某微型載貨車新造型貨箱設(shè)計

解學(xué)敏，王振巖，柴強

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

目前國內(nèi)微卡貨箱相對日韓等企業(yè)生產(chǎn)的貨箱，貨箱結(jié)構(gòu)形式單一、外觀效果較差、同樣內(nèi)部尺寸狀態(tài)外廓尺寸較大。隨著客戶對微型卡車舒適性及外觀要求越來越高，良好的外觀造型、擁有較大的容量及較強承載能力的同時具備較小的外廓尺寸，將是微卡貨箱的設(shè)計發(fā)展方向。

1 貨箱設(shè)計基本要求

在設(shè)計貨箱時，首先根據(jù)整車總布置要求確定貨箱的尺寸。在確定貨箱尺寸時，應(yīng)考慮貨箱結(jié)構(gòu)的變形、材料的合理利用、公路情況、操作的方便性、運輸?shù)陌踩院脱b載不同的貨物都能裝滿額定噸位等，并且按照相關(guān)國家法規(guī)確定貨箱的長、寬、高三者之間的關(guān)系。

1.1 貨箱容積

貨箱容積一般可按照下式確定：

上式中：V——貨箱容積(立方米)

G——汽車裝載質(zhì)量（噸）

r——貨物密度，按最常運送的貨物或密度適中的貨物(表 1)確定。

表1 常用貨物密度

1.2 貨箱長度

在確定貨箱長度時，應(yīng)考慮總布置是否合理，即根據(jù)汽車前、后軸的載荷分配確定貨箱的重心，然后根據(jù)中心和后懸的長度確定貨箱的總長。另外，考慮到邊板的剛度和材料的規(guī)格，一般而言，當(dāng)邊板長度大于5m時，應(yīng)加防脹“鏈條”，也就是通常我們所說的中立柱，目的就是防止脹箱導(dǎo)致貨箱變形。

1.3 貨箱寬度

根據(jù)目前公路的要求，貨箱外寬應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，即貨箱最外寬不應(yīng)大于2.5m。考慮到貨箱容積盡可能大的原則，在保證外寬的前提下，可適當(dāng)加寬貨箱內(nèi)寬，以求縮短貨箱的長度和高度，降低整車的重心，提高整車的機動性和穩(wěn)定性。

1.4 貨箱高度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，低欄板貨箱的邊板高度應(yīng)不大于 600 mm，一般在400～600mm。邊板的高度不容過高，否則容易導(dǎo)致整車的重心提高而降低了穩(wěn)定性，同時裝載貨物也不方便。

1.5 載質(zhì)量和軸荷的分布原則

在設(shè)計貨箱時，要盡量使貨箱的重心偏向后輪，這樣使后輪承受的載荷較大，提高整車的穩(wěn)定性。

1.6 國標(biāo)對貨車裝載質(zhì)量的要求

按照GB1589-2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》的規(guī)定，如下表2。

表2 國標(biāo)對貨車裝載質(zhì)量的限制

1.7 側(cè)防護(hù)的安裝要求

按照國標(biāo)GB11567.1-2001《汽車和掛車側(cè)防護(hù)的要求》貨車側(cè)防護(hù)欄的設(shè)計準(zhǔn)則如下：

（1）公告質(zhì)量≥3.5噸的車輛必須安裝側(cè)防護(hù)欄裝置。

（2）側(cè)防護(hù)欄前端距前輪后緣切面距離≤300mm（當(dāng)前輪后緣切面往后 300mm落在駕駛室內(nèi)時，要求側(cè)防護(hù)欄前端距駕駛室后圍切面≤100mm）。

（3）側(cè)防護(hù)欄后端距后輪前緣切面距離≤300mm。

（4）側(cè)防護(hù)欄上橫桿距貨箱地板下翼面距離≤350mm。

（5）整備質(zhì)量時側(cè)防護(hù)欄下橫桿距地面高度≤550mm。

（6）側(cè)防護(hù)欄橫桿寬度≥50mm（公告質(zhì)量≥12噸時，橫桿寬度≥100mm）。

1.8 后下部防護(hù)安裝要求

按照國標(biāo)GB11567.2-2001《汽車和掛車后下部防護(hù)的要求》，貨車后下部防護(hù)欄的設(shè)計準(zhǔn)則如下：

（1）公告質(zhì)量≥3.5噸的車輛必須安裝后防護(hù)欄裝置。

（2）后防護(hù)欄不能超過車輛后軸兩側(cè)車輪最外點之間的距離，并且任一端的最外緣與這一側(cè)車輛后軸車輪最外端的橫向水平距離不大于100mm。

（3）整備質(zhì)量時，后防護(hù)欄下端距地面高度≤550mm。

（4）后防護(hù)欄截面尺寸≥100mm。

1.9 擋泥板設(shè)計要求

按照GB7063一1994的規(guī)定，汽車必須裝有擋泥板板。擋泥板位于車輪上方，具有阻擋車輪運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的濺污及飛石等功能的零部件。設(shè)計要求如下：

