一种货架平台升降式半挂车的设计原理

孙临瑞 白光建 张全富

SUN LIN-RUI et al

中航（上海）汽车技术有限公司 上海 200092

一种货架平台升降式半挂车的设计原理

孙临瑞 白光建 张全富

SUN LIN-RUI et al

中航（上海）汽车技术有限公司 上海 200092

介绍了一款用于超高货物运输半挂车的设计实例，提出了带有货架平台可进行升降且具有空气悬挂的车架结构，可适应于不同离地间隙的半挂车方案。通过操控遥控开关，实现半挂车前后升降油缸的伸缩，使得半挂车货架平台进行升降。该方案特别适用于在高速公路上运输较高货物的半挂车使用。由于货物较高，在高度上限有要求时可通过降低货架平台保证其通过，而在通过高速公路收费口或地面不平度大的情况下，可以升高货架平台行走，从而提高运输效率。

货架平台升降式半挂车 超高货物 高速公路 空气悬挂

1 前言

随着运输货物的大型化，以及货物对运输车辆平顺性的严格要求，一种带有空气悬挂且车架可升降的半挂车应运而生。然而空气悬挂的气囊对负载敏感性很强，对于货架平台可升降的车架结构，由于后车架与后鹅颈结构铰接连接，所以加在后车架上的载荷如果在前后方向出现较小的偏差，前后轴上的空气气囊就会出现高度差，导致后车架不平衡。

本方案采用双高度阀设计，每个桥轴上使用独立的高度阀控制空悬气囊，即使各桥轴上的承载不一致，后车架也可以保持水平状态，以保证半挂车在平整的路面上可以正常行驶。在后鹅颈与后车架之间增加了辅助油缸，使其后鹅颈与后车架固定为一体，以防止半挂车在急刹或大坡度情况下产生的不稳定情况。

2 半挂车工作原理介绍

本方案的主要目的是针对航空航天大部件或抗振性较弱的大型精密仪器的运输提出的一种用于半挂车上的解决方案。现有的半挂车可以进行货架平台升降，但不能进行高速行驶，而且减振性能较差，不能满足运输航空航天大部件运输的减振要求；也有能够行驶在高速公路上且减振性能较好的半挂车，但又不

能实现货架平台升降的功能。

2.1 技术方案

为实现上述目的，采用的技术方案为：货架平台前后分别带有相同尺寸的铰接孔，与前后鹅颈连接，同时使用相同的支撑油缸对鹅颈支撑固定（如图1）；前鹅颈牵引销处带有减振装置，后车架的车轴上带有空气弹簧悬挂（如图2）；后车架与后鹅颈之间连接一根辅助油缸，用以保持两者之间的相对位置（如图3）；空气悬挂气路里使用两个高度阀，以便分别控制前后轴的高度；使用独立的液压动力单元对油缸等液压系统提供动力；使用电控方式对货架平台升降进行操控，遥控装置如图4。

2.2 货架平台升降功能的实现

货架平台升降功能的实现步骤：汽车列车行驶前方如需提升或下降货架平台才能通过时，需先停好汽车列车并将牵引车刹住，通过扳动半挂车刹车气路的双释放阀将半挂车的刹车松开；启动液压动力单元；使用手持式遥控器操作，使得货架平台进行升降；货架平台达到指定高度后开动牵引车行驶；通过此处特殊路段后将货架平台恢复正常行驶高度后继续行驶。图5和图6分别为货架平台上升和下降的状态。

3 半挂车车架主要结构设计

3.1 后部结构

液压工作站半挂车的后部结构主要由货架平台联接座、后鹅颈、后车架（包含带有空气气囊减振的桥轴）及后鹅颈与后车架的连接件组成，并在后车架每个桥轴的空气气囊上安装了高度阀。后鹅颈与后车架和货架平台联接座通过铰接方式联接。铰点一为货架平台联接座与后鹅颈连接点，铰点四为后鹅颈与后车架连接点，铰点二和铰点三之间可通过支撑油缸等可伸缩部件分别与货架平台联接座及后鹅颈之间联接，如图7所示

3.2 气路布置

货架平台、后鹅颈及负载的重力通过铰点四传递到后车架上，铰点四位于后车架前后桥轴的中间，理论上前后桥轴受的力

一致，但由于后车架上放置其他部件或制造误差会使得前后桥轴的受力出现细微的差别。在前后桥轴上用两个高度阀分别对前后的空气气囊进行控制，使得前后气囊的高度相同，而气囊的压力不同。由于气囊升降气路原理及管路图较为简单，在此不做赘述。而此设计关键在于原气路图中使用两个高度阀，其高度阀布置的位置如图9所示。

正常较平稳速度行驶或半挂车静止时，以上方案可以保证后车架的稳定性。而当半挂车紧急制动时，后车架前后高度会出现瞬间较大高度差，造成后车架不稳定。但由于货架平台提升或下降时，后鹅颈和后车架之间会有相对运动，如图5、6所示。

