货车车身结构及其方案.docx
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货车车身结构及其方案
第4章货车车身结构及其设计
§4-1概述
货车即载货汽车，人们也称之为卡车，是指一种主要为载运货物而设计和装备的商用车辆，它能否牵引一挂车均可。
近年来，随着我国高速公路网的加快建设与不断完善，公路运输行业迎来了大变革、大发展的时代，货车已经从载运货物这一单一功能向可代表物流准时化的物流服务的运输工具这一方向发展，成为了一种社会化的服务工具，因此，货车车身的设计也需要紧跟时代的步伐，满足当今社会的需求。
货车车身包括驾驶室和车箱两部分。
在高度追求运输效率的今天，货车通常是昼夜不停地行驶，驾驶员轮换驾驶，驾驶室作为驾驶员和乘员工作和休息的空间，其设计既要满足实用性、耐用性、空气动力性、安全性等基本性能要求，也要具有良好的人机工程环境。
货车车箱根据不同的需要可以设计成多种形式，其结构也各不相同，在设计时需考虑的有车箱结构强度、车箱尺寸及容量、前后轴载荷分配等因素，对于厢式车箱还要考虑空气动力性能。
由此可见，在设计货车车身结构时，需要综合地考虑货车的实用性、耐用性、安全性、舒适性以及其他各方面相关的因素。
4.1.1、货车的分类
货车的种类繁多，形式各异，各国的分类标准有所不同，在我国国家标准GB/T3730.1-2001《汽车和挂车类型的术语和定义》中，将货车分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、越野货车、专用作业车和专用货车六大类，具体形式及定义见表4-1。
货车分类
定义
示意图
普通货车
一种在敞开<平板式）或封闭<厢式）载货空间内载运货物的货车。
多用途货车
在其设计和结构上主要用于载运货物，但在驾驶员座椅后带有固定或折叠式座椅，可运载3个以上的乘客的货车。
全挂牵引车
一种牵引牵引杆式挂车的货车。
它本身可在附属的载运平台上运载货物。
越野货车
在其设计上所有车轮同时驱动<包括一个驱动轴可以脱开的车辆）或其几何特性<接近角、离去角、纵向通过角、最小离地间隙）、技术特性<驱动轴数、差速锁止机构或其他型式的机构）和它的性能<爬坡度）允许在非道路上行驶的一种车辆。
专用作业车
在其设计和技术特性上用于特殊工作的货车。
例如：
消防车、救险车、垃圾车、应急车、街道清洗车、扫雪车、清洁车等。
专用货车
在其设计和技术特性上用于运输特殊物品的货车。
例如：
罐式车、乘用车运输车、集装箱运输车等。
表4-1货车分类、定义及其示意图
此外，人们根据日常生活和工作中的不同需要，还将货车按以下几种形式进行了分类：
按驾驶室结构分为长头式货车、短头式货车、平头式货车、双排座货车、卧铺式货车、偏置式货车等。
按车箱结构分为栏板式货车、厢式货车、油罐车、自卸车、汽车列车等。
按载重量分为轻型货车<3.5t以下）、中型货车<4-8t）和重型货车<8t以上）。
4.1.2、货车车身结构特点
1.驾驶室结构特点
货车驾驶室按其结构主要分为以下三种形式：
（1）长头式驾驶室，其特点是发动机位于驾驶室的前部，见图4-1a>；
（2）短头式驾驶室，其特点是发动机位于驾驶室的前下部，见图4-1b>；
（3）平头式驾驶室，其特点是发动机位于驾驶室的下部,见图4-1c>。
此外，还有一种偏置式驾驶室，见图4-2，这种驾驶室偏置于发动机的一侧，它是平头式或长头式驾驶室的一种变型。
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图4-1货车驾驶室的结构类型
a>长头式b>短头式c>平头式
图4-2偏置式驾驶室
在总布置设计中，当车身总布置尺寸参数<长、宽、高、轴距、轮距等）和质量参数确定之后，对驾驶室采用何种形式可通过以下的优缺点权衡。
在驾驶室空间方面，长头式驾驶室内部要比平头式的宽敞，因此地板可以布置地较低，有利于驾驶员上、下车，各种操纵机构也容易布置，便于驾驶员操纵。
在舒适性方面，长头式驾驶室要比平头式驾驶室好。
