三桥半挂车提升桥解决方案选编.doc

34 2008.08 技术与产品 节油环保型半挂车的设计趋势 张家口大地专用汽车制造有限责任公司 袁光涛 1 前言 进入2008年，计重收费政策实施范围的不断扩大，国际 燃油价格的不断上涨，以及各种涨价因素的影响，导致用户 运营成本剧增。数据显示，2000年0号柴油零售价格每升 2.2元左右，2008年6月20日已涨至每升6.23元的水平（北京 油价），涨幅为183.18%。2000年燃油消耗支出仅占运营总 成本的15%，现已升至35.8%[1]，跃居运营成本各项支出的首 位。 在油价屡创新高的今天，用户深知，中长距离运输应首 选牵引半挂车，而选择节油环保型半挂车就是省钱，省钱就 等于多赚钱。举例来说，一辆汽车列车一年行驶15万km，百 公里油耗为40 L，如果节油10%，全年可节省3.74万元，这是 一个很可观的数字。在国家大力倡导节能减排的背景下，对 于半挂车厂家来说，加快节油环保型半挂车的设计步伐，将 会极大??提高企业产品的竞争力，也是抢占市场先机的重要 举措。 汽车列车行驶阻力由空气阻力、滚动阻力、加速阻力和 爬坡阻力等组成，牵引车发动机的功率主要消耗在克服汽车 列车的行驶阻力上。空气阻力主要与车身形状、迎风面积等 有关，特别是在高速行驶时关系更大，但与整车的总质量无 关；滚动阻力、加速阻力和爬坡阻力均与整车的总质量成正 比，因此减轻汽车列车自身质量，是减少这三种阻力的重要 因素，也是降低燃油消耗的有效措施[2]。笔者结合产品设计 的实践经验，认为半挂车的节油设计应从减轻半挂车自重、 减少半挂车空气阻力和选用优质零部件三个方面考虑。 2 减轻自重 国外相关试验数据显示[3]，车辆自身质量减轻10%，可降 低油耗5%～8%。对半挂车来说，减轻自重可以相应提高有 效装载质量，即增大了装载利用系数，提高了运输效率，降 低了运输成本中的燃油费用。 2.1 采用新材料 为适应半挂车轻量化的要求，目前国外厂家在半挂车制 造中大量采用了高强度钢、铝合金、玻璃钢、不锈钢、塑料 等材料。欧洲、北美和日本等发达国家及地区生产的专用汽 车中，厢式半挂车占半挂车总量的80%左右，厢体材料多为 铝合金，车厢结构件和附件也大都采用铝合金型材制成，不 仅自重轻，而且还可以回收再利用。日本的罐式半挂车绝大 多数采用质地较轻的铝合金或不锈钢材料做罐体，既减轻车 辆自重，又提高了罐体的抗腐蚀能力。近年来采用玻璃钢材 质的散货运输半挂车日渐受到用户的关注，这种车整车质量 轻、抗腐蚀性强，适合运送散装的化学原料。 高强度钢板可以制造半挂车车架、车厢、悬架，根据经 验法则，应用高强度钢板的车辆重量可以减轻25%～30%， 通常能减轻28%。比如，通常使用的10 mm厚的普通钢板， 如果换成高强度钢板，钢板厚度仅为7 mm，重量减少30%。 对13 m栏板式半挂车而言，车架若用普通钢板制造重约2 500 2008. 07 35 技术与产品 kg，在同等承载情况不变的条件下用高强度钢板制造约可减 重690 kg（图1）。这意味着该半挂车可获得690 kg的有效载 荷，并且在空载行驶时还节省了燃油。 此外，选用密封性好、重量轻、高强度的塑料工具箱取 代钢板焊接的工具箱，防护装置改用铝合金材料等，同样能 够有效降低车辆自重。 2.2 车架的优化设计 对现有钢结构车架进行优化设计，可以在保证承载能力 和可靠性的前提下减轻重量，如果方案得当还能取得良好的 轻量化效果。比如，半挂车工字形纵梁在车架中所占比重较 大，通过对纵梁上下翼板的厚度和宽度、腹板的厚度和高度 进行优化设计，可以使纵梁在自重最小的情况下，满足最大 的承载能力。仍以13 m半挂车为例，纵梁材料为16 Mn，纵 梁高度500 mm，翼板宽140 mm，原设计纵梁上、下翼板的 厚度为12 mm，腹板厚8 mm，截面模量为1 088 cm3，通过编 程计算，将下翼板厚12 mm改为14 mm，腹板厚8 mm改为6 mm。改进后截面模量为1 118 cm3，承载能力提高了2.76﹪， 而重量减轻了108 kg。若根据等强度原理，将纵梁形状改为 鱼腹梁或通过对车架进行有限元分析计算，合理选择横梁截 面大小并合理布置，同样可达到减重的目的。 无副梁的半挂自卸车 （ 图2） 在欧美已不罕 见，因其自重轻，体现了 半挂自卸车的设计趋势。 为保证箱体强度，一般选 用高强度的钢板。 2.3 选用轻质零部件 半挂车板簧通常为等 截面钢板板簧（图3）， 为减轻半挂车的悬架重 量，提高半挂车的行驶平 顺性，国内已有半挂车生 产企业开始使用少片变截面钢板弹簧（图4）。与传统的多 片等截面钢板弹簧相比，在承载能力不变的前提下，其质量 可减轻30%～40%，有的甚至高达50%。 国外载重汽车轮胎三化（子午化、扁平化、无内胎化） 已相当普