模塊化掛車平臺的設計

吳秋菊 金龍

WU Qiu-ju et al

遼寧陸平機器股份有限公司 遼寧鐵嶺 112001

1 概述

模塊化掛車平臺是借鑒國外掛車平臺的設計經驗，以單軸掛車底盤為載體，為需要采用車上作業方式的專用設備提供通用的承載平臺，實現了結構優化及專業化運輸、異地組裝的靈活裝配方式，極大地提高了掛車平臺的標準化、通用化和組合化水平。

掛車底盤牽引裝置采用雙端面齒盤夾緊，通過高度調節助力裝置，能方便調整牽引環高低位置并保持牽引環水平，適應不同牽引高度的牽引車。采用24 V電氣系統并配備自適應直流電壓轉換器，滿足各種制式牽引車電氣系統的匹配需求。掛車平臺撤收狀態如圖2所示。整車撤收狀態去掉帳篷右視圖如圖3所示。

2 總體技術方案構成

模塊化掛車平臺主要由3.5噸級單軸掛車底盤、承載平臺、四角舉升升降機構系統、下翻板及其支撐裝置、頂板及周邊上翻板、頂板上方固定的帳篷及車內供配電系統等構成。

駐車時，四周的翻板擴展與承載平臺鉸接相連，形成一個較大的操作使用平臺，其外部四角設置支撐機構，駐車擴展狀態如圖1所示。

2.1 模塊化掛車平臺主要性能參數

模塊化掛車平臺運輸狀態的外形尺寸，符合GB 1589、GB 146.1及GB 146.2的相關要求。其他主要性能參數如表1所示。

表1 模塊化掛車平臺主要性能參數

2.2 主要結構

2.2.1 四角舉升升降機構系統

在承載平臺內部裝有驅動、傳動機構，通過車廂四角立柱伺服系統，控制車廂頂板舉升或下升。

2.2.2 車廂四周可擴展

在承載平臺的四周設置擴展下翻板，車廂頂板的四周設置擴展上翻板，擴展時承載平臺的下翻板向下翻轉，構成人員通道，擴展頂板的四周上翻板向上翻轉，中間形成一個較大的擴展空間，而擴展頂板上固定的帳篷，可依靠擴展車廂快速搭建帳篷式工作間，為專用上裝設備提供一個較大的安裝空間及較舒適的工作環境。

2.2.3 承載平臺支撐機構及擴展下翻板支撐裝置

在承載平臺四角設置四個支撐機構，用于駐車展開時承載平臺的調平及整車長期停放時為輪胎減壓，可適應整車總質量4 t、展開地坡度3°（含）以內的支撐和調平能力。承載平臺支撐機構支撐和收起狀態如圖4所示。在擴展下翻板周圍設置支撐裝置，用于車廂擴展后支撐及調平下翻板，下翻板支撐裝置支撐和收起狀態如圖5所示。

2.2.4 整車模塊化拆裝

為便于拆裝及運輸，將整車劃分為掛車底盤、承載平臺（含其上的工具箱及支撐結構）、升降機構立柱、擴展頂板（含帳篷篷布）、左右上翻板、前后上翻板、左右下翻板（含支撐裝置）、前后下翻板、三角板翻板及帳篷共十個基本模塊，其余附件及連接標準件均可放入承載平臺的工具箱內。真正實現了模塊化拆分、分體運輸、異地快速組裝及專業化、規模化生產。整車模塊化設計分解示意圖（不含底盤及帳篷）如圖6所示。

模塊化拼裝或拆卸的連接指導思想是能夠保證每次安裝或拆卸均方便可靠，以相同模塊的定位結構及連接尺寸具有可互換和可拆卸結構為前提，以承載平臺為基礎進行拼裝或拆卸。承載平臺左右兩側邊梁與掛車底盤采用螺栓直接連接，如圖7所示，其前端與底盤牽引梁采用U型件連接，如圖8所示。承載平臺與下翻板、下翻板與三角板，以及頂板與上翻板之間，采用相同的鉸鏈連接，如圖9所示。承載平臺與升降機構立柱、升降機構立柱及頂板，采用止口定位后再用螺栓連接，如圖10所示。

