货车车身结构及其方案.pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用 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

2、 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/T 3730.1-2001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

3、，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； (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。 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 b c 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bc

4、图 4-3 通用车箱 a 平板货车 b 低栏板货车 c 高栏板货车 abc 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。 个人资料整理仅限学习使用 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 1. 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 托架式连接

5、 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

6、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 1.21.5mm。 4) 发动机罩 个人资料整理仅限学习使用 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

7、，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。 a b

8、 c 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 E

9、B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 个人资料整理仅限学习使用 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 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

10、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 2. 平头式驾驶室的结构 个人资料整理仅限学习使用 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钣金 零件组成的封闭断面和开口断面来作为承载构件，见图4-9。 图 4-9 平头

11、式驾驶室结构 1.车顶盖 2.上边梁 3.后围板 4.后围角板 5.后框 6.前柱 7.门槛 8.车门 9.踏脚板 10.地板 11.地板横梁 12.纵梁 13.前围侧板 14.前围板 15.仪表板 为提高发动机检测、维修和保养时的接近性，平头式货车往往采用前翻式驾驶室来使 发动机暴露出来。在需要翻转时，前翻式驾驶室通过翻转机构使整个驾驶室向前翻转，而 在不需要翻转时，则通过锁止机构锁定驾驶室。 1) 前围 平头式驾驶室前围是外板式前围，发动机安装在其后面，这种前围可以分为单层式和 双层式。单层式前围多用于轻型货车，该前围外板既是覆盖件又是受力件。仪表板下部的 各总成均布置在地板与仪表板固定板

12、之间的支架上。单层式前围的优点是结构简单、质量 小、工艺性好。双层式前围多用于中、重型货车。前围板分为外板和内板，外板是覆盖 件，起装饰作用，且可拆卸；内板是受力件，功用与内板式前围相同。双层式前围的优点 是： (1 由于前围板可拆，拆卸后可使暖风水管、刮水器、制动管路和手制动拉索等都暴 露在外部，且与人的站立高度相当，因此维修方便； (2 由于是双层，从设计的角度考虑，提供了足够的布置空间； (3 从车内看，仪表板下部空间干净利落，有宽敞的伸脚空间； (4 因前围板是双层的，故对整车的密封效果和前围的强度均有一定的改善。 2) 驾驶室翻转机构 驾驶室翻转机构主要由支架、翻转轴、施力机构、支撑

13、杆及调整机构等组成。翻转机 个人资料整理仅限学习使用 构的形式主要有液压机构和扭杆机构，相比于液压机构，扭杆机构具有布置容易、操作轻 便灵活、可靠性高等特点。图4-10 所示为某轻型货车驾驶室翻转机构，采用了扭杆机构， 其翻转机构结构简单，且驾驶室的翻转角(指驾驶室翻转后被支撑杆撑住的位置大。 图 4-10 某轻型货车驾驶室翻转机构 1.驾驶室支撑杆 2.扭杆臂 3.驾驶室右支架 4.胶垫 5.驾驶室前支撑轴管 6.驾驶室左支架 7.扭杆 其工作原理是：扭杆7 一端插入驾驶室支承轴管内花键中，另一端由扭杆臂2 固定在 前右支架3 上，驾驶室支承5 与驾驶室的左右地板骨架连接。驾驶室为锁止状态时

14、，该结 构使扭杆的扭转角为最大，此时扭杆的扭力矩最大；当锁止解除后，扭杆的扭力矩作用于 驾驶室前支承，克服驾驶室重力矩，并施加较小的向上推力可使驾驶室实现翻转。当驾驶 室翻转到最大角位置时，扭杆的能量基本释放，驾驶室的翻转速度逐渐衰减，轻轻上推驾 驶室，依靠驾驶室支撑杆1 将驾驶室锁在最大翻转角的位置。当放下驾驶室时，驾驶室利 用自身的重力下落，其重力矩逐渐增大，驾驶室前支承对扭杆作用使其扭转角增大，则扭 阻力矩也增大，克服重力矩，使驾驶室的回落速度逐渐减小，当略加外力，向下拉动驾驶 室即可使其锁住。 3) 驾驶室锁止机构 在汽车正常行驶或制动时，为防止驾驶室发生自行翻转，需采用驾驶室锁止机构

