低载面+高承载+智能化+多功能厢式运输挂车设计方案

王运峰 文/图

Based on the good sealing, rain protection, sun protection, dust protection, fall protection and other product characteristics of the van, it should have a good market application prospects. However, in relation to the warehouse gate semi-trailer for long-distance logistics transportation, due to self-importance, low loading and unloading efficiency, small number of transportable species, small box volume flexibility, poor adaptability of return transport,and high purchase costs, Therefore, it was rejected by the “long-distance logistics of carrying department stores”transport owners(especially individual car buyers who mainly distribute goods). In order to solve this problem,Develop a lightweight, high-size, high-capacity, low-bearing, passable, high-efficiency, high-handling, durable and maintainable, good stability against side overturning, and strong road conditions. Adaptable, return journey It is imperative to transport the box type semi-trailer with wide adaptability. Under the premise of satisfying the custom and special functions of the middle, high and low end users, the corresponding solutions are put forward through the rational configuration and selection of vehicles, and the optimization of product parameters and structures.

近年来，物流、电商行业快速发展，参与运营和运输的企业与个人，面对着巨大的竞争压力，在追求货物运输效率的同时，对运输服务的质量问题也愈加重视，其中即涉及到运输车辆的结构问题。作为改装车，厢式运输车辆具有防晒、防雨、防坠落等特点，顺应了运输业提升运输服务质量的诉求，所以其销量近几年有了明显提升，成为了专用汽车(半挂车)市场的主要增长动力；尤其是在GB/T 1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》和GB/T 7258《机动车安全运行技术条件》新标准实施情况下，以及在新版《超限运输车辆行驶公路管理规定》(交通运输部2016年第62号令)、《推动运输结构调整三年行动计划(2018-2020年)》(国办发[2018]9号)等政策法规作用下，超长低平板半挂车(俗称17.5 m大板)、超长集装箱半挂车(即以集装箱运输半挂车为载车的后伸箱体的非标集装箱)的使用将逐步受到制约甚至退出；加之2020年1月1日起，栏板半挂车和仓栅半挂车的用车规范、购车成本、维护成本也将被大幅度增加。

对此，据分析，厢式中置轴列车、厢式双挂列车、厢式半挂车、侧帘半挂车将成为主要替代车型，但总长20 m总容积110 m3左右的厢式中置轴货车列车因受载货品种及路况等级、场地大小、侧倾稳定性等制约，使其市场发展具有一定的局限性，而厢式双挂列车目前又没有政策允许(《道路交通安全实施条例》只允许牵引一辆挂车)；目前市场上传统的密封型厢式半挂车和翼开启厢式半挂车因自质量大而不被长途物流用户普遍接受；造价居高的侧软帘厢式半挂车因目前的结构因素在多物种运输尤其是回程运输上适应性较差；加之，这些挂车货厢目前厢容仅约83 m3左右(对于中置轴厢式列车的厢容而言，可谓相差甚远)。

那么，为了厢式车辆既能适应复杂路况运输，又能适应多物种运输和提高回程运输使用率，还要轻量化、多装多拉，还要高度符合国家标准与政策法规要求，而开发一款具备低承载面、超大容积、智能化、轻量化、高承载性能的多功能厢式半挂车的意义格外重大。

1 车辆的通用性能要求

按照上述目标，要求整车的行驶稳定性好、通过性好、制动性能优异，外形协调美观、经济实用，尤其是货厢应具备良好的密封、防雨、防晒、防尘、防跌落等基本的产品性能特点。同时，各上下货车门应启闭灵活、耐用、锁止安全有效，其他附件还应具备较高的实用化、人性化等特点。

2 低载面、轻量、大容积的差异性性能设计

3轴半挂车在GB 1589标准的限值要求下，整车最大外形尺寸为13.75×2.55×4 m。鉴于目前市场上流行的牵引车各项参数和挂车产品《公告》情况，货厢内高最大尺寸往往为：鹅颈式结构的2 650 mm或平直结构的2 400 mm。目前市场上半挂车的常规配置：悬架板簧4片、8片、10片等规格，轮胎12R22.5或11R12.5无内胎轮胎、10.00R20钢丝轮胎等规格，车轮为轻量化高强钢车轮，车桥为13 t挂车桥。