长头式驾驶室的发动机与驾驶室分开，发动机的散热、排气、振动和噪声等对驾驶室的影响小，便于隔热、防振和降噪；而短头式驾驶室由于发动机位于驾驶室下方，其所受影响较大，需要采取更加有效的隔热、防振和降噪措施。
在发动机的接近性方面，长头式驾驶室要比平头式好。
平头式驾驶室为改善发动机的接近性，通常设计有驾驶室翻转机构，通过驾驶室的前翻使发动机暴露出来，增加了机构的复杂性。
在碰撞安全性方面，长头式驾驶室也要比平头式好。
当发生正面碰撞事故时，长头式驾驶室的发动机区域能起到较好的缓冲吸能作用。
在视野性方面，长头式驾驶室由于车头的遮挡，视野范围受到限制，没有平头式的宽阔。
在车架利用面积方面，同等轴距下，平头式驾驶室占用的车架有效面积要比长头式的少。
在机动性方面，平头式驾驶室货车的最小转弯半径小，机动性比长头式的好。
短头式驾驶室的发动机有部分位于驾驶室内，经过适当的布置，既可有效提高车架利用面积和视野性，又可充分利用驾驶室的宽度。
因此，当所设计的货车长度有限制，又希望其具有较大的车箱有效面积时，可以采用短头式驾驶室。
偏置式驾驶室既具有平头式轴距短、视野宽的优点，又避免了驾驶室闷热的不足，而且发动机的接近性好，便于维修。
在超宽的汽车上采用这种窄驾驶室，还可以进一步改善驾驶员视野。
因此，偏置式驾驶室主要应用于重型矿用自卸车。
2.车箱的结特点
货车车箱主要可分为两大类，一类是通用车箱，另一类是专用车箱。
通用车箱一般可分为平板车箱、低栏板车箱、高栏板车箱和小吨位自卸车箱等，图4-3所示为几种常见的通用车箱。
专用车箱的种类较多，可大致分为厢式车箱、罐式车箱、自卸车车箱和集装箱等，图4-4所示为几种常见的专用车箱。
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图4-3通用车箱
a>平板货车b>低栏板货车c>高栏板货车
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图4-4专用车箱
a>冷藏车b>油罐车c>集装箱运输车
通用车箱主要用于运输一些装卸方式简单、环境要求不高及周转次数少的货物，如运输木材、煤炭、布料和粮食等。
专用车箱主要用于运输通用车箱不宜运输的货物，比如，易损的日用百货、食品等可采用厢式车箱运输，液态的化学品、燃料等可采用罐式车箱运输，而需要跨国远途运输的货物则采用集装箱最为方便。
§4-2驾驶室结构及其布置
4.2.1、驾驶室的结构
3.长头式驾驶室的结构
长头式驾驶室的结构在总体上可分为驾驶舱和车前板制件<俗称“车头”）两大部分。
1）驾驶舱
驾驶舱由前围板、前围侧板、前围上盖板、前立柱、后立柱、顶盖、顶盖前后横梁、上边梁、后围板、后围横梁、门槛等组成<在承载物件的外面覆以外覆盖件和车门等，在内部装置仪表板、内饰件、地板等构成完整的驾驶室），见图4-5。
图4-5长头式驾驶室驾驶舱
1.前围左侧板2.前围板3.前围上盖板4.前风窗框下横梁
5.前风窗框上横梁6.顶盖7.上边梁8.后围上横梁9.后围板
10.地板后横梁11.左后立柱12.地板13.左门槛14.左前立柱横梁
按驾驶舱的装焊工艺可将驾驶室分为有骨架结构的驾驶室和无骨架结构的驾驶室。
有骨架结构的驾驶室先由地板、前骨架和后骨架等组合件装焊成驾驶室骨架分总成，然后再装焊前围、后围、顶盖、门槛等外覆盖件以构成驾驶室。
无骨架结构的驾驶室是由各种钣金覆盖件和钣金零件先装焊成几个分总成，然后再在装焊台上装焊成整个驾驶室。
2）车前板制件
车前板制件是指驾驶室前部覆盖发动机和车轮的零部件的总称，主要由散热器面罩和框架、发动机罩、翼子板及挡泥板等组成，见图4-6所示。
图4-6车前板制件
车前板制件连接方法主要有以下两种形式：
（1>托架式连接
即车前板制件的各主要覆盖件如翼子板、档泥板、散热器框架等都是独立地用支架或软垫支承在车架纵梁或横梁上。
这种连接方法的优点是各总成或零件只与车架相连接，相互之间不牵连，便于装卸与修理，在坏路上钣金件因车架扭曲引起的撕裂现象较少。
