汽车物流跨界运输车与设计

摘 要：

从整合整车物流和零部件物流的角度出发.研发能够适应两种物流模式的跨界运输车,可以实现整车物流、零部件物流乃至普通散货物流的有机融合.最终达到节能减排、降本增效的目的.

关 键 词：

汽车物流、资源整合、车辆设计、跨界

　目前,我国汽车物流业在高速发展过程中普遍存在物流成本高、物流资源配置效率低下等弊病,造成了车辆资源、公路资源及石油能源的浪费,也增加了大量的空气污染.事实上,物流成本中很大一部分是由于运输车辆的空驶造成的,由于无法做到运输车辆和运输资源的有效共享,造成我国汽车物流运输车辆空驶率居高不下,运力浪费严重.　笔者认为,整车物流和零部件物流的融合是汽车物流企业增强竞争力的业务新模式和利润增长点,可以有效降低物流成本.

汽车物流跨界运输车产生的背景

　整车物流运输车和零部件物流运输车的差异分析　整车物流和零部件物流历来是泾渭分明的两个领域,由于货物形态与运输要求不同,其运输车辆是两种完全不同类型的车种,彼此不能通用.　整车物流采用轿运车来运输商品车,其车身结构多为开放式,由桁架式杆件组成,内部采取上下两层装载面滚装装载商品车,少部分车型采取封闭结构；又根据后车轴型式不同,分为双轴、单轴两种.轿运车需要满足各种型号商品车的接近角、离去角、商品车安全间隙、固定等要求,对装卸作业专业性要求较高.因其内部结构特殊,只能运输商品车,很难运输其他货物,通用性差,如图1所示.　零部件物流采用厢式车来运输汽车零部件,其车身为全封闭厢式结构,有后围对开门和侧围飞翼门两种型式,车厢内部空间为单层长方体,货物采取堆叠装载,汽车零部件主要采用纸箱包装和周转箱包装,部分线索等零散超长物件包装.车厢内部要求地板平整,空间规则、防尘防水.厢式车载重量大,通用性强,除了运输汽车零部件,也能运输普通干散货,见图2.

汽车物流面临的行业困境　(1)国家标准的限制　整车物流所用轿运车为半挂车,现行国家标准GBl589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》规定,半挂汽车列车总长不允许超过16500mm、总宽不允许超过2500mm、总高不允许超过4000mm,而目前大多数在用轿运车外廓尺寸都大大超过上述标准.如果只是简单地减小其外廓尺寸以符合法规的要求,物流企业的利润将大幅减少,甚至面临亏损.　(2)汽车物流运输效率低下　在我国,可以用最小的制造成本,制造最好的汽车,但物流成本却是国外的几倍.数据显示,目前欧美汽车企业的物流成本约占销售额的8％,日本汽车企业为5％,我国汽车企业为15％以上.另一组数据显示,我国汽车的运输成本是欧洲和美国的3倍,汽车物流企业的车辆空驶率高达39％.

基于以上因素,开发符合国家法规的多用途跨界运输车,将整车物流与零部件物流整合起来,成为汽车物流企业降低物流成本、综合利用运力的优选途径.

跨界运输车设计纲领

　要设计跨界运输车,适应商品车与零部件运输,必须抛开已有框架,进行创新,在车辆外廓尺寸符合国家标准的前提下,充分考虑商品车及零部件对装载空间的不同要求,使车辆内部空间利用率最大化.