2.1 为解决货厢容积与外形尺寸的局限性，从配置或匹配角度选择：

①牵引车选用鞍座高度1 150 mm和空气悬架；

②挂车选用445/45R19.5宽基单胎小胎或245/70R19.5双胎小胎；

③悬架选装刚性反装悬架或空气悬架；

④纵梁选用镂空结构的大鹅颈变截面B750低温耐候性轻质高强工字梁。

这样一来，货厢容积可实现最大化，约达93～98 m3(平直无梁半承载结构厢式半挂车货厢内尺寸13 620×2 500×2 730 mm厢容达93 m3；所述新结构高承载型大鹅颈结构有大梁厢式半挂车货厢内尺寸4 800/8 830×2 500×2 600/3 030 mm的厢容达98 m3)。这里，主要介绍鹅颈式有大梁结构的厢式半挂车解决方案，整体结构如图1所示。

2.2 为解决挂车轻量化问题，从选材与配置角度选择：

①边梁，选用滚压成型并与差异性货厢匹配的高强钢材质+增强型冷弯结构型材；

②立柱，选用高强钢或铝合金型材；

③货厢，选用具备承重能力的新型6 mm厚钢塑复合板或成套韧性耐磨的抗腐蚀的软帘材料，且为整体侧壁的平面结构(对于软帘使用接收度小的用户，可选装高强复合材料制作的翼开启半挂车，以实现轻量、易维护、侧墙高强密封下的全方位装卸需求)；

④横梁，选用高强钢材质的带减重孔的冷弯结构件；

图1 厢式半挂车整体结构

⑤车轮，选用轻量化的铝合金车轮等。

这样，同种外形尺寸下的整车减重约1 500～2 000 kg(注：这里是根据厢体材料采用复合高强板材料或软帘材料时，整体上相对低配高强钢瓦楞厢式半挂车而言的)。

3 车辆高承载、多功能化、智能化的需求设计

图2 车架中部设置纵向增强梁结构车架

(1)高承载方面，大梁设计采用渐变鱼腹式曲面造型的卸力承重型工字梁，边横梁设计采用一体式梯形结构减重梁，并且车架在常规基础上设置纵向增强复合梁结构等等，以使车辆具备高承载能力又不失轻量，如图2所示。

(2)多功能方面，根据国家提倡的运输托盘化意见，颈部长度参数设计考虑1 200×800 mm规格托盘使用特点，便于集约化装卸；在车辆地板上，设置地板卧环，便于托盘或大宗物件的栓结；设置高低台位置活动跳板，以便于回程时运输乘用车辆来提高其利用率与利用价值，或方便轻型电动叉车上下以提升装卸效率；其次，密封厢硬顶可根据实际需要设置：自启闭加料口盖，以适应运输散装颗粒物料等物质时使用传送带上料的需求或大件的装卸。

图3 前后可移动式鞍座模块

图4 智能升降电动支腿模块

(3)智能化自动化方面，货厢顶部或内部设置无线传输视频监控装置(智能摄像头)，以便于监视货厢内外；胎温胎压监控与自动传输装置，以检测胎温胎压，防止爆胎和侧翻；无内胎轮胎尤其是宽基单胎内置安装防爆胎装置，以提高车辆的使用稳定性；后门设置自动化梯板，以便于货物装卸与车辆的爬坡需求，以及安装便于车队管理的防侧翻大数据和EBS装置等G7智能模块，实现对车辆或驾驶员的提醒、纠正、修正服务，让车辆运行更安全，运营效率更高。

(4)另外，对于高端用户，可选用智能化自动牵引鞍座系统(如图3所示)、自动升降及调平挂车支承系统(如图4所示)，来实现主挂间摘挂、连挂智能化远程控制。

4 存在的技术难题及解决方案

要使货厢容积尽量大，需要尽量提高车辆高度方向上货厢尺寸的利用率，那么取多大合适呢？首先考虑，所选轮胎规格及悬架之间的最小尺寸匹配问题。根据上述所选轮胎规格，应保留一定的使用安全距离，将地板离地面高度设置为1 000±20 mm比较合适。剩下的就是板簧安装方式及悬架系统选择的事情了，因为这直接涉及到板簧、悬架(系统)、大梁、轮胎、地板高度、车桥与大梁间安全距离等几个模块间的搭配可行性了。如果选择正装板簧刚性悬架几乎成为不可能，如果选择反装板簧的刚性悬架就容易多了，并且该位置的大梁断面可以做到350 mm左右；但是，如果要选择高性能的空气悬架系统，则该位置的大梁高度只能做到300 mm左右。如果这样，在保障重载或集中载荷下该位置过渡段的强度质量及后悬部分的产品质量时，难题就来了。解决方案是：将大梁做成渐变鱼腹式曲面造型的卸力型承载结构，并且悬架位置的大梁高度设计为300 mm，并尽可能地选用反装板簧的空气悬架来减小桥心到悬架安装面的尺寸而增加大梁截面尺寸，同时还要选用轮距2 040 mm桥和宽基单胎445/45R19.5小胎与之匹配使用。