为了既能满足后车架在行驶过程中的稳定要求，又能使得货架平台做升降运动时不与后车架及后鹅颈干涉，在后鹅颈与后车架之间需安装辅助油缸。

3.3 液压系统

液压系统主要由液压泵（与发动机等组成液压工作站）、液压油箱、单向阀、比例阀、换向阀、同步马达、平衡阀、支撑油缸、辅助油缸等组成。液压工作站、液压油箱及液压阀布置在后车架上，两根支撑油缸连接在后鹅颈和货架平台联接座之间，同步马达布置在两根支撑油缸之间（如使用一根油缸则不需要同步马达），两根辅助油缸连接在后车架和后鹅颈之间，平衡阀分别放于油缸上。

货架平台升降系统液压原理图如图10所示。系统需要进行货架平台提升动作前，首先辅助油缸的换向阀得电，使得辅助油缸的油路导通，大流量换向阀得电，使得比例阀以上的油路形成通路，比例阀得电，支撑油缸形成闭合通路，工作压力油从齿轮泵、比例阀、换向阀、同步马达进入支撑油缸的无杆腔，液压油缸活塞杆伸出，油杆腔流量从换向阀、比例阀回油箱，从而实现货架平台提升动作。在此动作过程中，齿轮泵提供的油量要大于系统所需流量，由于比例阀具有负载反馈技术，使得多余的流量通过比例阀在与系统负载相匹配的压力下通过定差溢流压力补偿器流回油箱，防止多余液压油在系统调定额定压力下卸荷而导致液压油温度急剧升高，引起系统不稳定而造成密封件的破坏，同时也进一步提高系统效率；阀前压力补偿技术使得支撑油缸的运动速度与负载无关，支撑油缸速度仅仅与比例阀的开口成正比，从而进一步提高系统在负载变化情况下的动作稳定性；此外，比例阀的主溢流阀对整个系统起到安全保护作用；最后，电液控制换向可以实现换向动作准确及时；同步马达的应用确保动作严格同步；双向平衡阀的使用确保系统安全，提高系统稳定性。

3.4 仿真与测试

根据车辆硬点、悬挂、轮胎等数据，使用ADAMS软件建立运输车辆整车模型如图11所示。根据《GB/T 4970—2009汽车平顺性试验方法》，进行随机输入行驶工况的分析。仿真路面采用C级路面，如图12所示，仿真时车速保持70 km/h。

将建立的仿真模型按照以上工况进行仿真，测量货物质心位置的加速度，其Z向（竖直方向）加速度结果曲线如图13所示。

实车按仿真条件进行测试（见表1），其测试结果与仿真结果基本相同，使用钢板弹簧的牵引车以70 km/h速度行驶在C级路面上，装载在车辆上的货物其质心点处Z向加速度均方根值为0.3 m/s2，远小于减振前的1.5 m/s2，满足货物运输的减振要求。

4 主要技术特点

应用本结构的半挂车（见图14）主要技术特点表现在：a.半挂车减振性能好，可用于运输易碎物品或减振性能要求高的大型电子物品或航空航天大部件；b.车的行驶速度高，既可行驶于路面较差的三级或四级道路，也可在高速公路上行驶；c.挂车尤其适合运输高度尺寸较大的大型物体，在过涵洞等限高的路段，可降低车架行驶；在过收费站或小斜坡等路段要求车架离地间隙大时，可升高车架通过；d.前后机构可同步进行，货架平台可水平稳速升降，保证货物的安全。

表1 检验整车以70km/h行驶时货物上各测点振动情况

5 结语

目前已在运输航空大部件的半挂车中使用了此结构，满足了客户的运输要求，使用效果良好。随着工业进一步发展，大型集成件的运输会越来越多，从而会要求部件的运输既能保证运输过程的安全可靠，也能迅速到达。使用此结构的半挂车能够解决以往只能实现一方面要求的问题，因此，这种结构或将会在今后的半挂车中得以广泛应用。

Structure Design of A Platform-Raising Trailer Fram

A new design of a trailer to transport extremely high cargos is introduced in this paper.This trailer which has air spring suspension could raise or decline its platform to adjust the gap between the lowest point of the trailer and the ground.In order to achieve this function, a remote control is developed.The trailer that has special designed functions is especially applied to transport extremely high cargos on highway.When it runs across the lower bridge, the platform of the trailer could be declined.Meanwhile,when it comes across toll gate or rough road, the platform of the trailer could be raised, therefore, the transport efficiency of the trailer has been improved significantly.

s raise or decline platform; extremely high cargos; highway transport; air spring suspension

孙临瑞，男，1978年生，工程师，现从事特种专用车设计开发工作。

U469.5+3.02

A

1004-0226(2016)02-0106-04

2015-11-03