厢式运输半挂车的研制与开发

黄燕梅 王广权 陈志刚

摘要：我国公路及物流业的快速发展促使运输车辆向厢式化、轻量化方向发展，经过市场和技术调研，在厢式运输半挂车产品的研制中，首次对车架进行了有限元分析，并在制动系统中加装了ABS，通过检测中心的试验，验证了该产品的技术先进性及使用可靠性。

关键词：厢式运输半挂车  有限元  ABS

1 概述

随着我国公路建设、城市发展建设加快，使汽车运输工具向厢式化发展成为必然趋势。在政策上，国家把发展厢式货车、普通敞篷货车的厢式化列入《道路运输业发展规划纲要》，并制定了一系列优惠政策，厢式运输半挂车将半挂车和厢式车的优势集于一身，有着广阔的市场需求。

2 技术关键与创新点

在我国厢式运输半挂车属于比较成熟的产品，在研制该产品的过程中，研究和创新主要集中在以下方面：

2.1 在轿车、客车领域，防抱制动系统（ABS）得到成功的运用，在提高车辆安全性方面，防抱制动系统发挥了重要作用，项目组成员全面的研究分析了ABS系统的基本原理、控制方法、工作过程等，在一定程度上解决了在厢式半挂车上加装ABS系统的难题。

2.2 对于半挂车来说，车架作为主要的承重部件，原来公司开发的车架最长为13米，用户的营运效益大大提高。本次开发的新产品长达14.6米，车架加长，轴距、承载面积变大，在这种情况下，采取措施确保车架的强度和刚度成为设计的关键。在设计过程中，首次采用有限元分析方式，对车架的结构设计和强度进行应力校核，采用轻质高强钢，一方面保证承载能力，另一方面降低自重。

3 研究内容

3.1 ZTC9409XXY厢式运输半挂车车架的有限元分析

车架有限元分析是计算在固定不变的载荷作用下的结构响应，从静力学、几何学、物理学三方面对结构进行分析。主要按以下几个步骤进行：

3.1.1 车架有限元模型

建立准确反映车架系统的物理特性的数学模型，包括节点、单元、材料特性及其它一些反应车架系统物理结构的特性参数。用三维CAD软件建立车架的实体模型（见图1），再通过接口导入有限元分析软件环境，采用能较好适应不规则形状且能满足一定精度要求的曲棱四面体等参数单元，单元边长50mm，建立车架的有限元模型（见图2）。

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图1  车架实体模型             图2  有限元模型

材料为BS600MC，弹性模量E=3.2×105Mpa，密度ρ=7.8×106kg/mm3。

3.1.2 模拟弯曲工况

约束条件以车架在使用中的状态进行，在车架前端牵引板处实施全位移约束，在车架后部钢板弹簧吊耳处实施Y方向的约束;载荷施加为均布额定承载量，安全系数为1.2，疲劳系数为1.5。

3.1.3 计算结果

通过计算机运算，输出的结果如图3所示：

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图3  弯曲工况应力云图        图4  弯曲工况变形云图

强度特征从应力云图可以看出，车架的最大等效应力出现在车架纵梁前端与牵引销连接点处，[σ]=325Mpa小于材料的许用应力;其次是在后桥最前端板簧支架处，最大等效应力为200Mpa左右，也小于材料的许用应力。刚度特征从变形云图4可以看出，车架的最大位移出现在车架中部边框处，μmax≤6.789mm，小于许可位移，其余部分变形较小。

3.1.4 分析

利用有限元对车架做分析，在弯曲工况下，整体的应力值和位移值都较小，从强度方面考虑，车架的最大应力值远小于许用应力，从刚度方面考虑，车架的整体变形很小。通过对车架结构强度和刚度的有限元分析，在保证车架满足使用要求的前提下，车架材料由原来的Q235变为BS600MC，纵梁上、下翼板和腹板的厚度分别由16、16、8mm降为6、8、6mm，最大限度地降低了材料用量，减轻整车自重达1.5吨左右。

3.2 制动系统设计

半挂汽车列车在行车过程中的安全状况能否满足运行标准，直接影响着道路交通的畅通。与挂车传统制动系统相比，ZTC9409XXY厢式半挂车最显著的特点是装用了科密牌二通道（4S/2K）ABS防抱死制动控制系统。它能够在制动期间监视和控制车轮旋转方向上的滑移程度，防止由于制动力过大而造成车轮抱死（尤其在湿滑及冰雪路面上），从而充分利用地面和轮胎的摩擦力进行制动并保持车辆的横向稳定性（有效防止车辆侧滑甩尾）和可操控性。

和常规车辆相比，该车在制动系统方面具有以下优点：

①在紧急制动时保持了车辆的横向稳定性和可操作性，有效防止侧滑甩尾。

②能够最大限度地利用轮胎附着力，从而保持了最优的制动距离。

③能够避免由于车轮抱死而引起的轮胎磨损。

4 试验结果

样车试制完成后，委托国家工程机械质量监督检验中心进行了可靠性试验和制动性能试验，试验结果表明：样车的制动性能安全项目符合国家标准GB 12676-1999《汽车制动系结构、性能及试验方法》的要求;样车的汽车防抱制动性能的检验结果符合GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动系统性能和试验方法》和GB 12676-

1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》对B类防抱制动系统的性能要求。经过5000km可靠性行驶试验，无一类、二类、三类故障发生。

5 存在问题和改进意见

目前，挂车设计的轻量化仍是大势所趋，在ZTC9409

XXY厢式运输半挂车的设计过程中，项目组运用有限元方法对车架进行分析计算，采用高强度轻型钢降低了车辆的自重，探讨使用更轻型的材料是以后的研发方向，如厢体使用铝合金或玻璃钢材料的可行性。在制动系统中加装ABS防抱装置是一项新技术，用户使用起来也会很陌生，售前应对用户就ABS的使用、保养、故障诊断进行培训。

参考文献：

[1]季瑞，邓楚南，程广伟.空气悬架双轴厢式半挂车设计[J].专用汽车，2003（03）.

[2]宁建华.汽车制动防抱死系统的检测与维修[J].科技传播，2009（11）.

[3]陈贞健.汽车制动防抱死系统（ABS）制动控制过程分析[J].引进与咨询，2004（01）.

作者简介：

黄燕梅（1973-），女，河北张家口人，讲师，硕士，研究方向：数控技术及机电控制。