鹅颈式集装箱电源半挂车改装技术

罗海松等

摘要：市面上目前所有的集装箱电源半挂车车身高度大于4200mm，对一些限高的路障无法通过，缩小了其使用范围，为了解决该问题，考虑采用鹅颈式半挂车，并使用相关计算证明了改装后平板集装箱吊装的可行性与可靠性，将整车高度控制至4200mm以下，使其能通过大部分路障，既拓宽其使用范围，也提高了社会及经济效益。

关键词：鹅颈式 集装箱 半挂车 路障限高 改装

中图分类号：U469.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0091-04

近几年，由于我国电力、电信、移动、网通的加大建设与投入需要，1000～1800kW系列大功率电源车正是为这些行业需求而设计的一款带电应急工作车。可用于电力、通信、电信、煤矿、油田的相关应急用电工作，特别对于突发事件所产生的应急抢险救援起到非常重要的作用。集装箱电源半挂车既为牵引车头、半挂车及集装箱三位一体，亦可吊装拆卸分开使用的优点被开始重视，但由于市面上集装箱电源半挂车车身高度一般大于4200mm，对于一些限高的路障便无法通过，这样就会降低了其使用范围。本文将选用鹅颈式半挂车作为底盘车，从集装箱改装后，对其吊装受力分析进行可行性论证，从而降低整体车身高度，整车就可通过限高4200mm的路障[4]。

1 设备选型

该改装技术是针对1000-1800kW系列大功率电源车改装的，因此在本文选用的机组型号为卡特彼勒3516B HD，配套ABB中压柜、PT/CT柜、直流屏柜、并机并网柜（easYgen-3200系列）、电球差动保护装置等电器电气系统，根据现选的设备，40尺集装箱才有足够的空间装载诸多设备。

2 整车总体参数确定

整车总体参数包括质量参数和尺寸参数

2.1 质量参数

此次电源车主要设备如表1。

可求出装载质量

me=m1+m2+m3+m4=26610kg。载重量需要预留载荷，因此在设计半挂车时，找到了目前市面上额定载荷为32000kg（>26610kg）的牵引车头，其整备质量（m0）为8000kg。可求出总质量ma=me+ m0=34610kg。

2.2 尺寸参数

2.2.1 外廓尺寸

目前选取一款市面上的40尺集装箱的运输半挂车，其外形尺寸为12200mm×2550mm×hbmm，其长度和宽度均能满足目前要求，高度为了限制其总高ha<4200mm，所以hb

2.2.2 轴荷分配

在已知半挂车的装载质量和初估半挂车各部件的整备质量后，就可对半挂车的轴荷分配进行计算，当轴荷计算出来后，首先校核牵引销处载荷是否符合牵引车鞍座允许载荷，然后校核轮轴载荷是否超载。若不能满足要求，则应调整轴距，即牵销轴至半挂车轮轴重心的距离，直到满足要求为止（图1）。

3 集装箱改装

目前市面上的鹅颈式集装箱，并不满足现要求，所以选取40尺标准集装箱进行改装，结合已选好的半挂车型号，且为了满足整车高度低于4200mm，集装箱鹅颈部位高度落差值可确定为340mm，对于原集装箱整体强度破坏，需要重新验证集装箱整体强度；且对于设计所需开的进排风窗口、检修门、操作门等改装，相应加焊骨架均需加强，保证强度不弱于原先强度。

3.1 质心确定

根据表2与表3，可推算出满载设备的集装箱质心位置（图2）

经设计布置与调整，目前集装箱装载重量26260kg，小于40尺集装箱理论载重量30480kg，重心位置基本位于装箱中心位置偏后577mm，偏左10mm，达到集装箱专用吊具对吊装的要求。

3.2 鹅颈部分的改装

现改装方案，由于已破坏原集装箱整体性，结合设计需求，得出鹅颈改装的位置是位于距离集装箱前端4100mm，离地高度340mm的位置，需要得出弯矩与剪力作为分析验证，經过讨论，参考半挂车大梁设计，Z字形构件制作成改样式（图3、图4）。

3.2.1 弯矩计算

把集装箱内部物体视为质点进行分析。

受力分析（见图5）：F1+F2=（m1+m）g；对A点，取矩：m1×g×L（A-C）+mg×L（A-D）-F2×L（A-B）=0，F2=141374N，F1=124726N

弯矩图：

由图6可得出，D点弯矩最大。

3.2.2 剪力分析

其中：P1= g×（808kg+ 126kg+ 204kg+ 100kg） =12380N（电缆盘+ PT并网柜+fasv柜+直流屏柜+电瓶）P2=g×2000kg=20000N（油箱） P3=g×17632kg=176320N（柴油发电机组），可得出下图。

由图8可知，e点剪切力近似值Fe=F1-P1-P2≈124726-20000-10000=94726N

3.2.3 工字钢选型

根据（图6、图8），e点为集装箱Z字形构件末端，且为焊接点，是整个Z字形构件改装最脆弱部位；根据（图3、图4），可知鹅颈部分的改装，是中间和两侧四根纵梁为受力梁，其他横向槽钢仅仅作为连接稳固作用。单个受力梁e点处剪切力（F3）：F3=Fe/4=23681.5N，单个受力梁e点处弯矩（M3），M3={F1×Ae-P1（jk/2+ke）-P2（hi/2+ie）}/4=147752.138 N*m；其中Ae=5352mm JK=1435mm ke=3167mm hi=1394mm ie=1187mm

应切力沿腹板高度方向也是呈二次抛物线规律变化（图9），最大应切力在中性轴上，其值为：；式中：d：腹板的宽度，：中性轴一侧的截面面积对中性轴的静矩，：横截面上的剪力，：整个横截面对中性轴x的惯性矩。Q235许用弯曲应力=160MPa，许用切应力=100MPa[1]，，查阅工字钢钢表格，选取36C工字钢，；>。校核切应力强度，自型钢表查得：。可得，在选用36C工字钢时，弯矩与剪力均符合要求。

4 结语

该文对鹅颈式集装箱电源半挂车改装技术问题进行了研究，对轴荷分配与集装箱吊装两者结合，通过理论计算与调整，即可可满足半挂车安全行驶的要求；又可满足专业集装箱吊装工具吊装要求；改装好的鹅颈式集装箱电源半挂车，不仅具有传统移动式电站的优点，而且行驶通过性高于同功率传统移动式电站，能创造更好的经济效应。

参考文献

[1] 机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 北京科技大学，东北大学.工程力学 材料力学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] 乔维高，田泽文，管群生.专用汽车结构与设计[M].北京：北京大学出版社，2010.

[4] GB 1589-2004.道路车辆外轮廓尺寸，轴荷及质量限值[S].