采用傳統整車運載的運輸方式，13.5 m普通半掛車每次最多可裝運2臺掛車，17.5 m半掛車每次最多也只能裝運3臺掛車。采用模塊化運輸后，普通13.5 m半掛車可同時運輸12臺掛車平臺，17.5 m掛車可同時運輸16臺掛車平臺，兩臺運輸車輛同時運輸時，還可以進行混合裝車，更有效地利用了車輛的裝車空間，可同時運輸36臺車，極大地提高了運輸效率，降低了運輸成本。圖11為各模塊包裝運輸狀態之一。

2.3 關鍵技術解決措施

2.3.1 承載平臺質量的輕量化

輕量化不但能有效地降低制造業的生產成本、提高市場競爭力，而且還影響專用上裝設備的選用和掛車的運輸效率，因此，降低載車平臺的自身質量具有十分重要的意義。采取分別對相關模塊進行有限元分析與計算、仿真和優化設計等方法降低其自重。

2.3.1.1 承載平臺

按整車滿載總質量3 500 kg計算，對承載平臺三種工況條件下的應力和應變進行強度校核，并建立優化設計的數學模型，進而進行了形狀和尺寸組合的優化設計，使其在保證剛強度的前提條件下，對薄弱點適當進行了加強，對富余區域進行了減重處理，使承載平臺的自重在原始設計方案的基礎上降低了7%。三種工況條件分別是在三級等級公路上行駛狀態下的受力工況、在坡度為20%的側坡路面上行駛狀態下的受力工況，以及駐車展開支撐調平狀態下的受力工況。

2.3.1.2 擴展下翻板

按擴展下翻板每個單板上施加5人的重力（每人按80 kg）共400 kg計算，對其在擴展支撐狀態工況下進行了受力分析與計算。使其自重在原始設計方案基礎上，降低近了15%。

2.3.1.3 擴展頂板及擴展上翻板

按整車擴展后能承受8級風載及200 mm厚雪的壓力載荷，對其在擴展工作狀態工況下進行了受力分析與計算。使其自重在原始設計方案基礎上，降低近了12%。

上述優化方法不含對優化后的結構進行高強度鋼板材料的等效替代設計，如果在不改變優化后結構形狀和布局的前提下，只對鋼板的厚度重新進行設計，在滿足剛強度的前提下，重新設計的各模塊質量，相比之前優化后的各個模塊質量減少的效果將更加明顯。

2.3.2 載車平臺的適應性

模塊化掛車平臺的關鍵技術之一就是車廂的擴展技術，采取了四周及上下擴展的方式，四周每邊的擴展寬度達到750 mm，擴展板擴展后采用穩定的支撐裝置，與承載平臺形成同一平面，增加操作面積9.5 m2。通過升降機構系統，可使車廂頂板及其上翻板升降，擴展后車廂內部高度達到2000 mm，帳篷安裝后，可將室內與室外隔斷，形成獨立的操作空間。

為提高車載平臺適應多種專用上裝設備的裝車需求，采取對承載平臺進行標準化的預埋承載墊板或承載梁，使每種設備可以直接或間接過渡安裝在承載平臺上。以洗滌掛車與淋浴掛車為例，在保證模塊化接口與外形尺寸一致的情況下，根據上裝設備不同，對預埋承載墊板或承載梁進行適當調整，即可保證洗滌設備及淋浴設備的安裝。承載平臺可適應金屬扭桿懸掛、橡膠扭桿懸掛及鋼板彈簧懸掛三種底盤的技術接口及剎車的制動沖擊。

2.3.3 供配電系統

模塊化掛車平臺的電氣系統由兩部分組成：一是供掛車底盤正常行駛需要的行車用24 V電氣系統，二是供掛車平臺及上裝專用設備使用的220 V電氣系統。

2.3.3.1 行車電氣系統

行車電氣系統為24 V單線制，負極搭鐵。由電連接器、牽引車連接線束、DC-DC電源轉換器、線束、后組合燈具等組成。設置制動、轉向、示寬、小燈等信號燈[1]。采用DC-DC/12→24電源轉換器，將牽引車的12V或24 V電源整流為24 V輸出，使該掛車能夠適應不同電壓系統的牽引車需要。

