甩掛運輸主掛結構設計匹配的分析與應用

施周維+劉海霞+張育維+趙云洋

摘 要：針對某型號半掛牽引車在行駛途中與掛車的干涉問題，本文分析研究了導致干涉問題的原因，并進行相關國家法規標準解讀，確定了影響甩掛運輸主掛匹配的主要因素，運用DMU技術建立半掛車運動包絡模型并進行半掛牽引車與掛車的運動仿真。提出優化牽引車底盤結構從而解決牽引車與掛車干涉問題的措施，并在實車上驗證了該方案的有效性。

關鍵詞：半掛牽引車；主掛匹配；運動干涉；法規；DMU；結構優化

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）03-0025-05

The Research and Application of Full-Vehicle DMU Technology in vehicle modification

SHI Zhou-wei， LIU Hai-xia， ZHANG Yu-wei， ZHAO Yun-yang

（ Technical Center of DongFeng Commercial Vehicle Co.， LTD， Wuhan430056， China ）

Abstract： Aiming at the interference between a certain semi-trailer towing vehicle and trailer ， the paper analyses the reasons of inerference， unscrambles relevant national laws and regulations， determines the main influencing factors on the matching of tractor and trailer in semi-trailer swap transport. establishes envelope model of semi-trailer， DMU technique is applied to movement simulation of tractor and trailer. The paper proposes the measures to optimize the chassis structure to resolve the interference between chassis and trailer.The measures have been applied successfully in real vehicles to verify its effectiveness.

Key Words： Semi-trailer towing vehicle； The matching of tractor and trailer；

1 前言

甩掛運輸是世界公認的提高運輸與物流效率的有效手段之一，為進一步提高運輸效率，國家已經提出大力發展甩掛運輸。甩掛運輸就是牽引車隨車拖帶的半掛車甩留在目的地后，再拖帶其他裝滿貨物的半掛車返回原地，或者駛向新的地點。隨著甩掛運輸的發展，“一拖多掛”將越來越常見，這對牽引車和掛車的匹配互換性也提出了更高要求。

半掛汽車列車是由牽引車與半掛車組合而成，通過牽引車上的牽引座與半掛車上的牽引銷進行機械連接，要求科學配置車輛結構、安全匹配電氣路連接，具有良好的汽車列車性能、先進的配套裝備。汽車行駛過程中的主掛匹配結構設計合理性，直接影響著法規符合度和行車安全，實現車輛與道路的協調發展。

本文結合市場上出現的某型號牽引車主掛匹配問題進行分析研究，并進行相關國家法規標準《GBT 20070-2006道路車輛牽引車與半掛車之間機械連接互換性》解讀，確定了主掛匹配的影響因素，運用DMU技術進行半掛牽引車與掛車的運動仿真，提出優化底盤結構解決底盤與掛車干涉問題的措施，最后將所述方法和措施應用在了對應牽引車上，成功地解決了半掛牽引車與掛車匹配干涉問題。

2 主掛干涉的問題分析及改進措施

2.1 市場問題描述

半掛車相對牽引車后傾而出現干涉是目前市場上最常見的主掛匹配問題。某地區一批6X4牽引車與半掛車出現運動干涉現象，如圖1所示。該批車輛為危化品運輸車輛，運營路線固定，途經多個坡道。車輛通過其中幾個較大坡道時，半掛車相對牽引車后傾，半掛車縱梁與牽引車車架尾端發生干涉，影響行車安全。

該批車輛問題經過現場調查分析后，只能采取臨時方案處理，對車架尾端進行切割。不但影響車輛美觀而且用戶對商品的信任度也備受考驗。因此需要在車輛開發初期應考慮解決方案。車輛相關尺寸參數見表1：

2.2 甩掛推薦車型要求

國家《甩掛運輸推薦車型基本要求》中對牽引車、半掛車的結構尺寸、安裝與連接技術都有明確要求。需滿足汽車列車尺寸限制，保持貨箱底板與貨運場站貨臺高度相協調，利于甩掛操作的實施與行車安全，防止出現主掛車運動干涉，確保甩掛運輸車輛的快速、安全接駁以及貨物裝卸效率與質量安全。

以6X4普通半掛牽引車為例，結構尺寸要求如下：

1）牽引座中心至車輛最前端距離≤5100 mm

2）牽引座結合面空載高度為1290mm～1320mm

3）牽引車后回轉半徑≤2200mm

4）牽引車間隙半徑≥2120mm

5）半掛車相對牽引車前傾6°、后傾7°與底盤部件無干涉

2.3 問題分析

牽引車和半掛車之間的相對運動可分為縱向傾斜和側向傾斜，前文提到的干涉即發生在半掛車與牽引車縱向傾斜時。縱向傾斜干涉也是牽引車與半掛車相對運動常見的失效模式。從牽引車角度分析，影響牽引車與掛車之間自由空間的參數主要有以下幾個：

1） 牽引座結合面與車架上平面的距離

2） 牽引座主銷中心距離車架尾端距離

3） 牽引座前置距

4） 車架縱梁尾端型式

5） 底盤附件垂直布置尺寸

牽引座結合面與車架上平面的距離一般由牽引座連接板和牽引座的高度組成。該距離越大，半掛車與牽引車發生相對運動時越不容易出現干涉。但該值過大可能導致牽引座結合面高度不滿足甩掛要求。