15、锁定 驾驶室。图4-11 所示为某轻型载货汽车驾驶室锁紧机构，主要由手把机构总成，左、右锁 紧机构，长拉杆，短拉杆，驾驶室后支承支架总成和后支承胶垫总成等组成。其中手把机 构总成，左、右锁紧机构固定在驾驶室后围上，驾驶室后支承支架总成通过后支承胶垫总 成固定在车架上。 个人资料整理仅限学习使用 图 4-11某轻型货车驾驶室锁止机构 1.手把机构总成 2.短拉杆 3. 左锁紧机构总成 4.长拉杆 5. 右锁紧机构总成 6.支架 7.驾驶室后支撑胶垫 图 4-11 所示的是锁紧机构锁紧、松开两种状态。锁紧时手把机构通过短拉杆、长拉杆带 动左、右锁紧机构使其锁钩紧紧地钩住驾驶室的左、右后支承支架上的

16、支承销。解除锁紧 时，先拉开副锁钩，将其手把往外拉动，通过短拉杆、长拉杆带动左、右锁紧机构使其锁 钩脱离驾驶室的左、右后支承支架上的支承销，往外拉开安全锁把使其脱离挂杆，即可实 现驾驶室翻转。该锁紧机构的特点是整个锁紧机构有多重保险功能，其中左、右锁钩的自 锁功能与安全锁钩两种保险相互独立，即使有一个保险失效，另一个保险仍然起作用，同 时副锁钩有效地防止了手把总成自由运动，保证驾驶室安全可靠地锁住。即使驾驶室受到 较大的正面或侧面冲击，驾驶室也会可靠地锁住。 3. 侧围、后围、顶盖及地板 驾驶室侧围、后围及顶盖皆为薄板冲压件。顶盖为单层结构，为增加刚性内设12 根 横梁。侧围与后围有单层板的，

17、也有带有内板的双层板的；后围有后围窗；侧围面积大 时，也设侧围窗，侧围窗可以是封闭的，也可以是开启的。 驾驶室地板由地板和地板梁组成，地板是薄板冲压的大面积钣金件，地板梁是主要的 支撑和受力件，多由2mm 左右的钢板冲压而成。地板是驾驶室的基础，驾驶室的上部件焊 在其上面，其通过悬置与车架连接。地板需承受乘员的重力，故要求地板有足够的刚度和 强度。 4. 驾驶室的悬置方法 驾驶室通过悬置连接于车架上，当货车行驶时，来着路面或发动机的激励，将引起车 架的扭转变形和振动，这是影响驾驶室强度和舒适性的主要因素。悬置的作用就是尽可能 地减少货车在扭斜停放时或者在各种道路状况下行驶时的车架变形和振动对驾

18、驶室的影 个人资料整理仅限学习使用 响。因此，在设计驾驶室悬置结构时应该考虑：1 合理的尺寸布置和悬置块参数的选择， 满足其承受能力和减小车架弯曲和扭曲变形的要求。2 适当的结构选取，保证驾驶员及乘 员的乘坐舒适性。 到目前为止，大多数的货车驾驶室都是采用橡胶垫作为弹性元件的悬置结构。悬置既 要保证能吸收振动能量和适应车架变形，又要防止驾驶室水平方向的窜动，因此要求橡胶 垫的垂直刚度比较低而水平刚度比较高。按照受力方向的不同，可将橡胶垫分为剪切型和 压缩型两种。图4-12a所示悬置结构中的橡胶垫为剪切型，它具有垂直刚度低和水平刚度 高等优点，而当悬置的侧向负载要求很高时，还可采用有预压的剪切型

19、橡胶垫。图4-12b 所示悬置结构中的橡胶垫为压缩型，它在使用上比剪切型的方便，而且使用寿命更长，因 此压缩型采用得较多。悬置经常承受反复变换的拉力和压力，由于交变载荷易使橡胶垫产 生破坏，一般悬置结构中的橡胶垫多数为上、下两个或多个，每个垫块都只在单向压力下 工作。 a b 图 4-12 驾驶室悬置形式 a 剪切型 b 压缩型 为减少车架变形和振动对车身的影响，应尽量减少悬置点，并将它布置在车架振动的 节点附近。为正常发挥悬置作用，驾驶室在支承部位也必须有足够的刚度。目前货车驾驶 室一般都采用三点或四点式悬置布置，在长头式驾驶室中也有采用五点或六点式悬置的。 三点式的布置形式是前悬两点，后悬

