高原运输车多用途货箱改进设计

孙鹏，祁磊，董鹏

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

高原运输车多用途货箱改进设计

孙鹏，祁磊，董鹏

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

高原运输车多用途货箱以普通军车通用货箱为基础，增加集装箱旋锁，同时满足了散装物资与标准集装箱运输功能。在试验过程中，由于结构设计原因，货箱在可靠性试验过程中出现加强板开裂问题。通过对货箱底板进行受力数据采集和模拟分析，找出问题原因并进行改进设计、验证，达到满足各项性能指标和使用要求。

运输车；多功能货箱；强度

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-53-03

前言

高原运输车主要承担高原部队武器装备、营房建材及后勤保障物资等运输保障任务，随着武器装备的发展以及运输任务的多样化增长，在物资运输过程中，集装箱越来越多的被使用，而普通军用运输车货箱均不配备锁具，无法进行集装箱搭载；平板挂车没有设置侧边板和后边板，给散装物资的运输带来了困难。经过对部队的调研走访，官兵普遍反映现役车辆运输功能单一，应设计开发运输车多用途货箱，以标准军车货箱为基础，既保留现有功能，又增加集装箱载运能力。

1、多用途货箱原有结构

为同时满足部队散装物资与标准化集装箱运输功能，提高车辆的利用率，结合部队的使用情况，高原运输车采用8 ×4载货汽车底盘，整车长度为11m，最大设计总质量38000kg；货箱内部尺寸：长8000mm，宽2326 mm（栏板条内侧），高900 mm，外部尺寸：长≯ 8450mm，宽≯2500mm，装载质量为25000kg。运输车多用途货箱整体结构参考普通军车通用货箱，采用全金属栏板结构，提高了零部件的通用性，由底板总成、边板总成和蓬杆、篷布等组成。

具体设计结构包括：货箱前边板设计驾驶室保护架，避免货物冲击对驾驶室造成破坏；侧边板和后边板可翻转、可拆卸，后边板外部设计翻转式上车梯，方便人员上下货箱，边板之间设计可拆卸立柱；底板总成两侧设置篷布绳挂钩和卷绳器，配备有蓬杆、篷布，满足多种散装物资运输需求；货箱地板上设置标准集装箱固定旋锁，旋锁采用十字轴式，4个旋锁中心距为5853 mm x2259 mm，可以搭载20英尺标准集装箱。货箱整体结构见图1。

图1 多用途货箱整体结构

同时为满足货箱底架具有足够强度，结合集装箱规格要求和货箱结构，在货箱底板结构中设计两根贯通式旋锁横梁，旋锁安装在横梁两端，横梁两侧安装斜撑与货箱纵梁和车架连接，具有足够强度承载集装箱，旋锁横梁结构见图2。

图2 旋锁横梁结构

2、试验问题及原因分析

2.1 试验问题

高原运输车多用途货箱在试制完成后进行底盘搭装，按照高原运输车试验任务书和试验大纲进行性能及可靠性试验，车辆在搭载集装箱进行山路试验的过程中，出现旋锁加强板开裂问题，如图3所示，截止故障出现时，车辆已完成了3000km高环、2000km凹凸不平路和2030km山区公路。

图3 旋锁加强板开裂

2.2 试验问题原因分析

开裂问题出现后，为了掌握试验过程中边梁及旋锁位置的受力情况，对故障点应力应变进行测量，结果显示，在旋锁横梁与边梁连接处，存在峰值应力达到材料屈服强度现象。同时通过建立有限元模型，模拟制动、转弯、垂向冲击和扭转四种工况进行强度分析，分析结果如下：

制动工况（安全因子1.138） 转弯工况（安全因子0.832）

垂向冲击工况（安全因子1.19）扭转工况（安全因子1.190）

图4

通过模拟分析得出：货箱在五种典型工况下，原结构安全因子均小于材料的安全因子评价标准，不满足设计要求；转弯工况是造成货箱损坏的风险最大工况。

经过现场查看和分析，造成旋锁加强板开裂的原因为货箱边梁与旋锁横梁连接处焊缝开裂，加强板受扭力过大而造成撕裂。因结构限制，该货箱左右边梁在旋锁横梁处打断，与旋锁横梁采用焊接方式连接，外侧设计加强板。当车辆搭载集装箱在山路行驶时，旋锁横梁起主要承载作用，货箱边梁及加强板随横梁扭动，承受较大的扭转力矩。同时经过对左右边梁与旋锁横梁连接处的焊缝检查，发现左右边梁与旋锁横梁之间存在间隙，焊接时焊缝堆积过高，同时存在焊接缺陷的可能，使此处成为薄弱点，因此导致开裂。

