集裝箱用可拆卸式汽車運輸固定架結構設計*

鄒俊華，王 強，韓春強，張愛秋，滕 飛

（黑龍江工程學院汽車與交通工程學院，哈爾濱150050）

0 引言

近年來，隨著我國汽車制造行業的迅速崛起，必然會造成汽車運輸行業傳統運輸模式的革新，其中集裝箱汽車運輸被廣泛應用。現有集裝箱運輸汽車的方式大體上分為兩種：一種是用經過改變集裝箱內部構造的專用集裝箱來運輸，稱為專箱式；另一種是通過設計出配合集裝箱及汽車尺寸的專用汽車裝載固定支架，搭配集裝箱進行運輸，稱之為車架式[1]。2014年，趙燕偉等[2]為了克服已有集裝箱貨柜裝運轎車方式的結構復雜、空間利用率較低、通用性差的不足，特設計一種結構簡單、空間利用率較高、通用性良好的用于集裝箱運輸轎車的可調節車架裝置，提供了一種結構簡單、空間利用率較高、通用性良好的用于集裝箱運輸轎車的可調節車架裝置。2015年，陸小健[3]發明了一種汽車運輸專用框架，為可拆卸式，返程運輸和框架閑置時可將框架拆卸堆放，大大減小其占用空間，實用便捷；四面未設有集裝箱式的包圍式面板，節省了框架制作成本。與標準集裝箱對比，可以增加裝貨量，裝卸貨和保管更加實用便捷，框架的制作成本比集裝箱低得多，制作周期也大大縮短。2016年，代海巖等[4]發明了一種集裝箱用汽車運輸固定架及具有其的集裝箱，公開了一種集裝箱用汽車運輸架，包括集裝箱和汽車運輸架兩部分，但其運輸架結構復雜、自重大、制造成本高；運輸架平臺結構占用并影響下層汽車的空間，一些大型汽車無法有效裝載。

為了解決上述文獻中提到的運輸架缺陷問題，本文設計的集裝箱用可拆卸式汽車運輸固定架是一種車架式運輸方式。設計采用特定鋼材，對其進行切割、按模鑄造，再使用連接件裝配和焊接固定，形成專用的可拆卸固定支架。在不改變集裝箱自身結構的基礎上，設計出一種可拆卸的輔助固定運輸裝置，其結構穩固、制造簡單、自重較輕，避免了專用集裝箱造價高且運力資源浪費的問題，可以充分利用返程集裝箱運力，大幅度降低運輸成本，提高綜合經濟效益[5]。

1 運輸固定架總體結構設計

本設計是配合集裝箱使用的車架，其裝卸貨和保管更加實用便捷；框架的制作成本比專用集裝箱低得多，制作周期也大大縮短[6]。設計時充分考慮利用集裝箱內部空間，其總體結構如圖1所示。運輸固定架裝運方案為：將1個汽車運輸集裝箱通過4個運輸固定架的分隔，形成4個較小的獨立空間來運輸4輛汽車；其結構是由兩組傾斜支撐固定架和水平式固定架二者交叉搭配擺放組成。傾斜支撐固定架總體結構外形尺寸為：555 cm×228 cm×220 cm，本設計相比于直接采用兩個水平式固定架，可以降低整體結構高度，更有效利用集裝箱空間，更加適應裝運集裝箱的尺寸要求。同時拆卸后堆碼尺寸很小，能夠節省堆碼空間，提高運輸效率[7]。且本集裝箱用可拆卸式汽車運輸固定架具有結構簡單、自重輕、拆卸方便等突出優點，可充分滿足利用集裝箱空間運載汽車的要求以及大大降低運輸成本。

圖1 汽車運輸固定架總體結構

運輸固定架裝的工作原理及步驟如下[8]：

（1）將前定位支架通過銷軸連接固定，再將緊固的前定位支架同后支撐立柱與上傾斜支撐板扣合并鎖緊；

（2）第一輛轎車駛過輔助的傾斜鐵板正向開到上支撐板上，利用尼龍繩帶綁定車輪與支撐架后，人工將與下支撐底板連接緊固的尼龍繩帶往復扳動進行總體固定程度的調節；

（3）第二輛轎車倒向開到平置固定架上，也通過尼龍繩帶將汽車車輪與車架綁緊固定即完成第二輛轎車的裝車；

（4）重復進行（1）~（3）以實現第3、第4輛汽車的裝載；

（5）以上4個步驟都完成之后，用叉車叉取裝載汽車后的車架交錯裝入集裝箱內，在裝入時先叉取平置固定架，后叉取傾斜固定架，分4次叉取完成交錯放置到集裝箱內，做到充分利用集裝箱空間。