在水平路面上，當(dāng)汽車處于整備狀態(tài)，車輪在直線行駛位置時，擋泥板應(yīng)滿足下列要求：

（1）在車輪中心向前30°和向后50°的兩個輻射平面所形成的區(qū)域內(nèi)，擋泥板的寬度q必須足以遮蓋整個輪胎的寬度。如屬雙胎，則應(yīng)遮蓋兩個輪胎的安裝總寬度；

（2）擋泥板的后緣應(yīng)位于車輪中心上方150mm的水平面以下。而且擋泥板的邊緣與這個平面的交點必須位于輪胎縱向中間平面的外側(cè)。如屬雙胎，則必須位于外側(cè)輪胎的縱向中間平面的外側(cè)。

2 貨箱結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 貨箱總布置參數(shù)的確定

根據(jù)開發(fā)需求報告及整車總布置要求明確提出貨箱內(nèi)部尺寸為2700mm×1560mm×400mm。需按公式1驗證貨箱是否能滿足使用要求，貨箱容積：

微型卡車裝載貨物一般為百貨和農(nóng)副產(chǎn)品，按其滿載糧食時，其載重量：

公告要求最大載重量為1.2噸，基本滿足使用要求。

根據(jù)駕駛室及發(fā)動機進(jìn)氣位置確定貨箱前懸為 1750 mm，騎馬螺栓位置根據(jù)車架及其它分組裝配位置確定，具體如下表3。

表3 貨箱基本參數(shù)表

圖1 貨箱總布置圖

2.2 地板結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 縱梁與橫梁連接方式選擇

輕微型卡車貨箱地板常用的縱橫梁連接方式有螺栓連接和焊接兩種，結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：

圖2

圖3

圖4

上圖2和圖3所示結(jié)構(gòu)強度較圖4好，承載能力強，但圖4所示結(jié)構(gòu)成本相對較低。考慮到需求車型為汽油機微卡，載重量不大，采用第3種縱橫梁連接方式能夠滿足強度要求，且成本較前兩種具有優(yōu)勢，因此選擇圖4所示縱橫梁連接方式。

2.2.2 橫梁的布置

貨箱橫梁布置原則為：間距一般在 400～500mm，可根據(jù)擋泥板、拉攀等作適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整范圍為±60mm左右。結(jié)合目前微卡貨箱橫梁布置情況及擋泥板位置，布置該貨箱前部橫梁間距為 440mm，擋泥板橫梁間距 600mm，尾部橫梁間距530mm，兩根擋泥板橫梁之間間距偏大，但由于載重量不大，此處可不增加橫梁。具體布置如下圖：

圖5 橫梁布置圖

2.2.3 地板的選擇

常用地板有瓦楞板和平板，瓦楞板較平板重量輕，強度高，且公司產(chǎn)品基本上均選用瓦楞板，因此地板選擇瓦楞板。

2.2.4 騎馬螺栓、拉攀的布置

騎馬螺栓和拉攀的布置形式保持與常規(guī)微卡產(chǎn)品一致，左右各兩根騎馬螺栓，拉攀左右各一個，其中拉攀為直拉攀。

騎馬螺栓尺寸鏈校核：騎馬螺栓長度235mm，車架縱梁截面尺寸130mm，墊木高度30mm，貨箱縱梁高度50mm，壓板厚度3.5mm，兩個螺母厚度17mm，235-130-30-50- 3.5-17=4.5mm，即騎馬螺栓露牙4.5mm，滿足要求。

圖6

2.3 邊板和后板設(shè)計

貨箱開發(fā)需求為全金屬，設(shè)計過程不考慮鋼木混合結(jié)構(gòu)。目前，全金屬貨箱邊板和后板大致有兩種結(jié)構(gòu)：整體式滾壓成瓦楞型邊板與立柱焊接而成，如圖7所示；另一種是本體為滾壓瓦楞板，再加上立柱、上邊框、下邊框焊接組合而成，如下圖8所示。整體式較分體式工藝簡單，重量輕，成本低，但外觀效果不如組合式邊板。此微卡產(chǎn)品采用整體式邊板。

圖7

圖8

圖9

圖10 邊板造型

新貨箱的開發(fā)提出要求嚴(yán)格控制貨箱外部尺寸，因此需要保證鎖緊裝置等所有外凸部件不超出貨箱邊板而導(dǎo)致外部尺寸的增加，且為了突出產(chǎn)品優(yōu)勢，需從貨箱外觀方面作修改，增加貨箱美觀度。鑒于以上要求，將貨箱邊板由瓦楞型改為曲面造型（如圖9-10），為整體式滾壓成型。

2.4 前擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計

前擋板分為帶加強支架和不帶加強支架兩種。當(dāng)車輛緊急制動時，前擋板會承受較大的沖擊力，因此一般輕卡貨箱前擋板均帶加強支架。行業(yè)內(nèi)部分微卡產(chǎn)品由于載重量有限，擋板本體帶有加強筋，為不帶加強支架前擋板。

