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1、第一章 绪论第一节概述1 1国标 GB3730.183 对半挂车的定义为：由半挂牵引车牵引并且挂车最大总质量的相当一部分由牵引车承受的挂车。由此可认为，用于承载货物的货箱及底架,前端籍牵引座支承于牵引车，后端通过悬挂、半挂轴和车轮支承于行驶路面，这种形式的挂车称为半挂车，它与牵引车组成半挂汽车列车（图 2-1）。车产生的作用，是行驶表面通过车轮作用于牵引车的四个外力之外的第五个外力，所以称为第五轮。根据定义,显然半半挂车通过牵引座对牵引挂汽车列车有牵引座，而全挂车没有牵引座，这图 11 半挂汽车是两者在结构上的主要区别。通常提到挂车一词,是全挂车和半挂车的统称.第二节半挂车运输的优势一、半挂车
2、运输比单车优越，因为在同等载质量的情况下，半挂车的运输生产率高，比 4t 和 5t 货车的运输生产率要高 46 倍，运输成本低 8590,单位运输工作量使用油耗 L/（t100km）的降低 2030；营运成本降低 30%50;挂车制造简单、修理费用低，保养方便;货箱承载面高度可以做得很低，以利提高货物装卸的方便性和车辆行驶稳定性；易于完成不解体的整机、重型机械的运输以及特种运输和专业运输。二、半挂汽车列车运输优于全挂汽车列车运输在于,经济性好；结构简单;工艺性强、外廓尺寸小、总长度短；机动性好。由于牵引车可制成短轴距，所以有可能减少最小转弯直径，易于实现倒车;停放场地和占地面积小；行驶性能较好
3、、安全性较高以及保修费用较低。第三节半挂车市场发展前景一、国内半挂车行业市场分析22半挂车，与其说它是一种车型不如说它是一个具有着很好兼容性与方便快捷性的公路运输方式.说到兼容性，就是这一分类当中可以包括：厢式半挂车、罐式半挂车、平板半挂车、集装箱半挂车、成品车辆运输半挂车等品种.而且还可以在厢式半挂车的这一大类里又分出保温半挂车、冷藏半挂车、保鲜半挂车等，可以说在每一个大类的下面都能分出大量的细分车型。而且国家管理机构对半挂车也给出了如下规定：“专用半挂车的术语和定义是将专用汽车同类结构产品术语中的车字改为半挂车，定义中的汽车改为半挂车即可”.所以说,半挂车对于其他车型的替代作用是非常明显的
4、,这也就是专用车中半挂车比例最大的主要原因.而说到它的方便与快捷，则“甩挂运输”就是半挂车1这一特性的最好诠释.这种国际通用的半挂车“甩挂运输”方式已经逐渐得到社会的认可。在天津、上海、深圳等大型港口码头一车多挂的运输方式早就在大范围地应用着。在国内公路运输行业发展的将来，一车多挂这种高效的运输方式绝对不仅只是港口码头的专利，而且还是大型汽车运输公司、货场、车站乃至个体运输的首选模式。另外,业内专家也进一步证实,与“单体式汽车相比,半挂车更能够提高公路运输的综合经济效益。运输效率可提高 3050%,成本降低 3040%，油耗下降 2030。更重要的是，半挂车的使用，还能对我国物流的组织形式起到
5、一定程度的促进作用（一）产品用户市场分析物流运输业可以说是半挂车产品的最大需求市场。目前国内大大小小货运企业算在一起将近 300 万家.其构成型式按功能与服务范围来分，可以分为如下两种:综合性物流公司（规模较大、资金雄厚、并且具有良好的物流服务信誉）、功能性物流公司（如运输公司、仓储公司、流通加工公司、单一功能、仅仅承担和完成某一项或几项物流功能）。按来源划分可分为：传统国有大型运输企业改制形成的物流服务商、国外市场成功运营多年的大型跨国物流供应商、大型企业内部的原物流运输部门改建成的物流服务商、中外合作合资的物流服务商。在上述划分的物流运输企业之外，还有大量的规模小、服务功能单一的非物流的运
6、输企业，这部分占据了整个物流运输行业的很大一部分，而其中很多都在做着空车配货、为企业承担部分货物运输等小生意。还有一部分被一些大型的运输企业整合在一起分担着港口、码头、货场的货物运输，大企业有活儿时忙一阵，闲时就自己到车站或码头“蹲坑”找点零担生意。他们在购买半挂车产品时，对于产品的吨位、能耗、价格、能否改装等环节特别敏感，而他们了是非法改装企业的重要用户，有时往往是他们在左右着生产企业产品的技术标准，如果你不按照他们的意愿与要求去做,他们很可能就会考虑去购买别人家的产品。在功能性物流公司当中的专业运输公司，其在理论上讲,根本就不能算是真正的物流企业，他们当中也分为两种,一种是拥有自己的车队，