2 運輸固定架各結構零部件參數確定

以福瑞斯汽車為裝載模擬對象進行固定架的設計，其車身基本尺寸參數如表1所示。其他相關參數分別為：車輪尺寸631.9 mm；整車質量1 359 kg；前機箱蓋高度80 cm；車身最高點距車最前端距離201 cm；該型號汽車最小離地間隙為133 mm。

表1 福瑞斯車型規格

裝載運輸汽車所用的集裝箱是尺寸參照40 HC標準集裝箱改造的，標準集裝箱尺寸（長×寬×高）為：12.032 m×2.352 m×2.698 m，運輸汽車的集裝箱需要增加標高，滿足在集裝箱內設置分隔裝載兩輛汽車的需求；選用額定裝載量為3 t的叉車裝卸汽車及固定支架組合裝置，叉車貨叉尺寸為：1 070 mm×125 mm×45 mm，兩貨叉中間間隔為1 050~1 200 mm。根據以上尺寸參數進行設計，將尺寸參數擬定如下。

2.1 傾斜支撐固定架

2.1.1 固定架底板

（1）總長（單位：cm）：8+12+434+100+1=555。其中：12 cm為底板最后端與后支撐立柱的間距；8 cm為固定后支撐立柱的直徑；434 cm為中間傾斜放置的支撐板的水平投影長度（大于或等于460×cos20°，20°為擬定傾斜角度）；100 cm為前端支撐桿到底板另一端的距離（大于80 cm，80 cm為前端支撐桿高度），后立柱固定槽壁厚為1 cm，且其凹槽上端的限制結構增加1 cm突出部分。

（2）總寬（后支撐立柱端）（單位：cm）：2×（12+28）+148=228。其中12 cm為后支撐立柱固定槽寬度，28 cm為傾斜支撐板寬度，140 cm為兩傾斜支撐板中間間隔。總寬（另一端）（單位：cm）：2×（12+28+15）+110+8=228。其中：12 cm為后支撐立柱固定槽的寬度，28 cm為中間傾斜放置支撐板的寬度，8 cm為間隔各空間的間隙壁壁厚總和，15 cm為叉車貨叉叉孔寬度，110 cm為叉車兩貨叉間距。

（3）前端支撐立柱：豎直桿為高75 cm的“王”型金屬結構，上下兩個橫桿的長度均為28 cm，頂部橫桿是直徑為8 cm、厚度為1 cm的圓管，下部橫桿是直徑為6.2 cm、厚度為0.6 cm的圓管，兩橫桿間隔為25 cm，底部結構是外邊框為14 cm×8 cm×8 cm的長方體和長度是14 cm、直徑是8 cm圓柱體各一半的結構，中間豎直桿尺寸為75 cm×8 cm×6.2 cm的長方體框架，框架厚度是0.6 cm。

2.1.2 其他結構

（1）后支撐立柱：220 cm高的直徑為8.5 cm的金屬管狀結構，其管厚為0.5 cm；支撐立柱的固定裝置是一個焊接連接的U型（拐角連接處角度為90°）支撐桿，其豎直桿和橫桿均為直徑8 cm、厚0.5 cm的金屬管。且在焊接部位焊接出5 cm的加強肋，其是豎直高度為80 cm的管狀連接支撐桿。

（2）前斜置支撐架：類似“#”型結構，但上下兩個橫置加強片都未超出豎直架，其是長28 cm，寬8 cm，厚1 cm的長方體薄片結構，且兩橫置薄片間隔為12 cm；兩豎直框架均為長56.2 cm，其上下兩端均有一個半徑為2.5 cm的圓形通孔（共4個），框架是寬和厚分別為6.2 cm和1 cm的薄片結構。

（3）傾斜支撐架：是類似梯子型的結構，其總長為490 cm，總寬為28 cm，兩邊直角框高為6 cm、厚度為1 cm，中間橫管是直徑為6 cm、壁厚為0.5 cm圓柱管，兩邊分別為非整圓結構的卡環直徑分別是20 cm和8 cm。

（4）連接銷：連接傾斜支撐桿和豎直桿的銷軸為外直徑為5 cm、厚度為0.5 cm的銷軸管，其一端為直徑為6 cm、厚度為1 cm的突出圓柱塊，另一端打有直徑為2 cm的通孔，便于緊固。

