某微型载货车新造型货箱设计
2018-03-20解学敏王振岩柴强
解学敏，王振岩，柴强
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）
引言
目前国内微卡货箱相对日韩等企业生产的货箱，货箱结构形式单一、外观效果较差、同样内部尺寸状态外廓尺寸较大。随着客户对微型卡车舒适性及外观要求越来越高，良好的外观造型、拥有较大的容量及较强承载能力的同时具备较小的外廓尺寸，将是微卡货箱的设计发展方向。
1 货箱设计基本要求
在设计货箱时，首先根据整车总布置要求确定货箱的尺寸。在确定货箱尺寸时，应考虑货箱结构的变形、材料的合理利用、公路情况、操作的方便性、运输的安全性和装载不同的货物都能装满额定吨位等，并且按照相关国家法规确定货箱的长、宽、高三者之间的关系。
1.1 货箱容积
货箱容积一般可按照下式确定：
上式中：V——货箱容积(立方米)
G——汽车装载质量（吨）
r——货物密度，按最常运送的货物或密度适中的货物(表 1)确定。
表1 常用货物密度
1.2 货箱长度
在确定货箱长度时，应考虑总布置是否合理，即根据汽车前、后轴的载荷分配确定货箱的重心，然后根据中心和后悬的长度确定货箱的总长。另外，考虑到边板的刚度和材料的规格，一般而言，当边板长度大于5m时，应加防胀“链条”，也就是通常我们所说的中立柱，目的就是防止胀箱导致货箱变形。
1.3 货箱宽度
根据目前公路的要求，货箱外宽应符合国家标准，即货箱最外宽不应大于2.5m。考虑到货箱容积尽可能大的原则，在保证外宽的前提下，可适当加宽货箱内宽，以求缩短货箱的长度和高度，降低整车的重心，提高整车的机动性和稳定性。
1.4 货箱高度
根据国家标准，低栏板货箱的边板高度应不大于 600 mm，一般在400～600mm。边板的高度不容过高，否则容易导致整车的重心提高而降低了稳定性，同时装载货物也不方便。
1.5 载质量和轴荷的分布原则
在设计货箱时，要尽量使货箱的重心偏向后轮，这样使后轮承受的载荷较大，提高整车的稳定性。
1.6 国标对货车装载质量的要求
按照GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的规定，如下表2。
表2 国标对货车装载质量的限制
1.7 侧防护的安装要求
按照国标GB11567.1-2001《汽车和挂车侧防护的要求》货车侧防护栏的设计准则如下：
（1）公告质量≥3.5吨的车辆必须安装侧防护栏装置。
（2）侧防护栏前端距前轮后缘切面距离≤300mm（当前轮后缘切面往后 300mm落在驾驶室内时，要求侧防护栏前端距驾驶室后围切面≤100mm）。
（3）侧防护栏后端距后轮前缘切面距离≤300mm。
（4）侧防护栏上横杆距货箱地板下翼面距离≤350mm。
（5）整备质量时侧防护栏下横杆距地面高度≤550mm。
（6）侧防护栏横杆宽度≥50mm（公告质量≥12吨时，横杆宽度≥100mm）。
1.8 后下部防护安装要求
按照国标GB11567.2-2001《汽车和挂车后下部防护的要求》，货车后下部防护栏的设计准则如下：
（1）公告质量≥3.5吨的车辆必须安装后防护栏装置。
（2）后防护栏不能超过车辆后轴两侧车轮最外点之间的距离，并且任一端的最外缘与这一侧车辆后轴车轮最外端的横向水平距离不大于100mm。
（3）整备质量时，后防护栏下端距地面高度≤550mm。
（4）后防护栏截面尺寸≥100mm。
1.9 挡泥板设计要求