7、另一种是挂靠在正规物流企业(准确说是功能单一型的货代)身上的三、四流的货代企业,自己的车辆不多甚至没有自己的车辆，只是靠着销售人员的销售能力可以拉来大单生意，然后再把生意委托给个体运输散户，这种业态目前在国内大概有 2 万多家。前一种,他们的服务功能仅限于为货主拉拉脚儿，赚些运输费用。但不能忽视的是，他们是未来半挂车产品的最大用户。这些企业目前的运输设备多数都是不规范不符合行业管理标准的，在半挂车重新上牌政策推出时，他们的抵触情绪相当大。所以他们当中的大部分便成了双超治理的整顿对象。但随着国内治理政策与运输行业管理法规实施的逐步深入、半挂车上牌而养路费减半政策的相应推出，这些企业运力结构必然有
8、一个更大的调整.那时其对于半挂运输车的需求会很大。后一种企业，目前发展得也很快,从 2004 年 7 月起，我国政府对于货代企业的管理方式由限制性审批调整为注册登记，无疑为那些中小企业开出了经营上的绿灯。他们对于运输散户有着很大的整合能力,他们的一些管理规则在一定程度上影响着个体2运输散户对于半挂运输产品的需求与选择。其中一些做得较大的企业已经拥有了必要的设备与技术条件，比如:或自营或合资或独资租赁的仓库、堆场、车队等。随着国家货代行业相关管理政策的逐步实施，货代行业必将克服“小”（经营规模和资产规模)、“少”(服务功能和专业人才）、“弱”（竞争力和融资能力)、“散（服务质量参差不齐、缺乏网络
9、或网络分散、经营秩序不规范)、“低”(信息化及营销水平)的五大典型不足,用不了 2 年时间,这一领域必将发展成为含金量较大的半挂车市场。国有传统的物流运输公司,比如中国海运、中远、中国物资、中外运为代表，多是国家投资,他们在国内及专属行业里拥有别人难以比拟的网络优势和规模，这让他们长期以来养成一种国企老大的心理优势及傲慢作风。他们对于半挂车产品的需求相当大,往往是一次性大批量采购。在产品采购方面对于企业背景、技术能力、企业在业内的品牌形象等环节较为关心,对于价格一般情况下并不敏感。他们的产品购买方式大多以投标形式进行。但由于国有企业固有的管理上的弊端使其在招标过程中往往会出现“暗标”、“黑标”
10、、高价出售标书等不规范的操作现象。特别是在专用车采购招标这一业务领域，种种“猫儿腻”已经成了专用车生产企业老板的一块挥之不去的心病。在采购规律上，上述这些企业中的大部分，其运输设备的采购具有着一定的时间性和季节性。一般情况下，都是三月份进入运输旺季,旺季的高峰期则在 79 月份，而此时也正是运输车辆采购的高峰期。在高峰期间，上述这些企业不管是国有的还是私营的，或者是服务单一的企业，都会表现出一定的产品采购动机与实际购买行为。（二）半挂车的行业现状经过多年的发展,我国的半挂车行业已经初具规模，从行业协会的统计数据上看，目前国内半挂车生产企业非法与合法的算在一起约为 400 多家。从多年前的小比例
11、、小规模发展到现在占据专用车销量的最大比重。虽然半挂车产品目前已经在技术方面有了很大的进步，但与其他车型相比，它毕竟属于技术含量低、生产工艺简单、劳动密集型产品。几十个，甚至十几个人使用一些简单的工具就可以完成半挂车产品的组装，而且目前半挂车的三大总成（车轴、支架、牵引座)已经形成了专业化批量生产，其中不论是外资生产的、还是合资与国内独资生产的，都应有尽有.而此时留给半挂车企业的,就只有自己生产车架、外购关键总成、然后进行组装的份儿了。正是这一特性使得它的行业进入坎级非常之低,使得大多数企业都把投资的目光转移到这一行业领域上来，而也正是这些企业的进入风潮导致了如下局面：非正规厂家的产品粗制滥造
12、；用户难以在质量、性能和服务上得到应有的保障；路边野店的拼装车以正规企业无法相比拟的价格优势几乎占据着半挂车市场的半壁江山;用户单纯看重价格，购买行为不够成熟。也正是这一局面在很大程度上（期间更有其他载货车企业非法改装的因素）上促进了国家双超治理、产品行业标准限定、半挂车辆单独上牌等相关管理措施的出台。届时对于行业的违规现象将有一个更大的治理与遏制，使得行业在产品技术与本身经营自律等方面提升到一个新的高度与水平。3与发达国家的交通运输行业相比,我们还有着很大差距。在北美、西欧等公路网络比较发达的国家，以牵引车脱挂半挂车组成的汽车列车的运输方式占了总运输量的 7080。国际的主流运输方式是甩挂运