牽引座主銷中心距離車架尾端尺寸主要影響半掛車相對牽引車后傾的自由空間。該尺寸越小，半掛車相對牽引車后傾運動時越不容易出現干涉。

牽引座前置距也類似，但該值還影響牽引座中心距離車輛最前端距離。該尺寸越小，牽引座中心距離車輛最前端距離越大，但不能超出甩掛要求。此外，該尺寸還影響牽引車軸荷分配。

車架縱梁尾端型式主要指尾端傾角尺寸，該傾角角度越大，斜面越長越不容易產生干涉。從圖一可見，半掛車與牽引車干涉位置即為車架縱梁尾端。

底盤部件垂直布置尺寸是指油箱、電瓶框、尿素罐、工作臺以及擋泥板等部件Z方向超出車架上平面尺寸。

從尺寸參數便宜引發的工作量角度考慮，上述幾個參數中牽引座結合面與車架上平面的距離和牽引座前置距可以作為優先選擇更改的尺寸，如果更改這兩個尺寸無法滿足要求再對其它尺寸做設計變更。

2.4 確定校核邊界

根據法規GB/T20070-2006和國家甩掛掛車型參數要求，確定校核參數如下：

半掛車與牽引車匹配運動時：

最大前傾角ω1=6°，最大后傾角ω2=7°， 最大左右側傾角δ=3°，見圖2所示：

牽引車后回轉半徑掛車回轉半徑Rr≤2200， 掛車前回轉半徑Rf≤2120，

空載的牽引座結合面高度h應為1290mm～ 1320mm。該值由牽引座接合面距離車架上平面距離、后橋空載輪心高度和車輛半徑相加得到。該參數變動引發的工作量相對較小。

2.5 建立校核模型

市場上掛車種類多種多樣，影響牽引車與半掛車運動空間的尺寸主要是掛車的鵝頸外形。GB/T 20070-2006對掛車的鵝頸外形作出了明確規定，如圖5所示。此標準即作為掛車模型相關尺寸確定依據。由于本次校核目的主要為確定半掛車和牽引車相對運動自用空間，因此對掛車總長不做特別規定，半掛車總高對前傾時自由空間有影響。

半掛車模型建立時基礎坐標選擇鞍座坐標作為參考。裝配時只需要選取兩個模型坐標固定即可。為模擬半掛車相對牽引車運動的狀態，在半掛車模型中，利用Pro/R中的“特征操作”命令可以使基礎坐標圍繞鞍座活動軸旋轉生成掛車前傾、后傾及左傾右傾坐標。校核半掛車相對牽引車運動時只需要選取相應坐標與鞍座坐標裝配即可。掛車模型見圖6：

2.6 校核情況

首先需要校核牽引車間隙半徑、后回轉半徑、牽引座結合面高度以及牽引座中心距離車輛最前端距離等靜態尺寸。相關要求及標準已在前文列出。校核發現牽引車空載牽引座結合面高度和牽引座中心距離車輛最前端距離不滿足甩掛要求。因此需要通過調整鞍座前置距和更換鞍座連接板等手段進行整改，整改后車輛發生變化的尺寸參數如表2所示：

按照整改后的最新狀態，對牽引車與半掛車模型進行運動校核。通過坐標約束，將半掛車模型按照相應角度裝配到牽引車上，如圖8～圖10所示：半掛車相對牽引車前傾6°時，半掛車與油箱、工作臺、車架干涉；半掛車相對牽引車后傾7°和側傾3°時，半掛車與后橋三段式擋泥板的中間段干涉。

通過更換鞍座連接板，可繼續增加牽引座結合面與車架上平面距離。牽引座結合面與車架上平面距離達到220mm時，可保證半掛車相對牽引車前傾6°和后傾7°時與車架無干涉。但即使將鞍座連接板高度調為66mm，此時空載牽引座結合面高度已達到極限值1320mm，半掛車相對牽引車仍無法避免前傾時與油箱干涉及后傾時與擋泥板干涉。

因此，僅調整牽引座結合面與車架上平面距離已無法保證半掛車與牽引車的運動空間。按照前文所述，需要調整油箱Z方向布置尺寸，保證油箱不超過車架上平面。

3 結論

通過DMU設計校核發現，在滿足國家甩掛牽引車與半掛車尺寸參數要求前提下，為保證半掛車與牽引車的相對運動空間需要滿足以下設計要點：

1）保證牽引座結合面與車架上平面距離≥220mm；

2）底盤附件Z方向布置尺寸不能超出車架上平面；

3）取消三段式擋泥板的中間段，采用兩段式擋泥板；

4）鞍座前置距定義結合軸荷分配和后回轉半徑綜合考慮。

以上三點已成為6X4牽引車開發設計要求，對于4X2、6X2普通半掛牽引車和集裝箱半掛牽引車也可用采用同樣方法，只需調整相應校核邊界。

本文的研究方法和設計思想，對產品開發初期甩掛運輸主掛結構匹配設計有較好的指導意義，通過產品設計手段與設計過程的數字化驗證，快速高質量設計開發出滿足市場需求的商品。

參考文獻：

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