车厢可卸式运输车提升能力与结构形式匹配分析

车厢可卸式运输车提升能力与结构形式匹配分析
郑德玺1，韩翔2，李根文1
（1.徐州徐工随车起重机有限公司，江苏徐州221004；2.江苏安全技术职业学院，江苏徐州221011）
0引言
车厢可卸式运输车作为一种运输车辆，主要用于各类散装物料或垃圾的转运[1]。

这种运输车辆因为车厢快速装卸的特点，可以一车配置多个车厢联合使用，这种配置不但减少货物往车厢里装卸时运输车的等待时间，而且车厢可以直接放在地面上，可以更灵活和便捷地装卸
户对这一新型运输
车的认识，逐步在
环卫、军事、市政、
救援、建筑等领域
推广应用[2]。

图1所
示为徐工集团生产
的一种车厢可卸式
运输车。

1主要工作装置分析
车厢可卸式运输车的主要工作装置是安装在卡车底盘上的拉臂式自装卸装置，拉臂式自装卸装置主要通过拉臂的旋转完成车厢的装载与卸载[3]。

在装载过程中，拉臂顶端的吊钩一直提拉车厢一端挂钩，在提升过程中逐步使车厢倾斜角度增加，而车厢在离开地面前车厢尾部滚轮支撑在地面上，在车厢离开地面后车厢底部的纵梁支撑在拉臂式自装卸装置尾部的滚轮上，随着提升高度的进一步增加，车厢倾斜角度再逐渐减小，最终车厢到达水平状态，纵梁全部支撑在拉臂式自装卸装置上的支撑滚轮上。

在卸载过程中与上述过程相反，不再赘述。

通过分析可知，拉臂式自装卸装置在装载与卸载车厢时，因总有车厢尾部滚轮或拉臂式自装卸装置上的支撑滚轮能对车厢起到很大的支撑作用。

而同样车厢被起重机起吊时，起重机必须完全克服车厢自重使车厢离开其他支撑，所以拉臂顶端的吊钩的提拉力，与起重机起吊车厢时起重机吊钩提拉力相比要小得多。

综上分析，拉臂式自装卸装置比一般的起重机有更高的起重比重量系数和单位力矩自重系数，所以这是一种更为经济的起重设备，不但能节能降耗，还能提质增效，符合绿色制造的发展方向[4]。

2结构形式及其特点
为了更好地研究拉臂式自装卸装置工作原理和合理的设计相应结构，本文将通过不同结构形式拉臂式自装卸装置的提升能力分析，从而找出其受力特点与应用范围。

按照国家汽车行业标准QC/T848-2011《拉臂式自装卸装置》的分类，拉臂式自装卸装置按结构形式共有4种:基本型（J）、摆动型（B）、滑移型（H）和复合型（F）[5]。