13、输,即一台牵引车配多个半挂车，俗称一车多挂，送货时牵引车拖着挂车到达指定地点后，连车带货一起甩下，然后再拉着另一辆挂车货物出发或返回来路.这种运输方式成本更低、效率更高、周转更快。但短时间内在国内整个运输行业,还难以全面实施与推广。个中原因除了地区间的地方保护主义所导致的明显收费差异之外,半挂车与牵引车在牌照管理政策上所导致的运输成本虚高也一个重要的因素。既然甩挂运输方式不能大范围地加以采用和推广，那么，半挂车在运输行业的的利用率也打一个很大的折扣,而产品的市场需求也要出现一定程度的减量。尽管半挂车产品在整个专用车市场上占有着较大的比重,但如果要把半挂车保有量与整个运输市场上普通载货车保有量、
14、半挂车市场占有率与整个载货车市场总量这两组数据变量做一下比较，就会发现我国的半挂车形势不容乐观。以与美国相比为例,美国在过去的 30 年里，其厢式半挂车占挂车总销量的 70%，是美国交通货运的主力车型，而且在未来的 5 年内，预计其厢式半挂车仍将占据着 69%的市场份额。未来 5 年内，干货厢式半挂车占厢式半挂车总销量的 76.6%，呈上升趋势，仍然是美国陆路货运的主要运输工具。而厢式挂车仍然是其中最重要的运输车辆。而目前国内，就是专用车的市场份额才只占分部货车的 30%多,而半挂车在整体专用车当中又不到三分之一的比重。这与发达国家专用挂车比例相比，则有着很大的距离。半挂车行业本来就是一个进入
15、坎级较低的产业,因此,近年来随着各个中小企业的纷纷涌入,整体半挂车行业一直呈现出品牌集中度低、价格体系混乱的现象，而中集此时的介入无疑正逢其时.目前中集的产能尚不足行业的 20，而其营销重点也主要集中在华南一带，对于其他半挂车企业的产品市场还没有构成实质性的重创。但也应该看到这样一个事实，2003 年是中集进行产业布局的一年，2004 年是中集进行产业热身、营销蓄势的一年。而其正式的市场发力必将是震慑专用半挂车行业的 2005 年，到时人们会看到一个集团化运作的产业旗舰破冰沉闷的半挂车市场的宏观场面,此时我们暂且先拭目以待吧.二、半挂车行业市场的未来展望随着国家交通运输业相关管理政策实施的逐步
16、到位，地区间地方保护主义政策的逐渐撤消，甩挂运输这种高效、经济、节能、环保并完全优于单体货车的运输方式必然成为物流运输行业的首选,而半挂车将迎来一个需求放大的井喷时期。中国轿车市场经过了 2004 年的市场洗礼，各个企业都深深懂得了营销之于汽车行业的重要程度,而汽车产品的物流配送显然就成了捕捉瞬间商机成功与否的关键。“零公里、“零距离”购车成了目前购车用户最大的消费特征；各个企业的产能还在不断扩大，轿车生产企业与经销商又遍布在全国各地，而面对 2004 年这样激烈的市场竞争，那些相距较远的企业与经销商之间的产品运输效率就成了决定竞争成败的关键。利用铁路运4输无疑于等死，利用单体载货重卡又影响运
17、输效率，那么车辆运输专用半挂车就成明智的首选。况且,在各家企业产能都在不断放大与物流效率亟待提高的双重前提下,车辆运输半挂车的大量需求就更成了预料之中的事情了。第四节半挂车的分类一、按半挂车车轴数分类半挂车按车轴分类通常可以分为单轴、双轴、三轴和多轴四类（图 13）。图 1-3半挂车按车轴数分类单轴半挂车是最简单的半挂车，国标 GB6420-86 规定半挂车总质量 13。3t 以及 13。3t 以下都为单轴。其整备质量小、制造方便，并且轮胎磨耗和燃油消耗较少.随着所要求的半挂车装载质量的增加，为了不超过轴负荷和总载量的规定，主要途径是增加半挂车轴数。二、按半挂车的结构特点分类半挂车按结构特点分
18、类可以分为变轴距半挂车、车轴可提升的半挂车、多牵引销半挂车以及活动牵引销半挂车等。可变轴距半挂车可以是轮距相对半挂车车架移动的形式.我国的 J10BZ、J15BZ 和J140BZ 转载质量分别为 7t、8t 和 10t，纵梁可伸缩,货箱长度在 7 11m 内变化。车轴可提升半挂车，在提起轮轴后改变了附着条件，减少行驶阻力和轮胎磨耗,但结构复杂,其执行装置为气动或液压元件.多牵引销半挂车,一般有双牵引销和三牵引销式。三、按形式和用途分类半挂汽车列车的使用范围和广,按形式和用途分类实际上包含了所类别的专用汽车，在基本型即普通栏板式半挂车和低平台半挂车的基础上，可按 GB6420-86 分类如下：平
19、板半挂车、低平板半挂车、凹式平板半挂车、箱式半挂车、自卸半挂车、集装箱专用半挂车、集装箱平板半挂车、集装箱栏板半挂车、液罐半挂车、粉状集装箱半挂车、牲畜家禽半挂车、预制件半挂车、长货半挂车、冷藏半挂车、横伸半挂车、纵伸半挂车和组合半挂车等。四、按半挂车驱动方式分类(1）自驱动半挂汽车列车，半挂车上装有发动机驱动，列车共装置两台发动机。南京电子工程研究所、南京汽车研究所和 705 厂曾分别联合批量研制过自驱动半挂汽车列车。（2）自驱动半挂汽车列车通过性好,具有军事和野外作业的意义。由于减少了牵引5车功率，因此使列车尺寸减小，提高了行驶稳定性、机动性和经济性.在半挂车上增加导向轮后还可以在摘挂后单