缺点是车头刚性差，容易引起抖振、互相摩擦或挤压，增加了支架、托架和紧固件的数量和质量。
（2>整体式连接
除发动机罩外，其他车前板制件都连接成一个刚性整体，然后通过散热器的支承垫和驾驶室的支承垫支托在车架上。
这种连接方法的优点是整体刚性好，相对位置稳定，间隙均匀，整个车头流线型好，易于适应造型的需要。
缺点是车头装配精度要求高，同时各零件之间牵扯较多，如果受力分析不当或悬置结构布置不妥，往往会出现零部件撕裂现象。
3）前围
长头式驾驶室前围是内板式前围，发动机安装在其前面，其上安装有空调装置、刮水器装置，还固定有电气总成、洗涤罐、制动油罐等，并有许多电线束、油管从此通过。
所以，对此板要求有足够的刚性和强度，还要求零件形状尺寸准确，密封性好，板料厚度一般为1.2~1.5mm。
4）发动机罩
发动机罩是个大型的冲压件，需要保证隔热隔音、自身质量轻、刚性强等。
可通过设置内加强梁或内加强板增加发动机罩的刚度。
长头式驾驶室的发动机罩有以下几种结构形式：
（1>左右两块式
发动机罩由左右两块盖板通过中间纵向铰链拼接而成，见图4-7a>。
发动机从左右两侧接近，必要时可以将发动机罩盖板拆下。
但是，目前的新型货车几乎已淘汰了这种结构形式，因为这种车头难以适应目前外形的整体造型需要。
（2>整体上掀式
发动机罩为一块整体的大型覆盖件，用铰链与驾驶室前围上横梁铰接，开启时整体向上掀开，用专门的平衡机构保持发动机罩停留在任意开度的位置上，见图4-7b>。
发动机从上面接近，接近面广阔，但对发动机下部接近就比较困难。
（3>整体前翻式
车头全部钣金零件焊装成刚性整体，并能通过安装在散热器罩下面的翻转机构向前翻转，见图4-7c>。
其优点是发动机接近性好，但是当车头质量较大时需要安装翻转助力机构，增加了生产成本。
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图4-7长头式驾驶室的发动机罩形式
a>左右两块式b>整体上掀式c>整体前翻式
5）发动机罩开启机构
发动机罩的开启铰链多为带助力弹簧的平衡铰链。
由于要求开启角度达90°以上，必须使用六连杆平衡铰链，见图4-8。
这种发动机罩铰链固定点A及B的位置、发动机罩关闭时的初始位置C0D0和开度最大时的终了位置C1D1都是给定的。
机构中各杆长度和铰链点的位置可按如下方法选取：
（1>初步选取铰链点E，其初始位置在E0，终了位置在E1，因此杆长DE和EB即可确定。
当由E0转到E1时，为保证D0到达D1，必须使C0同时转至C1，因此需另设杆AG和杆CG，CG与EB在F点铰连。
（2>为求得F点的位置，可将机构作如下处理，即把BE0D0C0视为刚体，并绕B点按图示方向旋转角，使E0B和E1B重合。
与此同时，机构BE0D0C0转至BE1D2C2的位置，如图中虚线所示。
作C1C2的中垂线C12，F点应在此中垂线上取，是无穷多解。
（3>为确定AG的杆长，可应用极角定理，即从回转极点P01观察铰链四连杆机构相对的杆，其所对之角分别相等。
因此，应分别作F0F1和C0C1的中垂线F01和C01，得F01和C01的交点<极点P01）。
G点的位置只要满足∠AP01G1=∠BP01F1即可，所以也是无穷多解。
（4>由于F01和C01的交点在很远处，作图有困难，则可在CF杆上先选取G点，并对已知的初始位置G0和终了位置G1，作G0G1的中垂线G01，A点可在此中垂线上选取，使其接近原来给定的位置。
至此，六连杆机构的杆长和铰链点的位置已全部确定。
发动机罩开启最大角度时，在平衡铰链上必须设置保险机构，以防止发动机罩自行落下。
平衡弹簧的计算可在力分析基础上按螺旋弹簧的计算方法进行。
图4-8六连杆平衡铰链机构
1.支架2、3、5.构件4.发动机盖连接支架
4.平头式驾驶室的结构
平头式驾驶室在结构上和长头式驾驶室类似，但比较简单，主要由各种覆盖件和
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