对宿营车扩展车厢的一种设计分析

黄建祥

关键词：宿营车 扩展车厢 设计计算 有限元分析

1前言

在野外执行抗洪、抢险、救援或在市区执行维稳等任务时，为了保障人员的安全及身体健康，提供温暖舒适的宿营场所.特在载货汽车的基础上开发了一款集物资转运及野外宿营功能于一体的多功能载货式宿营车。如果能使车厢在满足道路运输条件限制的情况下空间得到有效扩充.在不改变车厢容积大小的同时使得运载底盘冗余载荷得到充分利用.车厢通过不同方式扩展。对厢式专用车车厢空间利用和作业效率的提高都有着重要的意义。

扩展式宿营车的扩展车厢工作稳定性是整车性能的关键因素.通过对扩展机构的计算分析和建模，并利用有限元软件分析的方法对支撑杆进行结构分析，验证扩展机构设计的正确性.对保证产品使用性能、提高零部件可靠性以及整车性能有重要作用。

2整车设计布局

扩展式宿营车主要用于野外宿营，可满足16人在车内进行宿营、淋浴、如厕、娱乐、用餐、会议等需求，并具备车外场地照明、车内温度控制、空气调节等功能，可接市电或自发电供电。

整车由三部分组成：二类底盘、固定车厢和扩展车厢，如图1所示。

扩展式宿营车底盘选用轴距7.1m，双桥18t二类底盘作为车厢载体。

固定车厢除底架骨架采用铁质材料外，其余骨架均用铝合金材料构成，有效降低车厢的重量，并在骨架内布置降噪保温材料，保证车厢的保温和隔音性能。

扩展车厢骨架采用铝合金材料.骨架内布置降噪保温材料。扩展车厢单边可扩展1.5m。车内分成四个区域，分别为：寝室、会议区、浴室和卫生间，车内布局图如2所示。

3扩展车厢设计计算

3.1扩展舱内部空间计算

根据整车布置情况，扩展车厢单边展开1.5m，两边展开后车厢总宽度为5.5m。

根据GA 997.2012警用宿营车标准要求，单人床铺尺寸应大于1.9mx0.6m。现初步设计尺寸为2 mx0.9m（B）。

根据扩展车厢内需布置16张床铺，单边扩展车厢住8人，分上下两层，单层4人，中间过道1500mm。

相临床铺之间使用隔断隔开.隔断使用常规铝型材制作，B隔厚度为43mm;考虑扩展车厢收回后干涉问题，右扩展舱长度需大于左扩展舱长度，初定L偏差尺寸为270mm。

扩展车厢尺寸计算结果为：

因此，满足16人住宿需求，右扩展舱内部长度需3729mm.左扩展舱内部长度需3459mm。右单人床铺宽度为900mm，左单人床铺宽度为832.5mm（为便于生产可取整数832mm）。

3.2驱动电机功率计算

采用减速电机驱动扩展机构传动装置.在减速电机设计与选型时可假设作业时场地平整，无坡度阻力和迎风阻力影响.只考虑副车厢本身的自重以及滚轮与轨道之间的滚动摩擦力。

已知条件：扩展车厢质量G=500kg;传动机构传动比九=160;车厢与导轮摩擦因数0=0.1;扩展车厢传动距离M=1.5m：电机转速n=1400r/min。

因此，驱动电机功率为：

3.3车厢展开时间计算

已知条件：减速箱减速比i=160：电机转速n=1400r/min;齿轮分度圆直径d=80mm;车厢扩展距离L=1500mm，因此，扩展车厢扩展速度：

4扩展车厢建模及分析

4.1扩展车厢建模

电动扩展车厢机构主要分为扩展车厢和承载车厢的扩展机构.如图3、图4所示。

驱动杆采用齿轮和齿条驱动.结构如图5所示。支撑杆采用0型轨结构。结构如图6所示。其中外管由材质为Q345的140 mmx2mm方钢制作而成，内管由材质为Q345的120 mmx2mm方钢制作而成。

4.2扩展机构支撑杆强度分析

扩展车厢每侧安装5根支撑杆，车厢重量为500kg，承载重量不超过300kg，则每根承载不超过100kg。采用有限元软件Abaqus模拟支撑管刚强度计算。支撑杆材质为Q345，材料参数见表1。

按二次减缩积分划分模型网格，并对其进行加载，如图7、图8所示。

经过软件模拟计算后，应力和变形云图如图9、图10所示。

分析得到支撑杆最大应力为142.9MPa，钢管Q345屈服强度为345MPa，安全系数取1.5，许用应力=345/1.5=230MPa>142.9MPao分析得到支撑杆最大变形量为2.4mm，属于弹性变形范围内。

因此，支撑杆的结构安全可靠，满足工况设计要求。

5试验分析

通过对宿营车（如图11、图12）扩展系统进行试验，其试验结果见表3.

6结语

通过宿营车扩展舱内部空间计算分析.满足16人同时住宿设计要求。然后通过车厢展開时间计算和试验结果.扩展车厢展开时间满足工况需求。最后对支撑杆进行有限元分析和样车运行试验.验证扩展车厢的稳定性和可靠性。