20、独使用半挂车,但结构较复杂。（3)其他驱动半挂汽车列车即通常的半挂汽车列车，半挂车本身不装置发动机及其传动装置。第二章 方案论证与设计第一节 半挂车的总体结构半挂车的主要结构形式有平板式、阶梯式和凹梁式。平板式半挂车:整个货台是平直的，且在车轮之上,适于运输钢材、木材及大型设备(如图 2。1 所示）。图 2.1 平板式半挂车阶梯式半挂车：半挂车车架呈阶梯形，货台平面在鹅颈之后，最早的阶梯式平板半挂车，其鹅颈均为弧形结构,在鹅颈上端形成第二货台平面。由于阶梯式结构货台平面降低，从而适合运输各种大型设备、钢材等（如图 2。2 所示）。图 2。2 阶梯式半挂车凹梁式半挂车：其货台平面呈凹形具有最低的
21、承载平面。凹型货台平面离地高度一般根据用户要求确定,适合超高货物运输（如图 2.3 所示）。图 2。3 凹梁式半挂车图 2.4 为所设计的集装箱拦板半挂车.车架前端下部的牵引销 1 与牵引车的牵引座配合牵引半挂车行驶，并在转向时完成牵引车和半挂车之间的相对转动。车架2 上的载荷通过牵引销座 1 和悬架系统 5 分配到牵引车和半挂车车轮 4 上；当脱挂时，半挂车前部载荷由支承装置 3 承受。半挂车制动系统 6 与牵引车连通,达到二者同步制动；半挂车也装有驻车制动器.图 2。4集装箱拦板半挂车1牵引销;2车架；3支承装置；4车轮;5-悬挂系统；6-制动系统33该车采用的是直通式纵梁车架，其纵梁断面
22、为工字型焊接结构，上翼平直，下翼板折线，腹板用钢板剪切加工成阶梯形，焊接后应有足够的强度。车架横梁采用冲压槽钢，通过纵梁腹板的孔贯穿于两根纵梁之间，有的横梁和上翼板、腹板焊接在一起；有的则与上、下翼板之间留有间隙.这种贯穿式车架既有一定的强度，又允许车架有一定的弯曲扭转变形,已逐渐取代断开横梁。在车架上还焊有牵引销、支承装置安装架、备胎架和边梁等。6第二节半挂车和牵引车的联接半挂车和牵引车的联接尺寸如图 2。5,表 2-1 所示，图中H为牵引座无负荷时接合面离地高度；H1 为支承装置起升后半挂车结合面离地最小值；Cf、Cr不小于 70mm.M不小于 8。5t 的L、Rf、H、H1和L1值适用于
23、半后轴牵引车,也适用于双轴牵引车.图 2。5半挂车和牵引车的联接尺寸表表 2 21 1半挂车连接装置互换尺寸半挂车连接装置互换尺寸4M（t)4 46.5L 最大800900Rf 最大Rr 最大H（mm）H1（mm）L1（mm）1400131015401600160020001130116010801110550113011871080113755011871226113711767501226131511761265750125014001200135075014701550166719002200 6。58。5 1000 8.51010001017 17120016002050不大于 140
24、0 不大于 1350 750一、半挂车的前回转半径和牵引车的间隙半径半挂车的前回转半径Rf是指牵引销中心至半挂车前端最远点水平面内投影的距离。牵引车的间隙半径Rf+Cf是指牵引座中心至驾驶室后围或备胎架（或其它福建，如空滤器等）的最近水面内投影的距离。为了保证半挂车和牵引车在运行中不产生干涉，一般要求(Rf+Cf）Rf 150 mm。二、二、半挂车的间隙半径和牵引销的后回转半径半挂车的间隙半径Rr+Cr是指牵引销中心至支承装置上最近点水平面内投影的距离。牵引车的后回转半径R是指牵引座中心至牵引车车架后端最远点水平面内投影的距离。一般要求（Rr+Cr）-R 70 mm。三、三、半挂车的前悬距离半
25、挂车的前悬距离L是指半挂车牵引销中心至半挂车最前端水平面内投影的距离.四、半挂车相对于牵引车的前俯角和后仰角前俯角和后仰角如图 2.6 所示。图 2。6半挂车的前俯角和后仰角 前俯角 后仰角7前俯角是指半挂车前端最外点和牵引车车架相碰时，半挂车和牵引车在纵向平面内的相对夹角；后仰角是指变截面前的纵梁下翼板和牵引车尾端相碰是在纵向平面内的相对夹角.通常前俯角=7o14o，道路条件好时,取小值，道路条件差时,取大值。后仰角对于普通公路运输=8o10o，对于越野运输=15o左右。第三节半挂车的支承装置5 5半挂车均有支承装置，安装在半挂车的前部，起支承半挂车的作用。还可以通过支承装置的手摇驱动机构升