(1)在车辆集中载荷或中腰部适度载荷难题上：我们应在车架纵向中心部位设置一根纵向增强型异形梁，以增强其整体刚度与抗弯特性；边横梁——制成横梁与斜撑一体式镂空型减重结构翼梁，用于防止横梁变形并支撑边梁。

(2)在解决车辆的回程利用率低及生产效率低的难题上：除上述增强车架结构外，可在鹅颈位置设置一活动跳台结构件，既方便散货或箱件、托盘件等物质的运输与装卸，也可使所运输的乘用车辆顺利到达颈部高台位置。

(3)在解决车辆上下货厢的难题上：可以在车辆尾部借助辅台装置或安装自带液压机构的整体式尾板装置，实现车辆的上下问题。通过此种方案既解决了电动叉车上下车辆装卸货物的需求，减少了大量劳动力、降低了工人劳动强度和提高了装卸效率问题，而且便于运输乘用车辆时的上下作业。

(4)解决车辆的主要降重难题及外观广告喷绘难题：一是通过货厢侧板、顶板材应用新型材料，如柔性耐磨抗拉软质帘布+铝合金挡杆或新型复合材料(钢塑复合板解决)+简易内置骨架；二是通过铝合金车轮+单胎的组合使用。无论是软帘还是钢塑复合板，可以提前定制和广告喷涂，因其是平面结构更易实现，不但实现了广告喷涂作业的零难度，还解决了登高施工的安全问题，解决了运营中由于风阻带来的燃油消耗与污染排放问题，也解决了整车制造厂生产周期长的难题。

(5)解决车辆安装小规格双胎运行速度低的难题：这里可根据用户需求选装比445/45R19.5规格略大的宽基小胎单胎，除去自质量与前墙导风降阻提速外，因其单胎触地面积相比双胎较小，行驶摩擦更小，同等牵引力同等载重同等载货方式的相同车辆前提下，单胎挂车行驶更轻松、更省油、更快捷。由于胎面445 mm宽，比宽基大胎425 mm更宽，轮胎规格又小，整体相对速度小，所以尽管摩擦面与摩擦系数小，但还是可以有较好的制动(刹车)效果。为了防止高速爆胎带来的安全问题与维修难题，一方面除了通过安装防爆胎装置和胎温胎压自动检测装置达到良好的防范效果外，有条件的可安装G7智能挂车控制系统，可实时自动语音播报、有效掌控轮胎的安全使用问题。

5 主要工艺模块及设计要点

(1)大梁模块：由上下翼板、立板及局部补强板组成。其设计要点：鹅颈长度在无特殊要求时，首先要满足1 200×800 mm规格标准托盘放置的需要；结构上，除整体为大鹅颈结构外，还应设置减重孔、应力释放孔、弯部大曲面卸力等工艺结构，中部应呈上拱面、下微弧的“鱼腹”造型，以增强大梁的整体强度与抗挠特性。

(2)纵梁组对模块：由大梁模块、横梁、底定位横梁组成。其设计要点：在中部纵向设置车架抗挠增强型复合梁，使其整体纵向呈“川”字结构、纵横呈网格状结构，以增强车架的刚度与强度特性，满足车辆运输的多种类物质与强适应性需求。

(3)车架模块：由纵梁组对模块、侧横梁、边梁模块组成。关键是在托盘或车辆左右分别装载下车架边梁具备抗弯特性，以保障货厢的使用寿命，其设计要点是：增强边梁独体及边梁与横梁组合下的抗弯特性，这就需要将边梁设计为一体式梯形翼梁结构、边梁设计为具有承力弯度方向上的多楞结构，而且需在边梁鹅颈位置进行曲面造型补强，以使其更具美观性、整体感强、强度高的特点。在边梁采取外购型材情况下，使车架的制作整体上具备生产工艺简单、易成形、自质量轻、边梁抗挠特性大等特点。