按照GB7063一1994的规定，汽车必须装有挡泥板板。挡泥板位于车轮上方，具有阻挡车轮运转时所产生的溅污及飞石等功能的零部件。设计要求如下：
在水平路面上，当汽车处于整备状态，车轮在直线行驶位置时，挡泥板应满足下列要求：
（1）在车轮中心向前30°和向后50°的两个辐射平面所形成的区域内，挡泥板的宽度q必须足以遮盖整个轮胎的宽度。如属双胎，则应遮盖两个轮胎的安装总宽度；
（2）挡泥板的后缘应位于车轮中心上方150mm的水平面以下。而且挡泥板的边缘与这个平面的交点必须位于轮胎纵向中间平面的外侧。如属双胎，则必须位于外侧轮胎的纵向中间平面的外侧。
2 货箱结构设计
2.1 货箱总布置参数的确定
根据开发需求报告及整车总布置要求明确提出货箱内部尺寸为2700mm×1560mm×400mm。需按公式1验证货箱是否能满足使用要求，货箱容积：
微型卡车装载货物一般为百货和农副产品，按其满载粮食时，其载重量：
公告要求最大载重量为1.2吨，基本满足使用要求。
根据驾驶室及发动机进气位置确定货箱前悬为 1750 mm，骑马螺栓位置根据车架及其它分组装配位置确定，具体如下表3。
表3 货箱基本参数表
图1 货箱总布置图
2.2 地板结构设计
2.2.1 纵梁与横梁连接方式选择
轻微型卡车货箱地板常用的纵横梁连接方式有螺栓连接和焊接两种，结构形式如下图所示：
图2
图3
图4
上图2和图3所示结构强度较图4好，承载能力强，但图4所示结构成本相对较低。考虑到需求车型为汽油机微卡，载重量不大，采用第3种纵横梁连接方式能够满足强度要求，且成本较前两种具有优势，因此选择图4所示纵横梁连接方式。
2.2.2 横梁的布置
货箱横梁布置原则为：间距一般在 400～500mm，可根据挡泥板、拉攀等作适当调整，调整范围为±60mm左右。结合目前微卡货箱横梁布置情况及挡泥板位置，布置该货箱前部横梁间距为 440mm，挡泥板横梁间距 600mm，尾部横梁间距530mm，两根挡泥板横梁之间间距偏大，但由于载重量不大，此处可不增加横梁。具体布置如下图：
图5 横梁布置图
2.2.3 地板的选择
常用地板有瓦楞板和平板，瓦楞板较平板重量轻，强度高，且公司产品基本上均选用瓦楞板，因此地板选择瓦楞板。
2.2.4 骑马螺栓、拉攀的布置
骑马螺栓和拉攀的布置形式保持与常规微卡产品一致，左右各两根骑马螺栓，拉攀左右各一个，其中拉攀为直拉攀。
骑马螺栓尺寸链校核：骑马螺栓长度235mm，车架纵梁截面尺寸130mm，垫木高度30mm，货箱纵梁高度50mm，压板厚度3.5mm，两个螺母厚度17mm，235-130-30-50- 3.5-17=4.5mm，即骑马螺栓露牙4.5mm，满足要求。
图6
2.3 边板和后板设计
货箱开发需求为全金属，设计过程不考虑钢木混合结构。目前，全金属货箱边板和后板大致有两种结构：整体式滚压成瓦楞型边板与立柱焊接而成，如图7所示；另一种是本体为滚压瓦楞板，再加上立柱、上边框、下边框焊接组合而成，如下图8所示。整体式较分体式工艺简单，重量轻，成本低，但外观效果不如组合式边板。此微卡产品采用整体式边板。
图7
图8
图9
图10 边板造型
新货箱的开发提出要求严格控制货箱外部尺寸，因此需要保证锁紧装置等所有外凸部件不超出货箱边板而导致外部尺寸的增加，且为了突出产品优势，需从货箱外观方面作修改，增加货箱美观度。鉴于以上要求，将货箱边板由瓦楞型改为曲面造型（如图9-10），为整体式滚压成型。
2.4 前挡板结构设计
