某型随车起重运输车的总体设计

侯宝杰，胡运军，缪菊平



某型随车起重运输车的总体设计

侯宝杰，胡运军，缪菊平

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710000）

文章以某重型越野汽车搭载5吨级随车起重机的总体设计为依托，对比了随车起重机以前置式、中置式和后置式三种不同模式在基础车型上的布置对越野汽车整车性能的影响。通过实例对H型支腿跨距的校核计算，对随车起重运输车的抗倾覆性稳定性计算，校核了该车型的静稳定性和作业稳定性。

越野汽车；随车起重运输车；总体布置；稳定性校核

前言

随车起重运输车，俗称随车吊，既具备普通载货汽车的运输能力，又具备起重机的起吊功能，是一种能够实现货物快速装卸、运输的专用车。在专用车领域，随车起重运输车可以执行物资装卸、运输、倒运等作业任务。

与民用随车起重运输车使用条件不同，在越野运输车领域的随车起重运输车，除了具备基本的起吊功能外，还应具备一定的越野行驶能力、公路续驶里程及环境适应性。因此，该型随车起重运输车以越野汽车底盘作为基型平台进行搭载。

1 越野随车起重运输车的总体设计

本文简要介绍了某越野汽车搭载5吨级随车起重机（见图1）的总体设计概况。其主要性能指标见表1。

图1 某随车起重运输车

表1 某型越野随车起重运输车性能指标

1.1 随车起重机的选型

作为常年从事物资装卸、运输、倒运的随车起重运输车，在选择随车起重机型式时，应从装备作业场所的不确定性、作业功能的多样性以及车辆越野行驶的安全性等多方面进行考虑。折叠臂式随车起重机采用多个液压油缸形成类似关节的吊臂连接机构，其完成动作迅速灵活、工作效率高，占用空间小，能在狭小的工作环境下使用，并且可以扩展多样功能，故起重臂结构型式采用折叠臂式。

1.2 越野底盘的选型

选择合适的越野承载底盘，除了要求底盘越野性能好，在承载能力、动力性、通过性和环境适应性方面都有突出表现外，还要便于随车起重机的搭载，以及搭载后对底盘的变动尽可能小，尽可能减小对基础车型使用性能的影响。本次选用某型重型越野汽车进行搭载，该底盘为6×6驱动型式，前桥至中桥轴距为3700mm，中桥至后桥轴距为1400mm。

1.3 随车起重机的布置方式

随车起重机按照相对货箱的位置可以分为前置、中置和后置3种不同的布置型式，如图2、图3、图4所示。

图2 随车起重机前置

如图2所示，前置式的随车起重机安装于货箱前部，可以充分利用货箱面积，并保证起重在允许的伸出长度内和相应的运动条件下，能达到货箱的所有位置。但是，前置式随车起重机向前桥分配的载荷较多，需要进一步校核前桥的承载能力。

图3 随车起重机中置

如图3所示，中置式的随车起重机安装在货箱中间，起重机只需要较短的臂长即可满足使用要求，且轴荷分配易满足要求，基本上可以保持在基础车型的质心位置。但是，将货箱一分为二，不能运输长度较长的物资，限制了货箱的装载能力，货箱面积利用率较低。

如图4所示，后置式的随车起重机安装在货箱的后部，对货箱面积的利用率与前置式相当。但是，后置式随车起重机限制了货箱型式（无法采用后翻式后栏板），且对车辆的轴荷分配和离去角均有较大影响，对车辆的越野性能影响较大。

图4 随车起重机后置

权衡利弊，本车型采用前置式随车起重机,整车外形简图见图5。

图5 某型随车起重运输车外形简图

2 支腿型式及跨距

2.1 支腿型式的选择

随车起重运输车在进行起吊作业时，主车架将受到较大的附加集中载荷，为了保证车架的刚强度以及起吊作业时的工作稳定性，必须设置支腿。H型支腿结构简单，通过连接装置与主副车架固定，进一步加强了车架的横向刚度，能够改善车架的受力情况。H型支腿可实现全缩、半伸和全伸三种模式，可以通过选择半伸和全伸模式的跨距（分别3400mm和4560mm，全缩模式跨距为2240mm）满足不同工况的使用需求。在不进行起吊作业时，支腿可全部缩回并上翻至朝上，既不影响车辆的越野 性能，而且在布置上也不影响底盘车架两侧零部件的布置（如图6所示）。

2.2 支腿跨距的校核

该随车起重运输车只有左右两个支腿，故只需要校核横向跨距的稳定性即可。支腿横向外伸跨距的最小值是要保证起重臂在侧向工作时整车的稳定性，即最大起重量和吊臂自重对该侧支腿中心作用的倾覆力矩和稳定力矩处于平衡状态（如图7）。

为简便计算，取起重机最大工作幅度8.4m进行横向稳定性计算，起重机基座、立柱质心与汽车中心线重合，在计算平衡力矩时可以忽略不计，仅考虑起重臂和重物相对立柱中心的力矩即可。