(4)牵引装置模块：由牵引板、牵引销、牵引纵横梁合焊而成。其设计要点：保障其模块化成型与焊装到车架的工艺要简单、与主车架纵横接触承重能力要强且安全可靠。

(5)行走系统模块：采用有架或无架模块。采用有架模块时，由二架模块、悬架系统及桥轮模块等组成。其设计要点：保障二架模块易成型、刚度可靠，保障安装悬架系统简单有效，保障桥轮系统可提前预装且适宜不同轴距车辆，保障二架与主架间连接方便且安装后具有唯一不可调功能；使车辆具备良好的生产同步性、均衡性，以缩短整个生产制程，降低生产制成本与管理成本。

(6)地板栓结模块：设计要点，位置布置合理，地板卧环安装可靠、有效，不影响货物和托盘的堆放。

(7)前墙模块：由立柱、横梁、芯板等零部件组成。设计要点：其模块应具备提前预制作、转运方便的特性；同时其结构可满足侧软帘车、瓦楞厢密封厢、翼开启厢、整体钢塑复合板蒙皮厢等多厢种适应性特点，具有良好的品系间互换、通用性特点。

(8)车门等采用蒙皮结构模块：由骨架、蒙皮等零部件组成。设计要点：易于实现粘结+铆接成型工艺，因为该工艺具有密封型好、安装牢靠有效、耐用美观的优点。

(9)转动件模块：例如，合页在长期使用条件下无变形、锈蚀现象，启闭灵活，联接可靠，美观，耐用，好用。

(10)甩挂支承模块：关键是选择承重型外置减速器支腿，便于车辆反复摘挂与连挂作业。有条件的高端物流车可推荐使用约斯特15英寸铝合金外管材质的承重型支撑装置。

(11)突破关键技术：如密封厢吊装钢卷、卷扬输送散装粮食的硬顶厢式货车，应在顶板的牵引部位、后三桥载荷集中部位正上方设置具备前后方向自启闭功能的方形密封型无压气动滑盖装置，滑盖与料口间防水结构密封或气囊密封。如回程运输乘用车辆的或需要上下叉车的厢式货车，其后部及高低台跳板应设计成具备液压举升与收放功能的带防水密封功能的自动化机构，以减少操作劳动强度与提升装卸效率。回程运输乘用车时，还应考虑驾驶员上下车辆的进出口装置的设计与攀爬扶手的设置。

6 该型车辆的优势及市场意义

按上所述设计的车辆，其优势是车架与选装的行走系统，具备低承载、高承载力特点，适宜于各种货厢满足中高低端用户使用需求，货厢最大容积达98 m3、1 200×800 mm标准托盘运输量达34组，相对前车9 m厢+后车7.82 m厢的中置轴货运列车110～115 m3(甩厢100～110 m3，如图11所示)及托盘40组的差别不大，且购车成本低，满足车辆多拉、快跑、安全、高效的特点。

除因车辆自质量轻、空气动力性好带来的节约燃料经济收益外，车辆具备回程高利用率的优势与市场意义更是不言可喻。如运输汽车配件的车辆，回程除可捎带其他物质外，还可运输乘用车辆；如运输回收托盘车辆，还可以运输钢材或其他物质等。车辆空程率的减少，不但可成倍提高运输业主的经济收益，还可减少社会资源浪费，降低污染物排放中的无效运输。尤其是对于零担货运市场，该车型的产品优势与市场意义更大。因为零担运输市场的运费计价方式为：①零担轻货按m3结算；②零担重货按t结算，而这种承重型大容积车辆同时具备了容量与承载能力的双重优势，可兼顾重货与轻货的合理混装运输而挣得盆丰钵满。

7 市场适应性及市场前景分析

目前，无论是个体承运人还是共享物流运输企业，因受租赁人需求和在使用灵活性上，更多的是投入适应道路法规的、容积超大的非标集装箱，并计划逐步尝试20 m的中置轴货车列车(如图5所示)和13.75 m甩挂密封厢半挂车列车(如图6所示)。同时，个体承运人中的很大一部分利用13.75 m低平板，改型运输大件或轻泡货来替代17.5 m大板车，但因其不满足GB 7258、GB 1589等标准，而仅迎合于道路法规实施上的漏洞。