根据国内外专用车的研究现状,提出了此次设计工作的注意点：轻量化(新材料)、疲劳寿命、数字化控制、整车与零部件混装后车辆重心位置的估计及对车辆行驶安全性的影响、对轮胎磨损的影响等.　功能要求　轿运车在运输商品车时,上层有升降、锁止机构,以及固定商品车的打孔地板；厢式车在运输零部件时,需要有平整规则的车厢,以及防尘防水条件,同时,厢式车的载重量远大于轿运车的载重量.跨界运输车从功能上要既能完全满足运输商品车,又能运输零部件,还能适应商品车和零部件混运,运输商品车时要求满足上下两层共可装6辆；运输零部件时要求满足可装16个标准托盘体积的货物.　模块化要求　现有的轿运车结构复杂,零件拆装不方便,维修和零件更换较为困难.跨界运输车的设计要在满足车辆结构强度和刚度的情况下,将整车分解为若干层次较低的、可互换的、独立的基础单元模块,通过对功能模块的选择与综合,可以得到不同系列、不同性能的产品,满足用户的不同需求,也为设备维修、零件更换提供方便.　轻量化设计　环保、轻质、节能是未来汽车发展的主题.研究表明,汽车重量减轻10％,燃油消耗可减少6％.因此,减轻汽车的自重是节约能源、减少排放最有效的途径.汽车轻量化分为两个大的方面：一是结构的轻量化,二是材料的轻量化.

依据轻量化设计思想,结合高强度钢材料替换与结构优化两方面,对跨界运输车半挂车车身骨架结构进行轻量化设计.根据调研和前期分析,跨界运输车半挂车轻量化目标为：　(1)减重效果：通过合理优化结构,减薄板厚,实现10％～20％的轻量化效果(除轮胎、车轴及液压缸以外的半挂车车身钢架结构),从而降低油耗、提高运能.　(2)整车性能：针对车身性能薄弱环节进行优化改进,提高车身结构机械性能5％～15％(包括轮胎、车轴及液压缸在内的半挂车整车).　(3)制造成本：部分采用高强度钢材料的车身,单车制造材料成本增加不超过5％.　满足标准法规要求　跨界运输车的设计要符合国家标准GBl589／2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》中对整车运输车外廓尺寸、轴荷及质量的规定,符合GBl8565-2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》中对营运车辆的动力性、燃料经济性、制动性、转向操纵性、照明和信号装置及其他电气设备、排放与噪声控制、密封性、整车装备的基本技术要求和检验方法的规定,符合GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中对机动车的整车及主要总成、安全防护装置等有关运行安全的基本技术要求及检验方法的规定.

跨界运输车设计方案

　基于同时满足商品车和零部件运输特性的设计原则,跨界运输车采用双轴双胎的后车轴型式,车身外表面采用全封闭厢式结构,以满足零部件运输要求.在车辆内部结构方面,采用上下双层6车位装载设计.　车辆总体布置　整车总长16.5米,总宽2.5米,总高4米(不装顶棚).采用9:00R20―16PR轮胎,装商品车时,可以不装顶棚,如图3所示.　GBl589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》规定半挂车车身最高为4000mm,但在运载商品车时,装载后的整车高度通常超过4000mm,所以车顶采用可拆卸顶棚,在装商品车时,可以不装顶棚,在装零部件时,加装顶棚,以满足装载要求.　原有的后车轴为双轴单胎结构,装载质量为10t左右,在装商品车时满足载重要求.但如果双层6车位空间装满零部件的话,零部件的重量在16t左右,现有结构无法满足要求,这里采用双轴双胎结构,承载量可以满足零部件的载重要求.　车身结构：　前围、波纹板；　侧围：集装箱瓦楞板,每侧3个对开门；　后围：折叠式复合钢门；　顶棚：可拆卸帘布顶棚+尾部活动顶棚；　底板：商品车与零部件两用底板.　车厢前端和车后门的设计　由于半挂车车厢长度在14m以下,采用全封闭后难以满足3辆商品车长度的装载需求,所以车厢前端和后门采用如下形式：在车厢前端采用封闭凸出的形式,凸出的最大量满足运输车的最小转弯半径要求,便于前面1#、4#位商品车车头探出到凸出空间内.后门采用复合门结构形式,在装载商品车时车厢可以加长,这样就可以保证车厢长度满足3辆商品车装载.

