分析与计算、仿真和优化设计等方法降低其自重。

2.3.1.1 承载平台

按整车满载总质量3 500 kg计算，对承载平台三种工况条件下的应力和应变进行强度校核，并建立优化设计的数学模型，进而进行了形状和尺寸组合的优化设计，使其在保证刚强度的前提条件下，对薄弱点适当进行了加强，对富余区域进行了减重处理，使承载平台的自重在原始设计方案的基础上降低了7%。三种工况条件分别是在三级等级公路上行驶状态下的受力工况、在坡度为20%的侧坡路面上行驶状态下的受力工况，以及驻车展开支撑调平状态下的受力工况。

2.3.1.2 扩展下翻板

按扩展下翻板每个单板上施加5人的重力（每人按80 kg）共400 kg计算，对其在扩展支撑状态工况下进行了受力分析与计算。使其自重在原始设计方案基础上，降低近了15%。

2.3.1.3 扩展顶板及扩展上翻板

按整车扩展后能承受8级风载及200 mm厚雪的压力载荷，对其在扩展工作状态工况下进行了受力分析与计算。使其自重在原始设计方案基础上，降低近了12%。

上述优化方法不含对优化后的结构进行高强度钢板材料的等效替代设计，如果在不改变优化后结构形状和布局的前提下，只对钢板的厚度重新进行设计，在满足刚强度的前提下，重新设计的各模块质量，相比之前优化后的各个模块质量减少的效果将更加明显。

2.3.2 载车平台的适应性

模块化挂车平台的关键技术之一就是车厢的扩展技术，采取了四周及上下扩展的方式，四周每边的扩展宽度达到750 mm，扩展板扩展后采用稳定的支撑装置，与承载平台形成同一平面，增加操作面积9.5 m2。通过升降机构系统，可使车厢顶板及其上翻板升降，扩展后车厢内部高度达到2000 mm，帐篷安装后，可将室内与室外隔断，形成独立的操作空间。

为提高车载平台适应多种专用上装设备的装车需求，采取对承载平台进行标准化的预埋承载垫板或承载梁，使每种设备可以直接或间接过渡安装在承载平台上。以洗涤挂车与淋浴挂车为例，在保证模块化接口与外形尺寸一致的情况下，根据上装设备不同，对预埋承载垫板或承载梁进行适当调整，即可保证洗涤设备及淋浴设备的安装。承载平台可适应金属扭杆悬挂、橡胶扭杆悬挂及钢板弹簧悬挂三种底盘的技术接口及刹车的制动冲击。

2.3.3 供配电系统

模块化挂车平台的电气系统由两部分组成：一是供挂车底盘正常行驶需要的行车用24 V电气系统，二是供挂车平台及上装专用设备使用的220 V电气系统。

2.3.3.1 行车电气系统

行车电气系统为24 V单线制，负极搭铁。由电连接器、牵引车连接线束、DC-DC电源转换器、线束、后组合灯具等组成。设置制动、转向、示宽、小灯等信号灯[1]。采用DC-DC/12→24电源转换器，将牵引车的12V或24 V电源整流为24 V输出，使该挂车能够适应不同电压系统的牵引车需要。

设置四根连接电缆，分别为牵引车EQ24V和EQ12V以及牵引车 CA24V和CA12V连接电缆，分别适应东风、解放、斯太尔、陕汽等牵引车。电器连接座安装在挂车上，牵引行驶时，挂车和牵引车的电连接座相连，实现信号的传输。挂车承载平台前端，设置12N电器连接座和24 N电器连接座各一个，用于牵引车与挂车分离时，连接电缆的电器插头存放固定。行车电气系统线束如图12所示。

2.3.3.2 用电系统

挂车平台及上装专用设备用电系统由供电系统、配电系统及用电系统三部分组成。主要考虑挂车平台的供电、配电及用电问题，上装上的设备的供电、配电及用电预留安装位置。

驻车供电电源采用单相三线制交流电源220 V/50 Hz，或三相四线制交流电源380 V/50 Hz两种供电方式。可直接用市电电源供电或随车携行5 kW发电机组供电两种供电方式。外接电源输入板安装在配电箱内，易于操作、防水性能及安全性好。

配电箱安装在承载平台下方左前端，便于操作和维修，具有电源电压供给转换功能、电源监测、显示、漏电保护、短路及过载保护功能等。

在车厢顶板内上部，其骨架内设置照明灯，照明等安装后与顶板厚度平齐，在模块化运输及拆装过程中不易损坏，同时还应考虑照度、光线的柔和度、防水密封性及使用寿命等。

2.3.4 可靠性与维修性

针对自制件的相关模块及附件，在各类极限工况条件下，对其结构进行了全面的受力分析，达到了结构形状和尺寸合理、优化的目的。对于标准件按其受力工况及耐环境性能要求，选择相关材料、等级及涂覆等，外购标准件均为市场上常规采购件。

挂车平台各个模块之间的组合或连接，均采用可方便拆卸的螺纹连接结构，各模块之间的连接强度，按载车平台总质量3 500 kg，将整车吊离地面300 mm，维持30 min，整车的起吊装置、各零部件无永久变形、裂纹或损坏等，该种工况下满足要求[2]。同时，车辆检测、维修和拆装时均不需使用专用工具，各连接处都留有足够的操作空间，较好地满足了易操作及维修时间短的要求。

2.3.5 安全性

重点对人员操作及活动空间的安全性进行设计，并采取了相关措施。

a. 为防止人员跌落，车厢展开工作后，在下翻板外侧边缘四周设计有护栏及安全带。

b. 为防止人员活动滑倒，在下翻板通道表面及上车梯踏板表面均设计有防滑铝花纹板。

c. 顶板举升到位后，采用锁销定位，可有效防止顶棚的下滑。

e. 帐篷材料具有阻燃自熄性能，并随车配备干粉灭火器[3]。

f. 挂车平台供配电系统，具有漏电、短路、过载保护及盲插等功能。

3 应用范围和功能

模块化挂车平台可根据不同的上装设备改装成具有不同功能的挂车，如淋浴挂车、洗涤挂车、净水挂车、制氧挂车、消毒灭菌挂车、炊事挂车、电站挂车、移动厕所等。其主要功能是为专用上装设备提供承载平台，可适应户外恶劣环境及地形等条件下使用。

4 结语

挂车一直是以特殊功能需求进行设计和生产，相同需求的产品其品种及规格相对较多。模块化挂车平台提出了通用化、模块化、组合化、异地运输及组装等设计方法，对整车的轻量化、可靠性、维修性、安全性及人机功效性等进行了细致的设计与分析，使产品性能达到了轻量、安全、可靠、使用及操作方便等。同时，对异地运输及模块化拆装方式进行了全面策划与设计，使其实现了运输效率高、组装方便和快捷。模块化挂车平台的设计，不但降低了综合能耗，而且为未来挂车的研制与生产提供了借鉴和参考。

[1] GB 4758-2007.汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定[S].

[2] GJB 1454-1992.军用挂车通用规范[S].

[3] GB 8410.汽车内饰材料的燃烧特性[S].