基本型拉臂式自装卸装置主要特点是拉臂与举升臂固定为一体，整体仅能以中轴旋转，具体如图2所示。

这种
最容易，
动作与操作也最
钩装载与卸载车厢。

摆动型拉臂式自装卸装置主要特点是拉臂能够绕举升臂上的前铰点轴摆动，并且能够随举升臂一起以中轴旋转，具体如图3所示。

这种结构相对简单，制造较为容易，工作时需要先操纵拉臂向后摆动一定角度，再操纵举升臂体转动才可使用吊钩装载与卸载车厢。

摘要：车厢可卸式运输车是一种高效的运输车辆，其主要的工作装置是拉臂式自装卸装置。

文中分析了拉臂式自装卸装置在工作时的受力情况，并匹配分析其在使用、制造等方面的因素，阐述不同结构形式的拉臂式自装卸装置适用的提升能力的范围。

关键词：车厢可卸式运输车；拉臂式自装卸装置；提升能力；匹配分析
中图分类号:TH242文献标志码:A文章编号：1002-2333（2021）03-0145-03 Matching Analysis on the Lifting Capacity and Structural Form of the Detachable Transport Vehicle
ZHENG Dexi1,HAN Xiang2，LI Genwen1
(1.Xuzhou XCMG Truck-mounted Crane Co.,Ltd.,Xuzhou221004,China;2.Jiangsu College of Safety Technology,Xuzhou221011,China) Abstract:Detachable transport vehicle is an efficient transport vehicle,and its main working device is a pull arm self-loading and unloading device.This paper analyzes the force of the pull-arm self-loading and unloading device during work,and analyzes its use,manufacturing and other factors,and expounds the range of lifting capacity applicable to pull-arm self-loading and unloading devices of different structures.
Keywords:detachable transport vehicle;pull arm self-loading and unloading device;lifting capacity;matching analysis
图1车厢可卸式运输车
图2基本型（J）拉臂式自装卸装置
145
网址：电邮：*******************2021年第3期
2021年第3期网址： 电邮：*******************
图5复合型（F ）拉臂式自装卸装置
图3摆动型（B ）拉臂式自装卸装置
滑移型拉臂式自装
卸装置主要
特点是拉钩臂能够沿着
举升臂前后滑动，并且能够随举升臂一起以中轴旋转，具体如图4所示。

这种结构也相对简单，但是需要保证举升臂和拉臂有较长的滑动配合结构，需要较高制造精度，成本也较高，工作时需要先操纵拉臂向后滑动一定长度，再操纵举升臂体
卸载车复合型特点是拉臂既能够前后滑动，又能够绕前铰点轴摆动，并且能够随举升臂一起绕中轴旋转，具体如图5所示。

这种结构需要在举升臂中嵌套一段滑动臂，拉臂与滑动臂前铰点轴铰链，复合型（F ）因为需要多个动作复合作业，在4种结构形式中对设计制造精度要求最高，成本也最高，工作时需要先操纵拉钩臂向后滑动一定长度和摆动
定角度，
体转动，
3不同结构装置提升能力分析
3.1分析工况介绍
车厢可卸式运输车在装载与卸载满载的车厢时是拉
臂式自装卸装置受力最大，工况最复杂的过程，考虑到车
厢自身重力的影响，在装载过程中比卸载过程中受力更
大，所以对装载过程进行分析[6]。

根据支撑要素的变化和
受力条件的不同，把装载过程分为车厢尾部滚轮支撑在地面与离开地面两个阶段分别分析。

第一阶段即车厢前部被吊钩提拉脱离地面，但尾部滚轮还支撑在地面上，工况受力示意图如图6所示。

第二阶段即车厢完全离开地面
后车厢底部的纵梁支撑在拉臂式自装卸装置尾部的滚轮
上，工况受力示意图如图7所示。

分别如图6、图7建立直角坐标系，以垂直地面向上作为Y 轴正向，以沿着地面向运输车尾部为X 轴正向。

图中A
代表举升油缸与车架的铰点，B 代表举升臂与车架的铰点（即举升臂旋转中轴），C 代表地面对车厢尾部滚轮的支撑
点，D 代表举升油缸与举升臂的铰点，O 代表拉臂尾部的
铰点，E 代表车厢挂钩与拉臂吊钩接触点，G 代表车厢重心，H 代表拉臂式自装卸装置尾部的滚轮对车厢纵梁的支撑点，图中E 为基本型拉臂式自装卸装置拉臂吊钩工作位置，摆动型即E 点以O 为铰点转动到E B ，滑移型即E 点随O 点滑动而移动到E H ，复合型中E 点则会综合转动和移动到达E F 。

同时φ代表举升油缸与X 轴所成的夹角，β为车厢纵
梁与X 轴所成的夹角。

从工况受力图中可以看出，在举升臂到达同等位置时，
不同结构形式拉臂式自装卸装置主要区别是工作时拉臂
吊钩工作位置的不同，从E 点到E B 、E H 、E F 时，坐标值依次
成规律变化，现分析E 点坐标值变化对受力情况的影响。

3.2车厢尾部滚轮支撑在地面工况分析
假定拉臂式自装卸装置在装载车厢时都是匀速提
升，车厢尾部滚轮支撑在地面工况，由车厢在C 点力与力
矩的平衡条件可以得到：
∑X =0，F x =F t ； （1）∑Y =0，F y =G -F n ； （2）∑M =0，F y （x C -x E ）=F x （y E -y C
）+G （x C -x G ）； （3）F t =μ1F n 。