上层平台结构和装载方式　挂车要求双层结构,存在上层装商品车或零部件的问题,因此采用上层平台升降的方式进行商品车和零部件的装载.上层平台结构和装载方式为：将上层平台按前1／3和后2／3分为两部分,前部可独立升降,后部可独立升降和倾斜.装载商品车时,上层平台后部降低高度并倾斜,将货物装载到平台上,然后升起,继续在下层平台上装商品车；装载零部件时,将上层平台降至最低,形成一个水平的装载面,叉车驶入车厢装零部件；混合装载时,在上层平台装完零部件后,将其升起,在下层平台装商品车.

下层平台结构　由于采用双轴双胎的半挂车,运输车下层平台前部鞍座上方根据牵引车不同底板离地高度有差异,在1350mm左右,后端底板高1200mm左右.将下层平台设计为四段,分别为挂车前、后车轮处平台和它们之间以及后部平台.前后车轮处平台固定,中间和后部平台采用液压装置可上下升降.当装载商品车时,中间平台升到和车轮处平台在一个水平高度,后部平台倾斜,装载零部件时中间和后部平台降低高度,从而为零部件提供更大的装载空间.　平台表面的结构形式　现有的轿运车平台不平整,平台表面为冲孔翻边板,主要是为了保证商品车上车时的抓地力,以及商品车的捆绑固定.为了同时满足零部件装载时所要求的平台的平整和密封性,平台表面采用以下结构形式：采用平压冲孔板,制造完毕后表面平整无凸起,在运输过程中保护零部件包装不受平台凸起损坏,同时也方便叉车驶入；另一方面,如果平台表面过于光滑平整,装商品车时,商品车可能会存在轮胎打滑的情况,因此,在平台两侧的跑道位置加贴防滑材料,以增大轮胎的摩擦系数.　车厢侧门的设计　由于车厢为封闭车厢,而驾驶员需要有进出车厢的空间,装车人员要有固定商品车的操作空间,并且为了便于零部件的装卸,需要在车厢两侧开侧门,沿车长方向单侧开3个侧门.目前最常用的侧门结构是折叠式,但由于跨界运输车采用软顶结构,无法采用这种结构形式,因此采用对开式结构.　数字化液压控制　平台的升降是通过液压油缸实现的.以往通常是通过手动控制方式来控制液压油缸的升降,操作精度较低.这里采用控制面板的形式,根据各个油缸的工位要求,设立控制按钮,自动控制油缸的升降,不仅操作简单,而且精度高.这里设置液压油缸3组共6只：

第一组：纵向水平放置,控制前平台；

第二组：直立油缸,位于前后平台铰接点,同时控制前后平台；

第三组：直立油缸,钢丝绳结构,控制后平台.　轻量化设计　相对轿车而言,半挂车等重型卡车的轻量化设计具有更重大的意义.在轻量化设计中,可以采用建立拓扑优化设计有限元模型、设置拓扑优化设计参数等方法.

跨界运输车技术评估

跨界运输车经过论证、研发、样车制造、投入准备、样车测试等一系列过程,对其功能性与可靠性进行了充分评估,最终结果完全符合设计要求,见图4.

商品车运输　以上海通用雪佛兰景程车型为试验目标,经过实车试验,跨界运输车可以装载6辆景程,满足上下双层共装6辆商品车的设计要求,见图5.同时,该车也可以满足外廓尺寸不大于景程的如上海大众桑塔纳、poLo,以及上海通用赛欧、凯越、君威等商品车的运输要求.

零部件运输　以国内某汽车厂商的售后零部件运输为试验样本,经过零部件装载试验,跨界运输车可以实装16个标准托盘体积的零部件货物,达到设计目标,见图6.在为时一周的可靠性试验中,该车的密封性完全能满足防尘防水的零部件运输要求,当然也可以运输其他各种类型的干散货,为跨界运输车的一跨多界留下了想象空间.