某型隨車起重運(yùn)輸車的總體設(shè)計(jì)

侯寶杰，胡運(yùn)軍，繆菊平

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某型隨車起重運(yùn)輸車的總體設(shè)計(jì)

侯寶杰，胡運(yùn)軍，繆菊平

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710000）

文章以某重型越野汽車搭載5噸級(jí)隨車起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)為依托，對(duì)比了隨車起重機(jī)以前置式、中置式和后置式三種不同模式在基礎(chǔ)車型上的布置對(duì)越野汽車整車性能的影響。通過(guò)實(shí)例對(duì)H型支腿跨距的校核計(jì)算，對(duì)隨車起重運(yùn)輸車的抗傾覆性穩(wěn)定性計(jì)算，校核了該車型的靜穩(wěn)定性和作業(yè)穩(wěn)定性。

越野汽車；隨車起重運(yùn)輸車；總體布置；穩(wěn)定性校核

前言

隨車起重運(yùn)輸車，俗稱隨車吊，既具備普通載貨汽車的運(yùn)輸能力，又具備起重機(jī)的起吊功能，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)貨物快速裝卸、運(yùn)輸?shù)膶Ｓ密嚒Ｔ趯Ｓ密囶I(lǐng)域，隨車起重運(yùn)輸車可以執(zhí)行物資裝卸、運(yùn)輸、倒運(yùn)等作業(yè)任務(wù)。

與民用隨車起重運(yùn)輸車使用條件不同，在越野運(yùn)輸車領(lǐng)域的隨車起重運(yùn)輸車，除了具備基本的起吊功能外，還應(yīng)具備一定的越野行駛能力、公路續(xù)駛里程及環(huán)境適應(yīng)性。因此，該型隨車起重運(yùn)輸車以越野汽車底盤作為基型平臺(tái)進(jìn)行搭載。

1 越野隨車起重運(yùn)輸車的總體設(shè)計(jì)

本文簡(jiǎn)要介紹了某越野汽車搭載5噸級(jí)隨車起重機(jī)（見(jiàn)圖1）的總體設(shè)計(jì)概況。其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖1 某隨車起重運(yùn)輸車

表1 某型越野隨車起重運(yùn)輸車性能指標(biāo)

1.1 隨車起重機(jī)的選型

作為常年從事物資裝卸、運(yùn)輸、倒運(yùn)的隨車起重運(yùn)輸車，在選擇隨車起重機(jī)型式時(shí)，應(yīng)從裝備作業(yè)場(chǎng)所的不確定性、作業(yè)功能的多樣性以及車輛越野行駛的安全性等多方面進(jìn)行考慮。折疊臂式隨車起重機(jī)采用多個(gè)液壓油缸形成類似關(guān)節(jié)的吊臂連接機(jī)構(gòu)，其完成動(dòng)作迅速靈活、工作效率高，占用空間小，能在狹小的工作環(huán)境下使用，并且可以擴(kuò)展多樣功能，故起重臂結(jié)構(gòu)型式采用折疊臂式。

1.2 越野底盤的選型

選擇合適的越野承載底盤，除了要求底盤越野性能好，在承載能力、動(dòng)力性、通過(guò)性和環(huán)境適應(yīng)性方面都有突出表現(xiàn)外，還要便于隨車起重機(jī)的搭載，以及搭載后對(duì)底盤的變動(dòng)盡可能小，盡可能減小對(duì)基礎(chǔ)車型使用性能的影響。本次選用某型重型越野汽車進(jìn)行搭載，該底盤為6×6驅(qū)動(dòng)型式，前橋至中橋軸距為3700mm，中橋至后橋軸距為1400mm。

1.3 隨車起重機(jī)的布置方式

隨車起重機(jī)按照相對(duì)貨箱的位置可以分為前置、中置和后置3種不同的布置型式，如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 隨車起重機(jī)前置

如圖2所示，前置式的隨車起重機(jī)安裝于貨箱前部，可以充分利用貨箱面積，并保證起重在允許的伸出長(zhǎng)度內(nèi)和相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)條件下，能達(dá)到貨箱的所有位置。但是，前置式隨車起重機(jī)向前橋分配的載荷較多，需要進(jìn)一步校核前橋的承載能力。

圖3 隨車起重機(jī)中置

如圖3所示，中置式的隨車起重機(jī)安裝在貨箱中間，起重機(jī)只需要較短的臂長(zhǎng)即可滿足使用要求，且軸荷分配易滿足要求，基本上可以保持在基礎(chǔ)車型的質(zhì)心位置。但是，將貨箱一分為二，不能運(yùn)輸長(zhǎng)度較長(zhǎng)的物資，限制了貨箱的裝載能力，貨箱面積利用率較低。