（4）把式（1）、式（2）、式（4）代入式（3）可得F n =G ·（x G -x E ）
（x C -x E ）+μ（y E -y C ）。

（5）式中：x C 与y C 分别代表C 点的X 轴与Y 轴坐标（下同）；F x 为拉
臂吊钩提升力水平分量；F y 为拉臂吊钩提升力竖直分量；F t 为地面对车厢滚轮的水平摩擦力；F n 为地面对车厢滚轮的竖直支撑力；μ1为车厢与地面的摩擦因数，一般为0.05~
0.15的定常数。

如图提升阶段，拉臂EODB 均以B 为铰点转动。

拉臂提
升力为F 提，拉臂吊钩提升力与车厢对吊钩的反作用力的大小相等方向相反，根据B 点处力矩平衡条件可以得到：
图4滑移型（H ）拉臂式自装卸装置
图7车厢完全离开地面后工况F x F y
E O L E B E H
E F
A B D
H
O H G
F n
F t X
Y
β
图6车厢尾部滚轮支撑在地面工况
A
B
D
H
E F
E H
E B
F x
F y
O H
O
E L G
F n
C F t
X
Y
φ
φ146
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F 提=
G ·（y E -y B ）(x G -x E )(μ2cos β+sin β)+(x E -x B )[(L
H +μ2LE )+(cos β+μ2sin β)(x G -x E )]（LH +μ2LE ）·[cos φ（y D -y B ）+sin φ（x D -x B ）]。

（13）
F 提·cos φ（y D -y B ）=F 提·sin φ（x D -x B ）+F y （x E -x B ）+F x （y E -y B ）。

（6）把式（1）、式（2）、式（4）、式（5）代入式（6）可得
F 提=
G ·（x E -x B ）·[(x C -x G )+μ(y E -y C )]+μ(x G -x E )·(y E -y B )
[(x C -x E )+μ(y E -y C )]·[cos φ（y D -y B ）-sin φ（x D -x B ）]。

（7）
从E 点到E B 、E H 、E F 时，y E 和x E 均减小，式（7）分母中算
式[(x C -x E )+μ(y E -y I )]，因摩擦因数远小于1主要看(x C -x E )受E 点坐标值变小而增大，另一算式[cos φ（y D -y B ）-sin φ（x D -x B ）]则不会受E 点位置的影响，分子中算式因摩擦系数远小于1主要看(x E -x B )受E 点坐标值变小而变小。

所以可知在同等条件下，按图6所示从E 点到E B 、E H 、E F 时，坐标值依次变得更小，举升油缸所需的拉力也更小，整个作业装置的受力情况也更好。

3.3车厢完全离开地面后工况分析
对于车厢被吊起脱离地面后，底部纵梁靠上后支撑滚轮但E 点还没转到B 点正上方时的情况，由拉臂式自装卸装置尾部的滚轮对车厢纵梁的支撑点H 处的平衡条件可以得到：
∑X =0，F x =cos β·F t +sin β·F n ； （8）
∑Y =0，F y =cos β·F n +sin β·F t +G ； （9）
F t =μ2F n 。

（10）
式中：F t 为尾部滚轮对车厢纵梁的摩擦力；F n 为尾部滚轮
对车厢纵梁的支撑力；μ2为车厢与尾部滚轮的摩擦因数，一般为0.05~0.10的定常数。

如图7提升阶段，拉臂EODB 均以B 为铰点转动。

拉臂
提升力为F 提，根据B 点处力矩平衡条件可以得到：F 提cos φ（y D -y B ）+F 提sin φ·（x D -x B ）=F x （y E -y B ）+F y （x E -x B ）。

