平板拖车主梁设计强度及安全系数

1、H型钢主梁的平板拖车设计要点对于采用H型钢主梁的平板拖车车身系统，由于降低车身高度的需要，H型 钢前侧通常需要制作成鹅颈形式，由于本公司30t-60t平板拖车车身结构与半挂 车车身结构（除悬挂）有较大相似，因此可以借鉴半挂车设计的经验来对平板拖 车进行优化设计。通过查阅借鉴相关汽车设计的资料及论文，结合本人的设计工 作经验，现对H型钢主梁平板拖车结构形式中的几个关注点进行阐述。一、主梁受力状况拖车在承载运行时，主要受理工况为弯曲，整个车身而言，纵梁是主要弯曲 受力部件。同时平板拖车在不同工况（如偏载、单边先上货）及不平路况下，还 受扭转力矩的影响，而单纯提升抗弯强度的结构（增加H型钢高度），会

2、导致主 梁抗扭能力的下降。因此在设计焊接H型钢或者选用成品H型钢时，除了要注 意验证抗弯截面模量以外，还要考虑H型钢的高宽比，H型钢纵梁最佳高宽比为 2.5-4.0，横梁最佳高宽比1.719【1】接近此值的为6.3#或8#槽钢，槽钢型号越小 越接近最佳高宽比，因此除了与主梁构造箱体结构的横梁或者特殊需求的横梁以 外，考虑到H型钢拖车承载一般在30t以上，采用槽钢过小可能会因为局部受力 集中造成面板的凹陷及撕裂，因此推荐采用12#的槽钢作为横梁。挂车通常采用的冲压件横梁或者异型管横梁，经过几十年的试验验证改进，横梁高 宽比基本上接近于此数据，对于本公司平板拖车而言，基本上采用的是槽钢做横梁，选材

3、时 需要综合考虑受力状况。二、提升车身抗扭能力的措施：1.适当增加与H型钢等截面的横梁构成等截面箱式框架结构，能够增加车身扭 转刚度值。但扭转刚度不是越大越好，过密的等截面横梁会增加车身系统的应 力，导致横梁与主梁结合处的的扭转应力集中。因此对于本公司平板拖车来说， 建议采用如下布局方式来布置等截面横梁的数量车身长度横梁数量布局建议W12m2其中一根布置于鹅颈下沿起始处，另一根布置于后轮轴中心 处12.5-16m3其中一根布置于鹅颈下沿起始处，另一根根据整车轴距布置 在最后一排轮轴后侧，另一根布于前述两根之间（可根据需 要选择均布或者与后侧横梁相对于后轮中心对称布置）16-18m4同上原则，兼

4、顾考虑横梁均布20m5同上原则，兼顾考虑横梁均布注：以上数量仅为建议布局，具体布局根据实际情况或要求确定通过增加横梁的密度来增加车身扭转刚度。增加横梁密度，能够增加车 身的扭转刚度，同时能够降低因等截面横梁数量增加导致的纵梁扭转应力，因此 对于没有集中载荷的大型平板拖车来说，采用轻质（小号型钢）而密集（缩小横 梁之间间距）的横梁，代替稀疏而重（大号型钢）的横梁，是挂车设计中普遍采 用的方式。对于车架的应力状态十分有利。挂车一般横梁间距取值范围为400-600 之间。非均匀分布横梁。在一辆拖车台面上载荷集中在前后轮中心范围内，前悬 由于需要构造回转支承安装上垫板，因此横梁也通常较密，而后悬则不需

5、要按照 中间密度布局，可适当进行调整。H型钢梁加加强筋板提升扭转刚度。以上4点原则上结合使用合理布局，能够在优化车身应力方面起到很好的作 用，而采用轻质加密横梁的方式基本不会增加或者降低材料使用，减少成本。例如40t平板拖车12x2.5m拖车横梁如采用16a#横梁布局间距为650mm， 需要长度0.762m的16a#槽钢24根，如改为12#槽钢，轮距之间横梁布局间距 改为550mm，尾部保持间距650mm左右，需要长度0.762m的12#槽钢26根， 整车布局密度合理且能够减少净重量（17.27X24-12.059X26）X0.76299.5kgo 如改为12#槽钢，轮距之间横梁布局间距改为5