如圖4所示，后置式的隨車起重機(jī)安裝在貨箱的后部，對(duì)貨箱面積的利用率與前置式相當(dāng)。但是，后置式隨車起重機(jī)限制了貨箱型式（無(wú)法采用后翻式后欄板），且對(duì)車輛的軸荷分配和離去角均有較大影響，對(duì)車輛的越野性能影響較大。

圖4 隨車起重機(jī)后置

權(quán)衡利弊，本車型采用前置式隨車起重機(jī),整車外形簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。

圖5 某型隨車起重運(yùn)輸車外形簡(jiǎn)圖

2 支腿型式及跨距

2.1 支腿型式的選擇

隨車起重運(yùn)輸車在進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，主車架將受到較大的附加集中載荷，為了保證車架的剛強(qiáng)度以及起吊作業(yè)時(shí)的工作穩(wěn)定性，必須設(shè)置支腿。H型支腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)連接裝置與主副車架固定，進(jìn)一步加強(qiáng)了車架的橫向剛度，能夠改善車架的受力情況。H型支腿可實(shí)現(xiàn)全縮、半伸和全伸三種模式，可以通過(guò)選擇半伸和全伸模式的跨距（分別3400mm和4560mm，全縮模式跨距為2240mm）滿足不同工況的使用需求。在不進(jìn)行起吊作業(yè)時(shí)，支腿可全部縮回并上翻至朝上，既不影響車輛的越野 性能，而且在布置上也不影響底盤車架兩側(cè)零部件的布置（如圖6所示）。

2.2 支腿跨距的校核

該隨車起重運(yùn)輸車只有左右兩個(gè)支腿，故只需要校核橫向跨距的穩(wěn)定性即可。支腿橫向外伸跨距的最小值是要保證起重臂在側(cè)向工作時(shí)整車的穩(wěn)定性，即最大起重量和吊臂自重對(duì)該側(cè)支腿中心作用的傾覆力矩和穩(wěn)定力矩處于平衡狀態(tài)（如圖7）。

為簡(jiǎn)便計(jì)算，取起重機(jī)最大工作幅度8.4m進(jìn)行橫向穩(wěn)定性計(jì)算，起重機(jī)基座、立柱質(zhì)心與汽車中心線重合，在計(jì)算平衡力矩時(shí)可以忽略不計(jì)，僅考慮起重臂和重物相對(duì)立柱中心的力矩即可。

圖7 吊臂側(cè)伸時(shí)靜載受力分析圖

傾覆力矩應(yīng)不大于穩(wěn)定力矩為安全狀態(tài)，相對(duì)右支腿可列出力矩平衡方程為：

式中：m1、m2、m0分別為吊臂自重、最大工作幅度時(shí)的最大起重質(zhì)量和除吊臂外的車輛質(zhì)量，m1=750kg、m2=1000kg。為了考慮最危險(xiǎn)工況，將穩(wěn)定質(zhì)量取最小值，即車輛整備質(zhì)量與吊臂質(zhì)量的差值，m0=14100-750=13350kg。

k為起吊時(shí)的動(dòng)載系數(shù)，取k=1.1。

a和b為傾覆力臂，a=4100mm，b=8400mm。

B為支腿跨距，計(jì)算得B≥1845mm。即跨距的最小值為1845mm。

所選H型支腿在全縮、半伸和全伸三種模式下的跨距分別是2240mm、3400mm和4560mm，整車外寬2500mm，在全縮模式下，支腿無(wú)法工作；在半伸、全伸模式下以最大幅度起吊1000kg重物的安全系數(shù)分別為1.84和2.47。

3 穩(wěn)定性分析校核

參照標(biāo)準(zhǔn)QC/T 459-2014《隨車起重運(yùn)輸車》，對(duì)隨車起重運(yùn)輸車的抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算需包括靜穩(wěn)定性校核和作業(yè)穩(wěn)定性校核，應(yīng)按照對(duì)隨車起重運(yùn)輸車處于最不利的工況、載荷進(jìn)行計(jì)算分析。

如圖8所示，前簧中心、支腿中心和后簧中心的連線組成了一個(gè)六邊形ABCDEF的傾覆線，起吊作業(yè)時(shí)發(fā)生傾覆的最危險(xiǎn)方向也就是起吊臂與傾覆線垂直的方向。