26、降半挂车的前部高度，以利于牵引车的接挂和脱挂.在运行状态时支承装置需要收起。一、支承装置的要求（一）脱挂时能可靠的保持半挂车处在水平位置；（二）脱挂和接挂时能迅速升降，轻便地协调其高度;(三）结构简单,有足够的强度和支承刚度。二、支承装置的分类(一）按操作方式分:有联动支承和单动支承.前者只需在一边操纵就可以使两边支承装置同时升降，而后者则需在两边单独操纵。（二）按支承管截面形状分：有圆管、方管、八角管支承。（三)按齿轮传动机构分：有单级、双级和三级齿轮传动支承。（四)按支承管的结构分:有基本式和折叠式支承,前者支承管不能折叠。（五)按支承脚的形式分：有铰接式、橡胶垫式、球绞式和滚轮式支承。本
27、车采用联动、方管、三级齿轮、基本式、铰接式支承装置（如图 2。7 所示）。三、支承装置的选择(一）支承装置的位置支承装置的位置，应保证半挂车在满载时，支承装置上的载质量不超过半挂车总质量的一半。（二)支承装置的高度和行程支承装置的高度和行程是按总布置确定的半挂车承载面的高度，并根据支承装置收起时要求的最小离地间隙确定。基本式联动支承装置图 2。7（三）支承装置的质量支承装置应根据半挂车的总质量几支承装置的位置等参数,求出作用在每一支承装置上的承载质量.考虑到支承时支承装置的不同步、装载不均性、地面倾斜以及装载时的冲击载荷等，故需要乘以一个附加载质量系数=1。11。3，既为支承装置的支承质8量。
28、从目前我国半挂车吨位范围，只需选择二、三种支承质量的支承装置，就基本可以满足使用要求。半挂车载质量 1015t,支承质量为 20t。半挂车载质量 1530t，支承质量为 24t。半挂车载质量 3060t,支承质量为 32t。第四节 半挂车牵引联接装置的选择66牵引连接装置是汽车列车的重要组成部分。它把牵引车和挂车机械地连接起来,传递并承受两者之间的连接力和其他作用力，并使挂车实现转向。商用汽车列车的运输特点要求牵引连接装置具有完全的互换性.由于汽车列车的牵引连接装置差不多都以标准化和系列化，因此汽车列车牵引连接设计的任务，就是根据列车的类型、总质量和使用条件等,根据制造企业提供的部件系列的型号
29、和承载能力以及价格等其他因素进行选择和使用。半挂汽车列车牵引联接装置的基本形式是牵引座牵引销的组合。牵引销安装在半挂车车架前部的牵引板上，牵引座安装在牵引车车架上，并有分离联接机构和锁紧机构，以保证牵引座与牵引销的可靠联接或分离。根据 GB/T4606 和 GB/T4607 的规定，最大总质量小于或等于 50t 的半挂车鞍座应该选择直径为 50。8mm 的 50 号牵引销；最大总质量大于或等于 50t，小于或等于 100t 的半挂车鞍座应该选择直径为 89mm 的 90 号牵引销。本车总质量为 40t,根据选择标准选用的牵引销类型为 50 号牵引销,其结构尺寸如图 2。8 所示。图 2.8 5
30、0 号牵引销第五节半挂车的车架设计 7 7、88、99、1010车架是车辆的骨架，是车辆的重要承载部件，连接着各个主要总成，承受着复杂空间力系的作用.一般,车架应该具有足够的强度、合适的刚度，在保证刚度和强度的前提下质量最小,以及结构应尽量简单等。随着高速公路的发展，车速不断提高，因而要求车架要具有足够的抗弯曲变形和抗扭转变形的能力。半挂车车架的特点，主要是车架的前部要安装牵引销及其底板,并通过牵引销与牵引车的牵引座连接.这样,车架的上面就高出牵引车车架许多。为了使货物的装载质心降低，保证起初列车必要的行使稳定性，就必须使车架后部的货箱底板平面尽量低一些.下述三种车架结构形式都与这一特点相关。
31、同时，半挂车的轴距一般都较长，为了减轻挂车车架的总质量，有时便在纵梁的副板上打一些孔。这些圆孔或方(长方)孔，也为(制动）管、(电）线的通过提供了方便,同时也为了车架的装配、维护和修理提供了某些便利.因此，车架设计时应满足以下要求：9（1）满足总布置要求：牵引车车架的前端宽度最大值受转向轮最大转角的限制，最小值取决于发动机的外廓尺寸;车架的后端宽度的最大值则需要根据轮胎和钢板弹簧的宽度和安装情况而定。（2）必须有足够的强度：要保证车架在各种复杂的工作条件下长期使用时不至发生严重的损坏.（3）要有合适的刚度:一方面，在各种使用条件下车架不能有很大的变形，要使固定在车架上面的各总成和部件在车架上的