6、00mm，尾部保持间距650mm左 右，需要长度0.762m的12#槽钢28根，整车布局密度合理且能够减少净重量 （17.27 X 24-12.059 X28）X 0.762258kg。减小间距在布局上给客户感官较为结 实合理。三、鹅颈前纵梁高度目前由于材料的原因，国外普遍采用鹅颈前纵梁140-180mm高度（鹅颈处 采用高强度钢），30t挂车最小可以做到127mm，而国内由于H型钢基本上采用 的是低合金钢（Q345B），20-25t挂车一般为160mm-180mm，3t以上挂车鹅颈前 纵梁一般高度为200-250mm之间，同时采取上、下腹板加厚、加宽等方式来提 升此处抗弯截面模量值，在鹅颈与

7、H型钢主截面过渡尽量采用大圆弧过渡或者 小斜度过渡，以防止应力集中。汽车行驶试验及计算分析发现，在不改变鹅颈前纵梁高度条件下，在中间腹 板两侧加筋板，或单纯增加上下腹板厚度，不仅不能减少应力集中，甚至局部应 力值反而增大，增大的位置转移到了加厚的腹板部位，这是因为筋板虽然增加了 鹅颈前纵梁的抗弯能力（刚性），但同时导致了纵梁加强处抗扭转破坏能力下降，因此会将应力集中转移到加强筋板及加厚的上下腹板端部。但可以适当调整筋板 或者腹板尺寸使应力集中部位远离贴板焊缝位置。本公司通常米用200mm，鹅颈，偶尔用过160mm、220mm高度鹅颈，在边 梁选择上只有16a#及20a#两种槽钢。鹅颈处下腹板均

8、未作加厚加宽处理，采用 的是与主梁下腹板等截面贴板，通过CAE分析此处强度足够，主要因为和挂车相 比，本公司拖车均为无动力平板拖车，运行工况为低速，整车产生的动载荷不大， 鹅颈处所受冲击载荷较小，根据现状建议维持高度200mm的鹅颈尺寸。四、车身安全系数选择利用CAE及各种路况、车速、震动等对车身强度及材料疲劳的辅助试验、根 据不同路面不同速度情况下计入动载荷（动载系数取值根据道路情况及速度取值 范围1.2-2.0），同时考虑车架的扭转刚度，等效后的材料许用应力按照下列公式 计算：许用应力：w式中】q材料屈服极限疲劳系数二L 2 1. 4眄动载系数 =i.2L4上述动载系数参考中国公路不平度等

9、级划分以及车辆速度对动载系数的影 响，厂区路面道路工况普遍较差，所以按照C级路面及车辆速度20km/h取动载 系数值1.2-1.4。）通过参考第3种方法对平板拖车车架的安全系数反推，取值范围应该在1.44-1.96,建议取值范围1.5-2。对,30t以上重载或者集中载荷、偶尔有超载情况 的平板拖车来说，建议不低于1.8,有有冲击载荷的平板拖车(如船厂运输材料 的拖车装卸采用电磁吸盘吊)建议不低于2.0。参考文献朱德绵，王耀斌.半挂车车架设计的结构分析.汽车技术,1999(7):10-12周健生，蔡郁林.基于强度和刚度可靠性的结构优化设计.强度与环境,2002,29(1):44-49沈光烈，廖抒华.LYJ-10型车结构分析.广西工学院学报,1995,6(1):37-43王卫清.半挂车主纵梁强度分析与结构改进研究.南理工大学硕士研究生论文,2006,04赵