圖8 起吊作業(yè)受力分析圖

在起吊作業(yè)時(shí)，底盤簧載質(zhì)量（去除起吊臂質(zhì)量）相對(duì)傾覆線形成一個(gè)穩(wěn)定力矩M0，起吊臂、重物相對(duì)傾覆線形成一個(gè)傾覆力矩M1，當(dāng)M0/M1>1.4時(shí)，起吊作業(yè)安全穩(wěn)定（1.4為推薦的最小安全系數(shù)）。

下面以隨車起重機(jī)垂直起吊重1000kg的箱型重物（外形尺寸1m×1m×1m）為例進(jìn)行分析計(jì)算。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)重物在起吊過(guò)程中始終垂直于起吊臂，與起吊臂之間不形成偏擺，起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度為2r/min。

穩(wěn)定性最危險(xiǎn)工況為起吊臂處于最大工作幅度時(shí)的工況，計(jì)算參數(shù)為：起吊臂質(zhì)量m1=750kg，起吊臂傾覆力臂L1，額定起重重物質(zhì)量m2=1000kg，重物傾覆力臂L2，穩(wěn)定質(zhì)量（去除吊臂后的汽車簧載質(zhì)量）m0=9560kg，穩(wěn)定質(zhì)量質(zhì)心距離前橋中心線1.89m、相對(duì)傾覆線的穩(wěn)定力臂為L(zhǎng)0，分別按照靜態(tài)和動(dòng)態(tài)作業(yè)對(duì)傾覆線進(jìn)行穩(wěn)定性校核（注：相對(duì)各傾覆線的傾覆力臂和穩(wěn)定力臂均通過(guò)作圖法測(cè)量）。吊臂水平全伸展時(shí)的幾何質(zhì)心離地高度H=3.35m。

3.1 靜穩(wěn)定性校核

靜穩(wěn)定性校核按照吊臂與傾覆線垂直作業(yè)時(shí)額定起重量的1.25倍進(jìn)行校核，按照不同傾覆線校核的結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 靜穩(wěn)定性校核

3.2 作業(yè)穩(wěn)定性校核

作業(yè)穩(wěn)定性校核按照吊臂與傾覆線垂直作業(yè)時(shí)額定起重量m2的1.1倍進(jìn)行校核，同時(shí)考慮吊臂自重m1、風(fēng)載Pw以及吊臂水平旋轉(zhuǎn)離心力PH形成的水平傾覆力矩MP。

風(fēng)載Pw=qA=125N(q為風(fēng)壓，取值125N/m2；A為重物單面迎風(fēng)面積，取值1m2)

離心力PH=ω2(m1R1+m2R2)=503N，離心力形成的水平傾覆力矩MP=PHH=1685Nm(ω為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角速度，ω=2r/min=π/15，R1、R2為吊臂質(zhì)心半徑和重物質(zhì)心半徑，R1=4.1m，R2=8.4m)。

按照不同傾覆線校核的結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 作業(yè)穩(wěn)定性校核

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，起吊臂垂直AB傾覆線工況為最危險(xiǎn)起吊工況，但作業(yè)時(shí)的安全系數(shù)為1.66，符合使用安全要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

越野型的隨車起重運(yùn)輸車基于某越野汽車進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，其越野性能、環(huán)境適應(yīng)性能更強(qiáng)，不僅可裝備陸裝后勤部隊(duì)，在礦山、路橋等民用領(lǐng)域也具備廣闊的應(yīng)用前景。出于篇幅限制，隨車起重機(jī)系統(tǒng)的液壓、電控部分設(shè)計(jì)，起重機(jī)安裝方式及主車架的加強(qiáng)、校核均未進(jìn)行描述，這些內(nèi)容也是越野型隨車起重運(yùn)輸車重點(diǎn)校核的內(nèi)容。

[1] 喬維高.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2010.

[2] QC/T 459-2014.隨車起重運(yùn)輸車.2014.

[3] 丁光明,肖獻(xiàn)法.隨車起重運(yùn)輸車折臂式與直臂式的對(duì)比[J].商用汽車,2002年(9).

The overall design of a certain type of crane truck

Hou Baojie, Hu Yunjun, Miao Juping

（Shaanxi heavy duty automobile co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710000 )

In this paper, based on the overall design of a heavy off-road vehicle equipped with a 5-ton truck crane, Meanwhile the effet of front,middle and rear layout pattern on off-road vehicle performance was compared. Then the checking calcula -tion of H leg span is carried out through examples, and the overturning ability of crane truck was calculated. It means that the static and operation stability of the vehicle are checked.

off-road vehicle; crane truck; General arrangement; Stability checking

A

1671-7988(2019)03-138-04

U462

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1671-7988(2019)03-138-04

U462

侯寶杰，男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，主要從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)。主要研究方向：整車設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.045