竖式集运车减重研究

徐勇

摘 要：文章针对竖式集运车自身重量偏重问题，着重分析了该车重载工况下主要构件的受力状态和载荷性质，拟出了一系列减重对策，在后续减重样车设计实践中起到了很好的指导作用。

关键词：受力；举升；减重

中图分类号：U489 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）07-0183-02

Abstract： In this paper， in view of the problem of the weight bias of the vertical container truck， the stress state and load properties of the main components under the heavy load condition of the vehicle are analyzed， and a series of weight loss countermeasures are proposed. It has played a good guiding role in the design practice of the follow-up weight-reducing prototype.

Keywords： force； lifting； weight loss

1 典型工况下机构的受力分析

竖式集运车翻转垃圾集装箱过程（图1）：

（1）集装箱处于水平状态（运输状态），由主油缸和辅举缸共同作用将集装箱向上翻转；（2）翻转达到一定角度后，辅举缸脱离接触，由主油缸单独完成剩余角度的翻转；（3）集装箱开始脱离地面；（4）集装箱处于竖立状态。

1.1 重箱从水平位置开始向上翻转工况

在此工况下，移动架前端A-A截面（翻转架最前端处）受到来自集装箱角件传来的弯矩作用，此时辅举缸处于最大负荷状态。

从上面的受力分析可以引出：

减重对策1：尽量在移动架前端与A-A截面之间寻求对集装箱的支撑。以此减小移动架A-A 截面上的弯矩，从而减小移动架和翻转架的截面尺寸，达到减重的目的。

减重对策2：调整主举升油缸的下铰点位置，使主油缸对于翻转架的主动力臂加大。此举将有利于主油缸协同辅举缸推动集装箱向上翻转，在保持主油缸尺寸不变的前提下使辅举缸规格减小，达到减重的效果。

1.2 辅举缸即将脱离状态下重箱举升（下降）工况

在该工况下，主举升油缸单独承担重载集装箱的举升动力（或提供下落时的承托阻力）。由于主油缸行程长、缸径大，其自身重量对整车重量影响很大。由此引出：

减重对策3：尽量增大辅举缸的行程，协助主油缸渡过最大受力区间。

必须指出，这一对策无疑会加重辅举缸的重量，还会受到最小离地间隙的限制。但从定量化计算和比较来看，增加辅举缸行程对减重的贡献率更大。必要时可以考虑采用多级缸来解决由此带来的最小离地间隙问题。

减重对策4：提高液压系统的压力。此举有利于在得到同样出力的情况下减小车辆上诸多油缸的缸径规格，有助于减轻重量。

1.3 重箱从竖立状态开始向水平状态翻转

在此工况下，主油缸回拉力距克服集装箱重力距实现集装箱翻转。减小阻力臂（尺寸D）将减小主油缸的工作负荷。考虑到集装箱外形尺寸和翻转架高度尺寸难以改变。因而引出：

减重对策5：调整支撑滚轮位置，使其尽量靠近集装箱一侧，这对于减小阻力臂从而减轻主油缸负荷有一定作用，有利于减小主油缸的缸径规格。

1.4 重载集装箱从竖立状态翻转至水平状态过程中集装箱即将离地工况

对本工况的讨论主要是明确车辆上装中副大梁的受力情况。

从上面的受力分解图可以看出，在集装箱即将离地时，副大梁铰点处承受集装箱和上部构件的全部重量，并将该力传递到了底盘大梁，在底盘大梁上形成弯矩。由于通用自卸卡车底盘大梁没有能力承受竖式集运车这一特殊工况下如此大的弯矩，其中一部分需要副大梁来分担，因此在原设计时副大梁的截面尺寸较大由此引出：

减重对策6：合理设计副大梁与底盘大量的连接关系，以最轻的副大梁结构重量获得所需的联合抗弯截面模量。

进一步的研究可以看出，如果利用底盘大梁两侧的旁板将副大梁和底盘大梁焊接为一个整体，限制副大梁与底盘大梁接触面之间的错位，很小的副大梁截面就能换取联合抗彎能力的成倍提高，对减重的意义很大。

在上述1和4的分析中都涉及到如何用最轻的重量使结构获得最大的抗弯能力问题，由此可以得出：

减重对策7：对于主要受力构件，采用高强度钢材，可以使很多构件的重量大幅减轻。在选材时，应同时关注材料的可成形性和可焊性。另外，也有一些构件的结构是受到截面刚度的制约，一味提高材料的强度并不能使结构重量减轻，反而使材料成本不必要增加，因此选材时应有具有针对性。

2 结束语

本文提出的7个方面的减重对策，涉及到车辆总体设计调整、高强度材料应用、构件截面优化等多方面的内容。按照这种减重思路，2017年本公司对原竖式集运车重新进行了轻量化设计和样机验证，将车辆的整备质量从原先的14.7吨降低到13.2吨，取得了很好的减重效果。

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