3、改进设计及验证

3.1 改进设计方案

结合对试验数据的研究和CAE模拟分析，造成高原运输车货箱在试验过程中开裂的主要原因为结构设计缺陷，从而导致货箱强度不足。为了满足使用要求，在结构形式和强度设计两方面对货箱进行改进，主要包括以下内容：

（1）原有结构中，货箱边梁在旋锁横梁位置断开，两者采用对焊方式连接，焊缝位置应力集中，容易损坏；改进结构中，边梁改为整体贯通式，改变其与旋锁横梁的连接方式，从而提高边梁的整体刚度。改进结构见图5。

图5 货箱边梁改进结构

（2）原有结构中，货箱纵梁之间没有连接，扭转刚度小，改进结构中将原有的槽型梁改为矩形梁，同时增加圆管梁，提高货箱底板总成的扭转刚度。

（3）对旋锁横梁的材料及结构进行更改，宽度加宽，提高横梁强度。

（4）改进设计旋锁装置，通过安装螺旋弹簧来实现集装箱的预紧，起到衰减冲击力的作用。车辆行驶过程中，当集装箱上跳时，通过螺杆带动转动盘，推动衬套压缩弹簧，使作用力得到衰减和吸收。采用螺栓与货箱底架连接，拆装方便，有利于实现货箱运输功能集成。

3.2 改进对比分析

为了确认货箱改进方案可行性，对改进结构和原有结构进行强度对比分析：

3.2.1 有限元模型

有限元分析前处理工具HyperMesh，求解器Radioss (Bulk Data)，后处理工具HyperView。

图6

纵梁、支架、货箱板：壳单元 ，连接单元：RBE2、RBE3及Beam，单元平均尺寸：5～10mm；节点数：3714162；单元数：11528930。

3.2.2 材料属性

3.2.3 分析工况

① 制动：ax= -0.5g （考虑垂向重力场az=-1g）；

② 转弯：ay= 0.15g （考虑垂向重力场az=-1g）；

③ 垂向冲击：az= -0.15g （考虑垂向重力场az=-1g）；

④ 扭转：右前抬高50mm，左后下落50mm；

载荷：集装箱质量22t。

3.2.4 分析内容及结果

① 制动工况

原结构底架安全因子：1.138 新结构底架安全因子：2.001

② 转弯工况

原结构底架安全因子：0.832 新结构底架安全因子：1.834

③ 垂向冲击工况

原结构底架安全因子：1.190 新结构底架安全因子：1.861

④ 扭转工况

原结构底架安全因子：1.190 新结构底架安全因子：1.842

图7

经过分析，货箱在四种典型工况下，原结构安全因子均小于材料的安全因子评价标准，不满足设计要求；新结构的安全因子均大于材料的评价标准，满足设计要求。

3.3 改进方案验证

改进状态的多功能货箱在完成分析计算后，进行了一辆份试制搭装，并且完成了1500km综合路试验，未出现问题。

4、结论

进过改进设计的多用途货箱设计以普通军车通用货箱为基础，既保留了现有货箱的散装货物运输功能，又增加了集装箱载运能力；整体满足QC/T29058-1992《载货汽车、车厢技术条件》要求，总成的性能及参数符合国家和汽车行业的相关规定。经过计算分析、试验验证及设计改进，达到满足各项性能指标和使用要求，可大力推广。

[1] 全国集装箱标准化技术委员会.GB/T 1413-2008 系列1集装箱分类、尺寸和额定质量[S].北京：中国标准出版社,2008.

[2] 田润良.军用集装箱运输[M].北京:解放军出版社,2012.

[3] 陈家瑞.汽车构造下册.北京:机械工业出版社.

[4] 军事交通学院.军事运输技术学[M].北京:解放军出版社,2006.

Plateau transporter multi-purpose crate design improvements

Sun peng, Qi Lei, Dong Peng
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

Plateau transporter multipurpose case on the basis of conventional military general containers, increase the container spin lock, at the same time satisfy the function of bulk materials and standard container transportation. In the process of test, due to structural design,crate reinforcing plate crack problems in the process of the reliability test. Based on case base plate stress data acquisition and simulation analysis, identify the reasons of the problems and to improve the design and verification,to meet the requirements of various performance indicators and use.

Carrier vehicle; Multi-function crate; Strength

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-53-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.019

孙鹏，就职于陕西汽车集团汽车工程研究院。