自卸车底盘设计特点分析

自卸车底盘设计特点分析

自卸车一般由于其使用路况和工况较差，且装载质量较大，需要车辆具有良好的动力性、承载性、可靠性、路况和环境适应性、改装适应性等，对底盘的性能要求具有一定的特殊性，其底盘设计具有自身的特点。近年来随着国家治理超载力度的加大，节能减排的政策影响，以及区域销售的特点日益突出，自卸车既要进一步提高对各种恶劣环境的适应能力，又要对保护公路和环境做出积极贡献，在设计开发中出现分类化特点，出现了如轻量化自卸车底盘、公路型自卸车、工地型自卸车等细分类型，自卸车底盘设计也呈现出一些新的特点。

1、良好的动力性

自卸车多用于运输土石方、砂石料、煤炭、矿石等，主要行驶于二级及以下公路或非公路地区，如工地、矿区、山区及丘陵地带，地形条件多为长坡、陡坡、多弯，由于运输物质质量大，路况较差，需要车辆具有良好的动力性，以适应爬坡、重载的需要。这类车型的常用车速都在40～60Km/h（等级道路）或10～30Km/h（矿区），最高车速70-90km/h左右。自卸车的运行工况对车辆的传动系统提出了较高的要求，由于重载、路况差，且发动机经常运行于低转速区，要求发动机扭矩较高，并且低速扭矩大，以适应重载低速爬坡的动力需求，并以充足的后备功率适应路况差的要求。

由于工况较恶劣，自卸车离合器后备系数往往大于同等总质量的载货汽车。离合器后备系数 即为离合器总成滑动摩擦扭矩与发动机最大扭矩的比值，它反映了离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度。据相关离合器厂家推荐的离合器后备系数如下：自卸车2.2—3.0，中、重型货车1.7—2.1。如果后备系数选择过小，不能可靠地传动发动机的最大扭矩，由于自卸车重载起步冲击较大，容易造成离合器打滑烧蚀等故障；如果后备系数选择过大，则不能有效防止传动系过载，并且易造成操纵沉重。

为提高车辆的动力性和经济性，使得车辆在低速重载时具有高动力性，空载回程时具有较高车速，变速箱速比范围要求渐宽，变速箱趋向多档化，目前市面上4X2工程车已用到8、9档箱。变速箱速比的选择方面，一般来说，用于较差

路面和使用工况下宜采用直接档变速箱，用于路面较好地区，为提高最高车速，可采用超速档变速箱。

由于超载及路况较差，为使车辆具有良好的动力性，匹配传动系统时，后桥输出扭矩往往用到极限，后桥在市场上的损坏情况较多。随着变速箱档位的增多，速比范围加宽，后桥输出扭矩逐步放大，后桥动力输出负担加大，而迫于成本和竞争的压力，后桥规格加大却比较有限，这就往往带来了传动系统匹配的矛盾。自卸车运行在较差路面上，如土路、砂石路面，其滚动阻力系数较大（见表1），相对于良好路面来说大大增加了车辆的滚动阻力，起步时要求短时间内增大驱动力以克服道路阻力，对后桥齿轮的冲击加大，加剧了后桥齿轮的损坏情况发生。市场上曾发生用于装载挖沙的车辆起步时发生后桥打齿的情况，该工况提高了对车辆低速动力性及齿轮强度的要求。

表1 滚动阻力系数f数值

2、良好的承载性

自卸汽车经常存在超载现象，而且路况较差，对车辆承载系统提出了更高的要求。为解决市场上经常发生的钢板弹簧断裂现象，为加强承载能力，板簧设计时通常通过增加片数、增加单片厚度和宽度来增加板簧的强度，同时也意味着板簧刚度的增加，对整车平顺性的影响是不利的，为满足对整车平顺性的需求，以及空间尺寸的限制，板簧的增强不可能是无限制的。

车架作为车辆的主要承载体，要求具有良好的强度，车架设计常通过增加大梁断面高度、增加材料厚度来加强强度，多采用双层纵梁形式，有的在车架高应力区增加加强板。

轮胎通过增加尺寸、层级、气压来提高负荷能力。轮胎尺寸的增加往往会增加布置上的困难，车轮轮跳空间、轮胎与板簧间隙、后轮处整车外宽尺寸限制，都是需要考虑和关注的问题。一些用于山区的车辆，由于经常在弯道上行驶，重载、路况差加重了后桥壳的变形，出现悬架U型螺栓和后轮胎单边距离近的问题，甚至发生刮破轮胎的问题。重载也会造成轮胎出现变形情况，易引起爆胎。