設置四根連接電纜，分別為牽引車EQ24V和EQ12V以及牽引車 CA24V和CA12V連接電纜，分別適應東風、解放、斯太爾、陜汽等牽引車。電器連接座安裝在掛車上，牽引行駛時，掛車和牽引車的電連接座相連，實現信號的傳輸。掛車承載平臺前端，設置12N電器連接座和24 N電器連接座各一個，用于牽引車與掛車分離時，連接電纜的電器插頭存放固定。行車電氣系統線束如圖12所示。

2.3.3.2 用電系統

掛車平臺及上裝專用設備用電系統由供電系統、配電系統及用電系統三部分組成。主要考慮掛車平臺的供電、配電及用電問題，上裝上的設備的供電、配電及用電預留安裝位置。

駐車供電電源采用單相三線制交流電源220 V/50 Hz，或三相四線制交流電源380 V/50 Hz兩種供電方式。可直接用市電電源供電或隨車攜行5 kW發電機組供電兩種供電方式。外接電源輸入板安裝在配電箱內，易于操作、防水性能及安全性好。

配電箱安裝在承載平臺下方左前端，便于操作和維修，具有電源電壓供給轉換功能、電源監測、顯示、漏電保護、短路及過載保護功能等。

在車廂頂板內上部，其骨架內設置照明燈，照明等安裝后與頂板厚度平齊，在模塊化運輸及拆裝過程中不易損壞，同時還應考慮照度、光線的柔和度、防水密封性及使用壽命等。

2.3.4 可靠性與維修性

針對自制件的相關模塊及附件，在各類極限工況條件下，對其結構進行了全面的受力分析，達到了結構形狀和尺寸合理、優化的目的。對于標準件按其受力工況及耐環境性能要求，選擇相關材料、等級及涂覆等，外購標準件均為市場上常規采購件。

掛車平臺各個模塊之間的組合或連接，均采用可方便拆卸的螺紋連接結構，各模塊之間的連接強度，按載車平臺總質量3 500 kg，將整車吊離地面300 mm，維持30 min，整車的起吊裝置、各零部件無永久變形、裂紋或損壞等，該種工況下滿足要求[2]。同時，車輛檢測、維修和拆裝時均不需使用專用工具，各連接處都留有足夠的操作空間，較好地滿足了易操作及維修時間短的要求。

2.3.5 安全性

重點對人員操作及活動空間的安全性進行設計，并采取了相關措施。

a. 為防止人員跌落，車廂展開工作后，在下翻板外側邊緣四周設計有護欄及安全帶。

b. 為防止人員活動滑倒，在下翻板通道表面及上車梯踏板表面均設計有防滑鋁花紋板。

c. 頂板舉升到位后，采用鎖銷定位，可有效防止頂棚的下滑。

e. 帳篷材料具有阻燃自熄性能，并隨車配備干粉滅火器[3]。

f. 掛車平臺供配電系統，具有漏電、短路、過載保護及盲插等功能。

3 應用范圍和功能

模塊化掛車平臺可根據不同的上裝設備改裝成具有不同功能的掛車，如淋浴掛車、洗滌掛車、凈水掛車、制氧掛車、消毒滅菌掛車、炊事掛車、電站掛車、移動廁所等。其主要功能是為專用上裝設備提供承載平臺，可適應戶外惡劣環境及地形等條件下使用。

4 結語

掛車一直是以特殊功能需求進行設計和生產，相同需求的產品其品種及規格相對較多。模塊化掛車平臺提出了通用化、模塊化、組合化、異地運輸及組裝等設計方法，對整車的輕量化、可靠性、維修性、安全性及人機功效性等進行了細致的設計與分析，使產品性能達到了輕量、安全、可靠、使用及操作方便等。同時，對異地運輸及模塊化拆裝方式進行了全面策劃與設計，使其實現了運輸效率高、組裝方便和快捷。模塊化掛車平臺的設計，不但降低了綜合能耗，而且為未來掛車的研制與生產提供了借鑒和參考。

[1] GB 4758-2007.汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規定[S].

[2] GJB 1454-1992.軍用掛車通用規范[S].

[3] GB 8410.汽車內飾材料的燃燒特性[S].