前挡板分为带加强支架和不带加强支架两种。当车辆紧急制动时，前挡板会承受较大的冲击力，因此一般轻卡货箱前挡板均带加强支架。行业内部分微卡产品由于载重量有限，挡板本体带有加强筋，为不带加强支架前挡板。
2.5 货箱铰链结构设计
铰链装置是由页板和轴销组成，铰链应转动灵活。该货箱边板为全新造型设计，铰链上页无法借用现有结构，需根据边板结构重新设计，结构形式如图11所示。铰链下页及铰链销借用原有部件。
图11
2.6 货箱锁紧装置设计
货箱锁紧装置的作用是连接两块相邻的箱板（前板和左、右边板或左、右边板和后板），同时承受通过箱板传来的“胀箱力”。对它的性能要求是开关方便、灵活。
该货箱要求锁紧装置不超出货箱边板，因此对锁紧装置尺寸要求较高。
2.6.1 货箱前锁紧设计
前锁紧装置考虑借用现有结构（图 12），锁紧机构最外侧距安装面距离为 34mm，而安装面距边板最外侧距离为36mm，能够满足要求，如图13所示。
图12
图13
2.6.2 货箱后锁紧设计
载货车产品常用后锁紧装置有以下图14所示几种：
图14
其中a、b所示两种方式锁紧机构均超出货箱边板范围，c所示锁紧机构适当修改后能够满足要求，因此考虑参考 c结构设计后锁紧，通过控制后锁紧装置尺寸及三维验证能够满足要求，具体结构如图15所示。
图15
2.7 缓冲装置设计
在开启货箱边板和后板时，由于货物张力，以及边板和后板重力的回转惯性力而产生的猛烈撞击，会使边板和后板加速损坏。因此，应在边板和后板上安装弹性元件，以便起缓冲作用。设计时在地板总成上安装6个图示橡胶垫（图16），起到缓冲作用。
图16
2.8 优化设计
货箱设计完成后经过评审和市场用户分析，进行进一步优化。
2.8.1 降低货箱重心
由于该车型车速较快，从车辆安全性以及货物装卸方便性方面考虑，可降低货箱重心。经过与底盘相关部件校核，可将货箱重心降低30mm，将货箱纵梁由50mm×80mm矩形管改为50mm×50mm矩形管。
2.8.2 增加货箱内部绳钩
在货箱内部左右边板上各增加两个捆绳钩，方便用户捆绑货物。
2.8.3 增加后边板拉索
在后边板两边分别增加一根链条拉索，使用时将拉索挂在后锁紧支架上，可将后边板放平，适当时增加货箱装载长度。
2.8.4 增加后部锁紧盒装置
当单独打开货箱后边板或将后边板放平后，左右侧边板尾部会出现晃动，因此在尾部左右各增加一个后部锁紧盒，通过锁紧盒将侧边板尾部锁紧，防止其晃动。
2.8.5 后边板两侧增加缓冲橡胶垫
车辆行进过程中，侧边板与后边板结合处可能会产生轻微碰撞而导致异响，因此在后边板上增加缓冲橡胶垫，可起到缓冲降噪作用。
图17
2.9 货箱附件设计
货箱附件包含侧后防护栏、挡泥板、后组合灯支架、牌照灯支架等。车辆总质量在 3.5吨以下，因此不需装配侧后防护栏；挡泥板、后组合灯支架、牌照灯支架安装位置保持不变，均可借用原零部件，不需另行开发。
3 结论
本文详细描述了微卡新造型货箱的设计要求、设计方法和设计思路。设计的新货箱与原货箱相比有以下优点：外形美观；保证货箱容积及承载能力相同的前提下，减小了外廓尺寸，满足市场客户的使用要求；通过优化，增加部分辅助装置，提升了产品品质，同时对后期微卡货箱的开发设计具有指导意义。
[1] 张洪欣.汽车设计[z].北京:机械工业出版社,2004.
[2] 余志生.汽车理论（第三版）[z].北京:机械工业出版社.2004.
[3] GB1589-2004.道路车辆外廓尺寸.轴荷及质量限值[S].北京:中国标准出版社,2004.