（11）由车厢挂钩E 点处力矩的平衡条件可以得到
G ·(x G -x E )=F n ·LH +F t ·LE 。

（12）在任一确定位置下，滚轮对车厢纵梁的支撑点H 都是确定点，所以上式中代表相应点之间长度的LH 、LE 为常数。

把式（8）、式（9）、式（10）、式（12）代入式（11）可得
从E 点到E B 、E H 、E F 时，依据式（13）分母中算式不受E 点坐标值影响，但会因为y E 的大幅度减小和x E 的小幅度增加，使分子中(y E -y B )、(x B -x E )项变小，因为在此过程中，E 点在B 点上方附近，E 点与B 点X 轴坐标接近，差值接近于0，虽然此项会因为E 点变化略微增加，但是因为(x E -x B )过小，此项及其乘积可以忽略不计，所以分子整体变小。

综上可知，在同等条件下，从E 点到E B 、E H 、E F 时，举升油缸所需的拉力也逐步变小，整个作业装置的受力情况也更好。

当随着拉臂的继续转动提升车厢往前移动，当E 点已经转到B 点正上方偏左的时候，式（11）可变为F 提cos φ·（y D -y B ）+F 提sin φ·（x D -x B ）+F y （x B -x E ）=F x （y E -y B
）。

（14）
与式（11）相比，很容易看出此时油缸需提供的提升
力骤减，甚至会有提升力变成举升力，在装载过程中此阶
段不是受力的关键点，不再分析此种情况。

3.4
提升能力分析
通过不同结构形式拉臂式自装卸装置在两个提升阶段的受力情况可以发现，从基本型到摆动型、滑移型、复合型受力情况逐步变优。

由E 点运动轨迹可以看出，摆动型、滑移型、复合型3种结构在同等条件下均可使作业高度降低，相对基本型作业时拉臂的作业空间明显减小，作业更加方便灵活。

特别对于重载作业时，由于重心轨迹明显变矮，可以使作业装置做功减少，能量消耗也更少，同时因为作业过程中重心较低，在车厢装载与卸载过程中运输车的稳定性也较好，上述优势从摆动型到滑移型和复合型依次增强。

4
结语
通过对不同结构形式拉臂式自装卸装置提升能力的分析，摆动型、滑移型和复合型拉臂式自装卸装置受力状况要依次更加优于基本型，其提升能力也依次更大，提升角度与翻转半径依次更小，从而作业更加安全，做功更少，也依次更加适合更大吨位和更长尺寸的车厢可卸式运输车。

通过结构形式特点和提升能力的分析，基本型结构有结构简单、作业动作较少、操作简单、故障点少等优点，所以在小吨位的车厢可卸式运输车中可以采用这种结构，即使在中等吨位的车厢可卸式运输车中通过加强作业装置强度和油缸能力等方法也可以采用这种结构，但提升吨位不易超过8t 。

中等吨位的车厢可卸式运输车应更多地选用滑移型和摆动型结构形式进行设计制造，在提升吨位不超过20t 的情况下，这两种结构形式均适用，在要求故障点少、安装和维修方便、自身质量较轻的情况时优先选择摆动型结构。

对于要求提升能力大于20t 及超长车厢尺寸或作业净空高度较矮等情况时，则应选用复合型结构进行设计制造。

[参考文献]
[1]
陈志伟,温玉霜,刘庆娟,等.车厢可卸式垃圾车拉臂钩工作装置的高
效整体结构分析[J].徐州工程学院学报（自然科学版）,2013,28(4)：66-70.
[2]张文佳,付景顺.拉臂式自装卸装置与车辆底盘匹配的分析[J].现代机械,2018(2):51-54.[3]瞿球雄.车厢可卸式垃圾车拉臂上装的研究与设计[D].长春：吉林大学,2014.[4]冀浩杰.拉臂式自装卸装置辅助设计软件开发[D].秦皇岛：燕山大学,2015.
[5]拉臂式自装卸装置：QC/T 848—2011[S].[6]
温玉霜,祁隽燕.拉臂车拉臂结构及特点分析[J].工程机械,2012,43
(8):37-39.
（编辑
马忠臣）
作者简介：郑德玺（1988—），男，硕士，工程师，技师，从事机电液系统
集成研发工作；
韩翔（1985—），女，硕士，讲师，工程师，研究方向为汽车检测与维修。

收稿日期：2020-08-18
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