2.5 貨箱鉸鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計

鉸鏈裝置是由頁板和軸銷組成，鉸鏈應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活。該貨箱邊板為全新造型設(shè)計，鉸鏈上頁無法借用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，需根據(jù)邊板結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，結(jié)構(gòu)形式如圖11所示。鉸鏈下頁及鉸鏈銷借用原有部件。

圖11

2.6 貨箱鎖緊裝置設(shè)計

貨箱鎖緊裝置的作用是連接兩塊相鄰的箱板（前板和左、右邊板或左、右邊板和后板），同時承受通過箱板傳來的“脹箱力”。對它的性能要求是開關(guān)方便、靈活。

該貨箱要求鎖緊裝置不超出貨箱邊板，因此對鎖緊裝置尺寸要求較高。

2.6.1 貨箱前鎖緊設(shè)計

前鎖緊裝置考慮借用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)（圖 12），鎖緊機構(gòu)最外側(cè)距安裝面距離為 34mm，而安裝面距邊板最外側(cè)距離為36mm，能夠滿足要求，如圖13所示。

圖12

圖13

2.6.2 貨箱后鎖緊設(shè)計

載貨車產(chǎn)品常用后鎖緊裝置有以下圖14所示幾種：

圖14

其中a、b所示兩種方式鎖緊機構(gòu)均超出貨箱邊板范圍，c所示鎖緊機構(gòu)適當(dāng)修改后能夠滿足要求，因此考慮參考 c結(jié)構(gòu)設(shè)計后鎖緊，通過控制后鎖緊裝置尺寸及三維驗證能夠滿足要求，具體結(jié)構(gòu)如圖15所示。

圖15

2.7 緩沖裝置設(shè)計

在開啟貨箱邊板和后板時，由于貨物張力，以及邊板和后板重力的回轉(zhuǎn)慣性力而產(chǎn)生的猛烈撞擊，會使邊板和后板加速損壞。因此，應(yīng)在邊板和后板上安裝彈性元件，以便起緩沖作用。設(shè)計時在地板總成上安裝6個圖示橡膠墊（圖16），起到緩沖作用。

圖16

2.8 優(yōu)化設(shè)計

貨箱設(shè)計完成后經(jīng)過評審和市場用戶分析，進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

2.8.1 降低貨箱重心

由于該車型車速較快，從車輛安全性以及貨物裝卸方便性方面考慮，可降低貨箱重心。經(jīng)過與底盤相關(guān)部件校核，可將貨箱重心降低30mm，將貨箱縱梁由50mm×80mm矩形管改為50mm×50mm矩形管。

2.8.2 增加貨箱內(nèi)部繩鉤

在貨箱內(nèi)部左右邊板上各增加兩個捆繩鉤，方便用戶捆綁貨物。

2.8.3 增加后邊板拉索

在后邊板兩邊分別增加一根鏈條拉索，使用時將拉索掛在后鎖緊支架上，可將后邊板放平，適當(dāng)時增加貨箱裝載長度。

2.8.4 增加后部鎖緊盒裝置

當(dāng)單獨打開貨箱后邊板或?qū)⒑筮叞宸牌胶螅笥覀?cè)邊板尾部會出現(xiàn)晃動，因此在尾部左右各增加一個后部鎖緊盒，通過鎖緊盒將側(cè)邊板尾部鎖緊，防止其晃動。

2.8.5 后邊板兩側(cè)增加緩沖橡膠墊

車輛行進(jìn)過程中，側(cè)邊板與后邊板結(jié)合處可能會產(chǎn)生輕微碰撞而導(dǎo)致異響，因此在后邊板上增加緩沖橡膠墊，可起到緩沖降噪作用。

圖17

2.9 貨箱附件設(shè)計

貨箱附件包含側(cè)后防護(hù)欄、擋泥板、后組合燈支架、牌照燈支架等。車輛總質(zhì)量在 3.5噸以下，因此不需裝配側(cè)后防護(hù)欄；擋泥板、后組合燈支架、牌照燈支架安裝位置保持不變，均可借用原零部件，不需另行開發(fā)。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)描述了微卡新造型貨箱的設(shè)計要求、設(shè)計方法和設(shè)計思路。設(shè)計的新貨箱與原貨箱相比有以下優(yōu)點：外形美觀；保證貨箱容積及承載能力相同的前提下，減小了外廓尺寸，滿足市場客戶的使用要求；通過優(yōu)化，增加部分輔助裝置，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，同時對后期微卡貨箱的開發(fā)設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

[1] 張洪欣.汽車設(shè)計[z].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[2] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谌妫z].北京:機械工業(yè)出版社.2004.

[3] GB1589-2004.道路車輛外廓尺寸.軸荷及質(zhì)量限值[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.