2.2 平置固定架

（1）總長（單位：cm）：（115+120）×2=470。其中115 cm為平置固定架上同傾斜支撐固定架類似的結構，但其是直接和地板連為一體，120 cm為中間為滿足承載整車而補充的部分，并且其總長4 700 mm＞4 587 mm，滿足裝載整車要求。

（2）總寬（單位：cm）：15×2+110+8+（26+2）×2=204。其中：26 cm為車輪固定支撐架的寬度，8 cm為間隙壁壁厚總和，15 cm為叉車貨叉叉孔寬度，110 cm為叉車兩貨叉之間的距離，2 cm為車輪固定支撐架邊框厚度，車輪固定支撐架間距雖略小于車輪間距（1 480＜1 553，1 480＜1 554），但加上車輪固定支撐架寬度則大于車輪寬度（2 000＞1 963，2 000＞1 964），故可以滿足裝載需求。

（3）車架總體厚度為10 cm，其中車輪固定支撐架的類似梯形裝置中的橫桿的直徑是6 cm、厚0.5 cm的橫管，共39根，各橫管間距為3 cm且距兩端邊框2 cm。

3 運輸固定架安裝固定方式設計

運輸固定架的總體結構如圖2~3所示。

圖2 平直固定架總體結構

圖3 傾斜支持架總體結構

汽車支架設計需要滿足一定安全性、便利性、經濟性和適用性要求[8]。故該固定架是水平和傾斜相結合的裝配形式，能夠對不同大小的汽車均能進行運輸，通用性高，且運輸過程中汽車固定穩定，不容易因為發生摩擦碰撞而受損[9-10]，最后確定集裝箱專用汽車運輸的可拆卸式車架裝置結構固定方式為：前支撐裝置包括前傾斜支撐桿、前豎直支撐立柱，這兩個結構之間采用圓柱銷軸進行連接，具體安裝固定位置為前支撐立柱的中上部；前支撐立柱與底部固定架之間為鉸接；傾斜支撐桿與底部固定架也是通過較短銷軸連接；同時前支撐立柱還支撐著傾斜支撐架前端；后支撐裝置是支撐立柱，所述支撐立柱的頂面設有可插入的焊接式支撐桿，中上部設有固定上拉環，尼龍繩帶的一端固定在上拉環上，所述支撐桿底部固定槽下設有下拉環，尼龍繩帶的另一端固定在下拉環上以加固后支撐立柱。采用此連接固定方式汽車運輸固定架，是獨立于汽車集裝箱的具有獨立結構的可拆卸式支架，其既保證了運輸汽車的各種需求，又節省了經濟成本，相信在日后的汽車運輸業中會越來越受歡迎，最終被普遍應用[11]。

4 運輸固定架材料選擇

支撐質量較大的汽車這一類貨物的支架，首先應該滿足強度高、硬度大、韌性適中的金屬材料。這樣的金屬材料有鈦合金、銅合金和鋼。在這3種材料中鈦合金具有很多優點：如材料密度小，強度和比斷裂韌性高，疲勞強度和抗裂紋延展能力好，低溫韌性也良好，抗蝕性能優異，某些鈦合金的最高工作溫度為550℃，預期可達700℃等，但考慮到其造價比較昂貴，所以在本設計中并不適用；銅合金也有物理化學性能優異、加工性能良好，且色澤美觀，具有某些特殊的機械性能，例如優良的減摩性和耐磨性、高的彈性極限及疲勞極限等特點，但是本設計對以上優點并無突出特定要求；Q345鋼材工作的可靠性高、抗震性及抗沖擊性好，制造的工業化程度較高，可以準確快速地裝配，結構室內空間大，容易做成密封結構，且價格較低、質量較輕。因此，選用Q345鋼材可作為運輸固定架的制造材料[12]。

5 結束語

現有汽車運輸設備造價高，容易在運輸途中造成汽車磨損，且在返程運輸時多出現無車可運的運力資源浪費情況。為了有效解決上述問題，本文根據我國汽車運輸行業實際情況，參考借鑒國內外相關整車汽車運輸輔助固定裝置的結構，設計出了一種專用于集裝箱的可拆卸式汽車運輸固定架。本文所得固定架可以增加單個集裝箱的汽車運輸數量，拆卸方便、制造成本低，還可以提高運輸的穩定性和避免運輸過程中的汽車損壞，同時在返運時可以拆卸后集中運回，從而節約集裝箱運力資源，提高多方經濟效益。