如果交通运输、公安、国标委、质监等部门协同一致、规定划一，并有计划、阶段性地实施到位，运输车辆必将细分和固化为几个合规、合标的车型上面。

图5 中置轴货车列车

图6 甩挂厢式运输半挂列车

图7 侧帘厢式半挂车

根据我国国情及车主用车心理，将会历经非标集装箱组合车辆、密封厢式半挂车、翼开启厢式半挂车、中置轴货车列车密封箱这一系列适应性产品过渡期。在这个过渡期内，将慢慢培育与催生符合中国国情的车辆产品并稳固下来，最终将被适应多路况的、复杂载荷运输的、多物种适应性的、甩挂品系的密封型厢式半挂车和适合托盘运输的侧软帘厢式半挂车，以及用于高等级路面与轻泡货运输的交换箱式货车列车所取代。尤其是，长途物流中的厢式货车大怪——集装箱骨架+非标集装箱(前出、后出、超宽、超高)的组合式车辆；因其交通安全风险高、维修成本高、使用寿命短，加之因物流运输市场未细分而致使货厢的内容积利用率较低、承运人的运营成本较高，势必将退出长途物流市场。

适宜轻泡货物、高等级公路、长途物流运输的中置轴货车列车或甩厢模块化运输车辆，适宜轻泡货、路况较差的偏远地区或重型物质以及大件货物或具备集中载荷运输需求的中长途物流的甩挂厢半挂车型中，因模块化汽车列车全车长度为20 m，可以使用9.6 m前车货厢+7.2 m中置轴挂车货厢，装载空间约为100～110 m3占了货车列车主挂总长＞半挂车2 m的优势，将具备一定的市场保有量，但因其易发生侧翻、拐弯半径大，且不易大件重货运输、路况适应性差而在细分市场中将与甩挂厢式半挂车各显千秋。

这样一来，前面所介绍的经过改进结构与配置的、超低货台的、厢容约达98 m3的轻量甩挂型厢式半挂车必将成为一种长线产品(尤其前期，在大板、仓栅车严格受限情况下，大容积、低载面、复杂载荷、多回程利用率下的翼开启厢式半挂车、全密封前后及侧开门的高强瓦楞厢式半挂车的中低端车型将成为运输车辆中的新宠；随着成熟期的到来，低载面大容量的侧帘与高强钢复合材料甩挂厢、中置轴货运甩厢将开启市场使用新纪元)，根据运输货物的差异，将细分货厢结构为：

(1)家电、饮料、布匹、酒水、汽车配件、钢材(线材、卷材)等易于托盘运输的，将转向侧软帘厢式货车(高端产品)，如图7所示；

(2)蔬菜、瓜果、食品、医药、电子产品、零担快递、无损散装粮食等货物运输，将转向钢塑复合板密封型厢式车辆(高端产品)，如图8所示；

(3)也或将有部分保留和转向钢塑符合材料翼开启式厢式车辆(高端产品)，如图9所示。

图8 复合板厢式半挂车

图9 钢塑复合板翼开启厢式半挂车

图10 瓦楞厢式密封箱或翼开启厢式半挂车

图11 运载交换箱的中置轴货车列车

但过渡期后，因价格问题必将经历一段培育期。该阶段内主流车型主要为，在低货台面高承载结构的底盘基础上改装的中低端厢式产品——即瓦楞厢式密封箱或翼开启厢式半挂车，如图10所示。

有关资料显示，目前市场上17.5 m大板车保有量约有11万辆、非标集装箱保有量约有30万辆，栏板半挂车和仓栅半挂车2017年全国产量约为30多万辆。这样一来，今后每年在需要正常更换的车辆或因标准法规查处超限而非正常更换的车辆等因素带动下，预计每年厢式挂车市场将释放约30万辆需求且还将逐年递增趋势，市场前景可谓十分广阔。

8 结束语

通过以上解决方案，可以看出：优化组合后的低承载面厢式半挂车，因其厢容大、稳定性好、自质量轻、货物及道路适应性强以及回程利用率高，将与中置轴货车列车并驾齐驱；如果我国参照欧美标准修订和实施双挂运输标准，则该结构厢式半挂车+7.82 m甩厢中置轴挂车组合使用下的双挂列车(如图5)，相对中置轴货车列车(如图11)可多拉18组托盘(达总托盘量52组)、容积增48 m3(容积总量达146 m3)而将更具市场应用优势。

(注：本文作者单位系山东红荷专用汽车有限公司，高级工程师。)