32、相对位置变化不大，保证它们能正常工作而不发生运动干涉或运行噪声;另一方面，车架的刚度，尤其是扭转刚度不宜过大，以免在通过不平道路时使车架发生不必要的断裂现象，同时，还要与车辆的悬架角刚度相匹配。(4）节省材料、减轻质量：在保证车架具有足够的刚度和必要的强度的前提下，应尽量简化车架的结构，减少材料的消耗，以降低生产成本.同时，车架还应便于制造和维修。车架设计时，应注意以下问题：(1）车架的各个构件几乎都是冲压件，因此，各构件的形状要尽量符合冲压工艺的要求，拉深量不能太大，余料也不能过多,以节省材料；(2）由于在每个截面上的扭转应力总是在上、下翼面的翼缘处最大，因此在车架上、下翼面上应尽可能不要钻
33、孔、开口或有其他工艺缺陷。在前后轴之间车架纵梁的下翼面、后悬架部分纵梁的上翼面等都禁止钻孔.在车架纵梁的腹板及横梁上钻孔时,孔间距和孔大小都应符合规定.(3)在车架上焊接零件时，应该采用与车架材料焊接性能相同的材料进行焊接.不能随意地在车架上进行焊接。必须焊接时，应注意车架的圆角等处不允许焊接.（4）对于承受扭转应力的构件，应尽量采用抗扭刚度高的箱形和圆管等闭口截面来制造。(5）为了避免材料折弯时产生破裂，车架的内圆角半径应比板材的厚度大一些，对于 16MnL 钢的材料，一般内圆角的半径应等于板材厚度的 1.5-2 倍。(6）纵梁若要有加强板，由于纵梁在加强板处的扭转应力下降，但在离开加强板处
34、的扭转应力反而又增大，故应使加强板的形状向两端逐渐减小,从而得到缓和、过度的扭转应力.（7）纵梁的扭转应力是按不同位置的横梁分段的，每段与横梁连接处扭转应力或为最大或为最小，如果在两根横梁之间加装一根横梁，则车架的扭转应力提高、加装横梁处的扭转应力增加，而纵梁在与原来两根横梁连接处的扭转应力反而下降，布置横梁时应注意这个问题.（8)对车架需要加强的地方，可采用这样的加强方式：将槽形断面的加强板附加在纵梁的内侧或外侧，加强效果十分显著；采用L 形断面的加强板附加在纵梁承受拉伸应力的一侧;将纵梁的加强成为箱形断面，方法简单,加强效果也较好,但对其扭转刚度有一定的影响；在翼板上加强，但效果不明显。1
35、0一、纵梁的选择车架的纵梁结构是根据货台形式要求，相应的有平板式、阶梯式、凹梁式或桥式等三种，如图 2.9 所示。纵梁截面有工字形和槽形,纵梁截面有工字形和槽形，为防止上下翼缘受拉伸和压缩作用而破裂，按薄板理论进行校核,其弯曲应力不应超过临界弯曲应力.翼缘最大宽度一般不超过 16(为钢图 2.9 车架纵梁的形式平板式阶梯式凹梁式板的厚度），对于大吨位半挂车多采用工字形截面梁。纵梁截面高度根据吨位不同有较大的差异。可参考以下尺寸：载质量 15t，主截面高300mm 左右;载质量 2030t，主截面高350450mm；载质量4050t，主截面高 450550mm。半挂车车架纵梁沿其长度方向截面尺寸
36、的变化，主要根据弯曲强度计算和总体布置确定。车架纵梁均采用高腹板结构，主截面的高和翼板宽度之比为 2.74。2。本车主截面的高和翼板宽度之比为 3.125。目前各生产厂家为了便于产品变型和多品种生产,规定了纵梁腹板、翼板尺寸规范，从而可采用几种规定尺寸的腹板和翼板的组合,来满足各种吨位半挂车车架纵梁的要求.本车纵梁的主要参数：主截面高为 500mm；腹板厚度8mm;上翼板尺寸 14016;下翼板尺寸 14016；变截面加强搬尺寸 1108。采用汽车大梁专用钢 P510L 钢板焊接而成。二、横梁的选择横梁是连接左右纵梁组成车架的主要构件。横梁本身的抗扭性能及横梁在车架上的分布，直接影响着车架的内
37、应力及车架的刚度，合理地设计横梁可以保证车架具有足够的扭转刚度。半挂车车架中的横梁有冲压成型或直接采用型材，前者比后者轻 15 20%，一般前者采用比较广泛.常见的横梁结构有：（1)圆管形具有较高的扭转刚度，但因纵梁截面高度较大，为使载荷从整个截面传递到横梁上，必须补焊许多连接板，故增加了车架的质量、成本高、工艺复杂。另外，当扭转较严重时，连接板处应力较大。因此圆管形横梁一般只布置在车架纵梁的两端，靠近下翼板,增强车架整体扭转刚度。11(2)工字形对载荷传递较为理想,但纵梁翼缘和横梁翼缘连接，对扭转约束较大,因而翼缘产生的内应力较大。（3）槽形多用钢板冲压成型,制造工艺简单、成本低，为许多厂家
38、采用，但扭转刚度较差。（4)箱形和圆管形横梁有类似的特点,具有较好的抗扭性。横梁的截面尺寸通常用类比法确定。从产品的系列化、标准化和通用化考虑,应采用一、二种规格尺寸的横梁，在布置上采用疏密不同的方式来满足各种吨位级别半挂车的要求。横梁在布置时，其间距为 7001200mm，视实际情况也可不遵循此规格。本半挂车的中横梁采用的是钢板冲压的 U 形横梁。贯穿横梁、前部边横梁和前部中横梁采用 8热轧普通槽钢.三、纵梁和横梁的连接车架结构的整体刚度，除和纵梁、横梁自身的刚度有关外,还直接受节点连接刚度的影响，节点的刚度越大，车架的整体刚度也越大.因此，正确选择和合理设计横梁和纵梁的节点结构,是车架设计
