1 随车起重运输车的结构
按起重机相对于汽车的位置,随车起重运输车可分为前置、中置、后置三种结构型式。前置式的起重机安装在汽车驾驶室和车厢之间,是目前应用最广泛布置形式,因其可充分利用货厢面积,并保证起重臂在允许的伸出长度内和相应的运动条件下,能达到车厢的所有位置;此外,因液压泵安装在汽车前部的变速箱处,故从液压泵到起重机液压缸的管道较短,流动阻力小,液压传动效率比其它布置型式高。本文后续仅讨论前置式随车起重运输车底盘的开发要点。
2 随车起重运输车底盘设计要求
在进行随车起重运输车底盘设计时要从整车开发的角度出发,确定各项性能参数和尺寸参数。首先,整车必须满足《QC/T 459-2004 随车起重运输车》的要求,其次整车外形尺寸和空满载质量、轴荷等必须满足《GB1589-2004道路车辆外廓尺寸和轴荷及质量限值》和《GB7258-2012机动车运行安全技术条件》的相关要求。
2.1 轴距的确定
轴距是重要的性能参数,它影响车辆外形,影响轴荷分配,也影响到车辆的机动性、操纵稳定性和行驶平顺性等。同普通货车相比,随车起重运输车的轴距较长,以便起重机的空间布置和选用尽量长的货箱,提高载质量。
在总布置设计时,先根据整车长度限值、起重机外形尺寸及布置方式确定货箱长度,然后依据前后悬长度初步确定轴距。轴距确定后再根据整车轴荷分配进行车架受力分析、前后桥承载能力验算、整车制动性能验算等相关计算。依据计算结果,并参考现有车型轴距,最终确定设计车型轴距。
双前桥车型前轴距确定时,一定要充分考虑起重机的安装,以避免安装起重机的骑马螺栓与双前桥转向系统零部件发生干涉。例如欧曼6×2和8×4平板车前轴距为1800mm,而6×2和8×4随车起重运输车底盘的前桥轴距则为2100mm,以提高起重机的装配工艺性,便于匹配更多型号的起重机。
2.2 轴荷分配
在分配随车起重运输车轴荷时,起重机的位置直接影响前后轴荷的分配,同时起重臂在车辆行驶状态下所处的位置也影响轴荷分配。起重臂的位置通常有三种:位于驾驶室上方、位于货厢上方、位于驾驶室与货厢之间(折臂式吊机一般是这种情况),其中当起重臂位于驾驶室上方上时,前轴承受载荷最大。
3 随车起重运输车底盘设计要点
根据上述分析,随车起重运输车底盘设计时应重点考虑:
3.1 加强前桥
在设计随车起重运输车底盘时,应根据轴荷分配,适当提高前桥承载能力并对前悬架系统做相应加强。例如欧曼4×2随车起重运输车是在普通平板车的基础上将前桥额定承载由4.2吨增加到5.5吨,前板簧尺寸由12×75增加到12×90,以适应承载要求。
3.2 车架局部加强
由于起重机置于驾驶室后方,给此处的车加增加了一个集中载荷。同时起重机在起吊作业时,此处车架要承受很大的扭矩,因此需对此处车架进行局部加强。
最常见的加强方式为:增加槽形加强板或L形加强板,加强板厚度一般为5-7mm。在车架设计时一般将加强板设计在车架纵梁内侧,其长度在满足强度要求的条件下还应保证其前端至少超过前板簧后支架,后端至少超过车架三横梁,或与三横梁完全重合,或与三横梁充分错开,以免形成应力集中。欧曼随车起重运输车车架纵梁在安装起重机的部分都增加了5mm厚的槽形加强板。
加强板的两端,截面尺寸应逐步变小,以免刚度发生急剧变化,形成应力集中。通常采用的方案有图1所示几种:
车架进行加强设计后应按实际受力情况进行强度分析以确认加强效果,一般可采用有限元分析方法。
3.3 副车架及其联接固定对主车架的影响
副车架安放在主车架与起重机之间,用于支承起重机,加强主车架。
如图2所示,副车架与主车架之间采用U型螺栓进行联接,并通过限位板将主车架与副车架连接在一起对副车架进行纵向限位。
U型螺栓扭紧力矩依据U型螺栓直径确定,如下表所示:
在安装起重机的U型螺栓联接处,在起重机的重量和U型螺栓的扭紧力的双重作用下,此处主车架纵梁局部受力很大,为防止其局部变形,一般在纵梁内部加装撑板进行加强。加强撑板结构形式有图3所示几种。
其中外弯板-螺栓固定式结构由我们自行设计,较之其它三种结构,其优点是:
1)车架撑板与车架纵梁间的开口足够大,管线通过性好;
2)车架撑板前后两侧均为圆弧过渡,管线分枝与其接触后不会被割破;
3)车架撑板的立板具有近似圆弧形结构,其两侧还有两条加强筋,所以其刚性好,能承受更大的压力;
4)车架撑板设计有导向斜面,安装方便;
5)车架撑板设计至少一个联接孔,能更方便地调节其在车架纵梁上的前后位置。
3.4 起重机系统的布置对底盘各系统布置的影响
3.4.1 起重机布置的影响
1)确定起重机位置时要考虑举升油缸的回转半径,避免其与驾驶室和货箱干涉,其与驾驶室和货箱间应留有30mm以上的间隙。
2)空滤器最好是内置式(装在驾驶室下),如是外置,则尽可能向前侧和内侧方向靠近,避免其与起重机支腿发静、动态干涉。两者间应留有25mm以上的间隙。当某些车型燃油箱位置靠前时也应考虑其与吊机支腿的干涉问题,两者间也应留有25mm以上的间隙。