3、良好的路况适应性和环境适应性

由于自卸车行驶路面较差，需要车辆具有良好的通过性，即要求车辆具有一定的接近角、离去角、最小离地间隙、纵向和横向通过半径，整车布置时需要使上述指标得到保证。路面飞溅的石子容易击打水箱及风扇，造成水箱和风扇的破损，所以在布置时希望水箱和风扇具有较大的离地间隙，而水箱和风扇的抬高往往容易受地板高度的限制。为避免石子击打造成的损伤，通常在水箱前方增加防护栏，水箱及防护栏的布置容易影响车辆接近角和最小离地间隙，需要布置时注意。对油箱、消声器、贮气筒等容易影响离地间隙和车辆纵向通过半径的部件布置也应加以注意。轮减桥由于桥壳尺寸小，有助于增大车辆最小离地间隙和横向通过半径，在路况差的地区具有更好的通过性。轮减桥的轮间差速锁可以充分利用左右驱动车轮的附着力，保证转矩在驱动车轮间的不等分配以提高抗滑能力，提高汽车牵引力，提高车辆在恶劣路面上的通过性。

对于不同路面和使用要求，应选择相应的轮胎花纹。对于工地或混合路面，可采用横向花纹或混合花纹，提高轮胎的附着力和抗磨损能力；对于主要用于公路运输的自卸车，可选择纵向花纹，以减小滚动阻力，降低油耗。市场上曾反映在良好路面使用横向花纹轮胎，由于车速较高，出现轮胎花纹异常磨损的问题。对于高速物流货车，应采用子午线轮胎或无内胎轮胎，不宜采用斜交胎，否则易发生爆胎，而且子午线轮胎滚动阻力小，可降低油耗。

自卸车由于车辆行驶环境较普通车辆恶劣，道路条件差，车辆经常处于重载甚至超载状态，发动机经常在低速、全功率、大扭矩工况下工作，经常处于大负载工况，故对散热性能要求较高，通常设计时通过加大散热器面积或风扇直径来增大散热性能，但是这容易受到布置空间的限制。在工地多灰的工作环境里，往往要求进气系统带有废气引射功能，可延长空滤使用寿命，避免发动机过早磨损，

并且提高维护方便性。

车箱的布置上，要求轴荷分配比较合理，如车箱长度不宜过长，否则重心过度后移，上坡时容易造成翘头，且前轴负荷过轻，引起转向发漂，甚至失去转向带来危险，质心后移也容易形成过度转向，操纵稳定性变差，带来安全隐患。轴荷与箱长的匹配应该合理，如果箱长匹配过短，空车重心会较靠前，也可能产生在湿泥路面坡道时，由于湿土路面附着系数较低（0.2-0.4）及后轴荷较小带来的后轴附着力不足，无法克服坡道阻力，发生空车上坡驱动轮打滑的问题。

随着车辆载荷的增加，车辆配置向大马力发动机、多驱动轴发展，但是由于地形条件的限制，在多弯的山路和丘陵地区又需要转向直径小、机动性较好的4X2车型，两轴车与三轴车底盘相比，成本相对较低，结构相对简单，相应降低故障率及提高可靠性。由于自卸车的路况较差，振动加剧，对零部件可靠性要求较高。

4、改装适应性：

自卸车底盘由于其专用性质，需要在设计时考虑上装的布置需求和用户使用需求，做出相应调整。如自卸车由于重载、山区及恶劣的使用工况，制动频繁使用，为避免制动鼓过热、制动衰退现象发生，用户在自卸车上加装淋水器为制动鼓降温的情况非常普遍。淋水器的布置需要在底盘侧部占据较大空间，需要底盘布置得比较紧凑。而由于中举式举升机构的位置占据了车架中部的一些空间，储气筒往往需要布置在车架外侧，加上油箱、蓄电池等，轴距以内的车架外侧空间已经不多，所以在短轴距车型上淋水器的布置空间是比较紧张的。

取力器的布置空间也是自卸车底盘必须要考虑的问题，由于一般是在变速箱取力，常见问题是消声器如果布置在车架下翼面，如果与取力器布置在同侧，容易与取力器布置发生矛盾，这需要在设计时注意消声器的布置走向，尽量避免和取力器布置在同一侧。现在有些变速箱开发出两侧都可安装取力器的结构形式，较好地适应了不同发动机及消声器的布置需要。也有采用箱式消声器布置在车架外侧来避让取力器布置空间问题。有时为解决取力器布置空间的问题，采用排气管路横跨车架的方式，将消声器布置到车架另一侧，该设计的问题是排气管路往往位置较低，影响通过性，而且管路拐弯增多，排气阻力增大。