39、的重要问题,下面介绍几种节点结构.一、横梁和纵梁上下翼缘连接(见图 2.10（a）这种结构有利于提高车架的扭转刚度，但在受扭严重的情况下，易产生约束扭转，因而在纵梁翼缘处会出现较大内应力。该结构形式一般用在半挂车鹅劲区、支承装置处和后悬架支承处。(b）(a）（c）图 2.10 半挂车纵梁和横梁的连接二、横梁和纵梁的腹板连接（见图2.10（b）)这种结构刚度较差,允许纵梁截面产生自由翘曲，不形成约束扭转.这种结构形式多用在扭转变形较小的车架中部横梁上。三、横梁与纵梁上翼缘和腹板连接（见图 2。10（c）)这种结构兼有以上两种结构的特点，故应用较多.四、横梁贯穿纵梁腹板连接（见图 2。11）这种结
40、构称为贯穿连接结构，是目前国内外广泛采用的半挂车车架结构。它在贯穿出只焊接横梁腹板，其上下翼板不焊接,并在穿孔之间留有间隙。当纵梁产生弯曲变形时，允许纵梁相对横梁产生微量位移，从而消除应力集中现象.但车架整体扭转刚度较差，需要在靠近纵梁两端处加横梁来提高扭转刚度.图 2.11贯穿式横梁结构12贯穿式横梁结构,由于采用了整体横梁,减少了焊缝，使焊接变形减少。同时还具有腹板承载能力大，并且在偏载较大时,能使车架各处所产生的应力分布较均匀的特点。四、纵梁强度计算 11 11、1212汽车传统设计理论认为，在纵梁设计中,通常只对纵梁进行简化的弯曲强度计算,以确定纵梁的截面尺寸.根据上述理论设计纵梁时做
41、如下假设:（一）纵梁为支承在牵引销和后轮上的简支梁；（二）空车时的簧载质量均布在左右两纵梁的全长上,满载时的有效载荷则均布在承载面的全长上；（三）所有作用力均通过载面弯新(忽略不记局部扭转所产生的影响）。所以本文在建立数学结构模型工作中，分析纵梁承载情况和受力状况时先设计计算的力学模型,尽管实际承受载荷情况错综复杂，总的来说，纵梁重要承受静载荷和动载荷(对称垂直、斜对称)，可把纵梁结构简化为支承在牵引销和后轴上的简支梁作弯曲强度计算。因车架结构左右对称受力相差不大,所以可对其一侧纵梁用传统的设计理论进行强度计算。其计算过程大致如下（由于计算过程复杂,我们可利用 VB 软件进行编程计算，其程序见
42、）:纵梁和不贯穿式横梁均采用 P51OL，P51OL 具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度、冷冲压、切削加工性、焊接性能等。P510L 钢的综合性能明显优于 Q235A 和 16Mn，是攀钢集团专为汽车大梁设计生产的汽车大梁专用钢。许用应力=395 Mpa。侧支梁、边梁和贯穿式横梁均采用 Q235A良好的冷弯性能。（一）车体各个部分的质量车架质量 3000kg，加强板、牵引板、牵引销和悬挂质量约为 600，三根车轴共重1000，载货平板质量 700kg，拦板、立柱约 500kg,护拦板、备胎、工具箱总质量约为300，支承装置和储气罐等质量 300kg,轮胎总质量 800kg。（二）轴荷分配如图
43、 2.12 所示，车架承受纵向单位线长度均匀载荷，有：-牵引销所受力(N)；后轴中心处所受力(N)；牵引销到中间车轴的距离(m）;空载:满载：（三)强度计算1318,屈服点=235 Mpa，伸长率=26%，密度=7。8103kg/m3。Q235A 具有良好的塑性、韧性、焊接性能和冷冲压性能，以及一定的强度、中间车轴到车架尾部的距离(m）。图 2。12车架均布载荷图在满载时进行纵梁的强度校核.支反力计算：(为纵梁总长，取一根纵梁计算)式中：半挂车承受的重力 -纵梁上的单位长度线载荷由上述计算得：由平衡力矩：得剪力的计算：CA 段:-AB 段：-BD 段：-弯矩的计算：CA 段：-AB 段：-BD
44、 段：-由上述三式可计算出各弯矩最大的点为:A 点的最大弯矩：；B 点的最大弯矩:;由图可知,最大弯矩出现在段上,则有：；即；。通过计算，可以画出车架纵梁的支反力、剪力、弯矩图如图 2.13。（四）危险截面确定由经验可知,纵梁的危险截面一般为变截面处和最大弯矩处，通过结构图和计算可知分别距车架前端距离为 1.56m，2.98m 和 4.86m，现分别对以上三截面进行强度校核,分别令其为截面 1、截面 2、截面 3。见图 2。14截面 1：H=250mm，1=16mm，2=8mm，B=140mm截面 2:H=330mm,1=16mm，2=8mm,B=140mm截面 3：H=500mm，1=16m