图7 吊臂侧伸时静载受力分析图

倾覆力矩应不大于稳定力矩为安全状态，相对右支腿可列出力矩平衡方程为：

式中：m1、m2、m0分别为吊臂自重、最大工作幅度时的最大起重质量和除吊臂外的车辆质量，m1=750kg、m2=1000kg。为了考虑最危险工况，将稳定质量取最小值，即车辆整备质量与吊臂质量的差值，m0=14100-750=13350kg。

k为起吊时的动载系数，取k=1.1。

a和b为倾覆力臂，a=4100mm，b=8400mm。

B为支腿跨距，计算得B≥1845mm。即跨距的最小值为1845mm。

所选H型支腿在全缩、半伸和全伸三种模式下的跨距分别是2240mm、3400mm和4560mm，整车外宽2500mm，在全缩模式下，支腿无法工作；在半伸、全伸模式下以最大幅度起吊1000kg重物的安全系数分别为1.84和2.47。

3 稳定性分析校核

参照标准QC/T 459-2014《随车起重运输车》，对随车起重运输车的抗倾覆稳定性计算需包括静稳定性校核和作业稳定性校核，应按照对随车起重运输车处于最不利的工况、载荷进行计算分析。

如图8所示，前簧中心、支腿中心和后簧中心的连线组成了一个六边形ABCDEF的倾覆线，起吊作业时发生倾覆的最危险方向也就是起吊臂与倾覆线垂直的方向。

图8 起吊作业受力分析图

在起吊作业时，底盘簧载质量（去除起吊臂质量）相对倾覆线形成一个稳定力矩M0，起吊臂、重物相对倾覆线形成一个倾覆力矩M1，当M0/M1>1.4时，起吊作业安全稳定（1.4为推荐的最小安全系数）。

下面以随车起重机垂直起吊重1000kg的箱型重物（外形尺寸1m×1m×1m）为例进行分析计算。为了简化计算，假设重物在起吊过程中始终垂直于起吊臂，与起吊臂之间不形成偏摆，起重机回转速度为2r/min。

稳定性最危险工况为起吊臂处于最大工作幅度时的工况，计算参数为：起吊臂质量m1=750kg，起吊臂倾覆力臂L1，额定起重重物质量m2=1000kg，重物倾覆力臂L2，稳定质量（去除吊臂后的汽车簧载质量）m0=9560kg，稳定质量质心距离前桥中心线1.89m、相对倾覆线的稳定力臂为L0，分别按照静态和动态作业对倾覆线进行稳定性校核（注：相对各倾覆线的倾覆力臂和稳定力臂均通过作图法测量）。吊臂水平全伸展时的几何质心离地高度H=3.35m。

3.1 静稳定性校核

静稳定性校核按照吊臂与倾覆线垂直作业时额定起重量的1.25倍进行校核，按照不同倾覆线校核的结果见表5。

表5 静稳定性校核

3.2 作业稳定性校核

作业稳定性校核按照吊臂与倾覆线垂直作业时额定起重量m2的1.1倍进行校核，同时考虑吊臂自重m1、风载Pw以及吊臂水平旋转离心力PH形成的水平倾覆力矩MP。

风载Pw=qA=125N(q为风压，取值125N/m2；A为重物单面迎风面积，取值1m2)

离心力PH=ω2(m1R1+m2R2)=503N，离心力形成的水平倾覆力矩MP=PHH=1685Nm(ω为回转机构旋转角速度，ω=2r/min=π/15，R1、R2为吊臂质心半径和重物质心半径，R1=4.1m，R2=8.4m)。

按照不同倾覆线校核的结果见表6。

表6 作业稳定性校核

稳定性计算结果表明，起吊臂垂直AB倾覆线工况为最危险起吊工况，但作业时的安全系数为1.66，符合使用安全要求。

4 结束语

越野型的随车起重运输车基于某越野汽车进行改装设计，其越野性能、环境适应性能更强，不仅可装备陆装后勤部队，在矿山、路桥等民用领域也具备广阔的应用前景。出于篇幅限制，随车起重机系统的液压、电控部分设计，起重机安装方式及主车架的加强、校核均未进行描述，这些内容也是越野型随车起重运输车重点校核的内容。

[1] 乔维高.专用汽车结构与设计[M].北京:北京大学出版社,2010.

[2] QC/T 459-2014.随车起重运输车.2014.

[3] 丁光明,肖献法.随车起重运输车折臂式与直臂式的对比[J].商用汽车,2002年(9).

The overall design of a certain type of crane truck

Hou Baojie, Hu Yunjun, Miao Juping

（Shaanxi heavy duty automobile co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710000 )

In this paper, based on the overall design of a heavy off-road vehicle equipped with a 5-ton truck crane, Meanwhile the effet of front,middle and rear layout pattern on off-road vehicle performance was compared. Then the checking calcula -tion of H leg span is carried out through examples, and the overturning ability of crane truck was calculated. It means that the static and operation stability of the vehicle are checked.

off-road vehicle; crane truck; General arrangement; Stability checking

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1671-7988(2019)03-138-04

U462

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侯宝杰，男，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，主要从事产品设计。主要研究方向：整车设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.045