45、m，2=8mm，B=140mm14图 2.14 纵梁截面示意图图 2。13 纵梁剪力 弯矩图由此可计算抗弯截面系数：=0.000546632m=0。00077676m333=0。001323191m=23439N/m=80718N/m=108071N/m各截面处的弯矩：由弯曲应力公式所计算出的弯矩分别计算各截面弯曲应力:截面 1：截面 2:截面 3：剪切应力：材料许用剪切应力对于工字梁截面，其腹板上的剪切应力可看成是均布的，所以其剪切应力可由如下公式计算:-为腹板截面面积.由上述计算各截面的剪切应力：截面 1：截面 2：截面 3：由于纵梁同时承受剪力和弯矩，所以其应力应按下面公式计算：许用应力
46、:式中：材料屈服极限 -疲劳系数 =1。21.4本书取=1.3-动载系数 =1。82。2本书取=2。0本车纵梁采用 P510L 汽车大梁专用钢,其屈服极限为所以可算出许用应力为：由第四强度理论，分别校核各个截面的强度：截面 1:截面 2:截面 3：通过上述计算，纵梁强度符合要求。第三章 半挂车其他部件的结构与设计第一节 半挂车的悬架系统1313。141415半挂车的悬挂系统是将半挂车车架与车轴相连的全套装置的总称。其主要功用是传递作用在车轮和车架之间的各种载荷，并减少或消除由于不平路面通过车轴传给车架的冲击和振动以改善半挂车的平顺性。半挂车悬挂一般采用钢板弹簧作为弹性元件，具有多轴承载时，为保
47、证各轴车轮与地面均有良好的接触及使悬挂系统的载荷均匀,应采用平衡悬挂。半挂车的悬挂应满足下述要求:错误错误!传递作用在车架和车轴上的各种里和力矩,保证车辆具有一定的行驶平顺性和操作稳定性;，2有足够的寿命；错误错误!适应整车布置的要求（例如车架的跨距较小）；错误错误!减少方向盘所施手力的增值；错误错误!质量较轻。目前，最常用的半挂车悬挂（见图3.1）。这 3 中悬挂及其组合，几乎构成当前使用的各种半挂悬挂。图 3-1a 所示是单半挂轴,图 31b、c 所示为半挂轴。在图 31b 的基础上加一副钢板弹簧构成三轴。图 31c 为刚性梁轴，适用于车速低于40km/h和载质量大于15t的半挂车.在图3
48、1c的基础上将刚性梁换成一副倒置的钢板弹簧,便形成弹性悬挂，在此弹性悬挂的基础上，于其上方置以钢板梁形成枢轴梁悬挂，即空载或半载时为钢板弹簧工作，在满载时刚性梁参加工作。a)b)c）图 3.1半挂车悬挂本车悬挂系统采用三桥串联平衡悬挂(见图 3.2)。前后钢板弹簧悬架中间装有质量平衡装置，挂车在任何凹凸不平的道路上行驶，可使前后钢板弹簧挠度等量变化使车架得到缓冲。使用中，若发现后桥移位或啃胎现象,应紧固 U 形螺栓，调整左右拉杆，使左右拉杆销中心到车轴侧面距离相等。图 3.2三桥串联平衡悬挂三桥串联平衡悬挂的主要技术参数：钢板弹簧作用长度 1200，宽度 120，厚度 16，片数 8；板簧中心
49、距 980。15.1615.16第二节 半挂车的车轴半挂车车轴是非驱动轴，可看作是刚性横梁，支点位于轮胎中心,载荷作用与钢板弹簧上，如图 3.3 所示。最大应力通常发生在悬挂的弹簧座附近。16半挂车车轴的质量属于非悬挂质量，对车辆行驶的平顺性不利。所以在设计车轴时，应尽量减少结构质量，并与合适的悬挂匹配。车轴主要由轮胎、车轴和制动器、轮毂等组成.半挂车可根据用户要求选装性能优良的 FUWA、BPW、YORK、ZS10180 车轴，亦可采用外购总成件或零部件组装，其轴头和轴体均为优质钢材制造，轴体为整体式或焊接式矩形空心截面。本半挂车的车轴采用的是四川都机厂生产的 CDS101840 挂车轴,其
50、主要参数见下表：图 3。3半挂车车轴的受载挂车轴参数表(单位：mm)总成 型号最大 轴荷(Kg)轮距最大 外廓钢板 托距 中心 孔径CDS101840（P9 型）120001840218298028图 3.4 车轴结构示意图U 型螺 栓孔 横纵孔径 或托 板宽18011626制动 器型 式制动 器直 径蹄片宽 度车轮 螺栓车轮 螺栓 分布 圆直 径气制 动P3:42018610M221.533517第三节 半挂车制动系统一、制动系统的要求挂车的制动系统除了必须具备对一般汽车制动系要求的减速、驻车等功能和制动力大、制动平稳、散热性能好等性能外，还应满足以下要求:1、挂车与牵引车的制动系统相互关联