20、一点；四点式则为前悬两点，后悬两点，呈水平对置 式布置或 528 5 臀角， ( 90115 6 足角， ( 8795 7 D 座垫宽度44040mm 8 E 座椅前后最小调整范围100mm 140mm 为佳 9 F 座椅上下最小调整范围40mm 1.70mm 为佳 2.轻型货车允许不调 10 G 靠背高度52070mm 带头枕的整体式靠背，此尺寸 可以增加，但增加部分的宽度 应减小 11 H R 点至离合器、制动器踏板中心距 离 750850mm 气制动或带有加力器的离合器 和制动器，此尺寸的增加不大 于 100mm 12 J 离合器、制动器踏板行程200mm 13 K 转向盘下缘至座垫上表

21、面距离180mm 14 L 转向盘后缘至靠背距离450mm 15 M 转向盘下缘至离合器、制动器踏板 纵向中心面距离 600mm 16 N 转向盘至前面及下面障碍物距离80mm 17 P R点至前围的水平距离1000mm 脚能伸到的最前位置 18 T R 点至仪表板的水平距离600mm 此二项规定达到一项即可 19 S 仪表板下缘至地板距离540mm 20 A1 单人座 驾驶室内部宽度：双人座 三人座 540mm 1250mm 1650mm 1.内 宽 是 在 高 度 为 车 门 窗 下 缘，前门后支柱内侧量取 2.轻型货车三人座1550mm 21 B1座椅中心面至前门后支柱内侧距离36030

22、mm 1.在高度为前门窗下缘处量取 2.轻型货车 310mm 个人资料整理仅限学习使用 22 C1座垫宽度450mm 23 D1靠背宽度450mm 在靠背最宽处测量 24 E1转向盘外缘至侧面障碍物距离100mm 轻型货车 80mm 25 F1车门打开时，下部通道宽度250mm 26 G1车门打开时，上部通道宽度650mm 27 H1离合器踏板纵向中心面至侧壁距离80mm 28 J1 离合器踏板纵向中心面至制动器踏 板纵向中心面距离 110mm 29 K1 加速踏板纵向中心面至制动器踏板 纵向中心面距离 100mm 30 L1 加速踏板纵向中心面至最近障碍物 的距离 60mm 31 M1 离合

23、器踏板纵向中心面至转向柱纵 向中心面距离 50150mm 32 N1 制动器踏板纵向中心面至转向柱纵 向中心面距离 50150mm 33 转向盘中心对座椅中心面的偏移量40mm 34 转向盘平面与汽车对称平面间夹角905 35 变速杆手柄在所有工作位置时，应位于转向盘下面和驾驶员座椅右面，不低于座垫表 面，在通过R 点横向垂直平面之前，而在投影平面上距a 点混合结构车箱技术要求、实验方法、检验规则、标志、储存及运输。 4.3.2 、车箱的布置 通用栏板式车箱的尺寸可根据以下因素来确定： 1) 车箱的计算容积 该容积应能保证在运输散装货物或成包货物时，尽可能充分利用货车的载质量。车箱 的计算容积

24、可根据货车最大装载质量和所运货物的单位容积质量来确定： 式中，车箱计算容积V 的单位是m 3；货车最大装载质量 M 的单位是t；货物单位容积质量 的单位是t/ m 3，其值按最常运送的货物或单位容积质量适中的货物确定，见表 4-5。 表4-5 常用货物单位容积质量(t/ m 3 类别名称包装方式单位容积质量 建筑材料 石灰 砂子 干土 砖 锯材 各种木材 煤炭 散装 散装 散装 散装 散装 散装 散装 1.65 1.6 1.2 1.5 0.8 0.75 0.80.95 百货 服装 布匹 包装 包装 0.32 0.4 个人资料整理仅限学习使用 纱线 化 妆 品 包装 盒装 0.22 0.5 农副

25、产品 面粉 粮食 各种蔬菜 鲜 白 菜 甜菜 马 铃 薯 干紧干草 羊 毛 包 袋装 袋装 散装 散装 散装 散装 捆包 捆包 0.67 0.60.7 0.55 0.35 0.65 0.68 0.28 0.20.22 2) 尺寸及其它条件的限制 尽管我国国家标准GB/T 1589-2004道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值允许货车有 较大的长度，但是为了减小货车质量，提高货车的机动性，在满足使用要求的条件下，应 当尽量缩短车箱长度。在该国标中还规定了货车的最大宽度不超过2.5m，因此在保证车箱 外宽要求的前提下，可适当加宽车箱内宽，以求缩短车箱长度和栏板高度，降低货车的质 心，提高货车的机动性和

26、稳定性。栏板高度主要受货车最大载质量的限制，低栏板车箱的 栏板高度应不大于600mm，一般在400600mm，高栏板车箱的栏板高度为900950mm。 3) 给定的轴荷分配 大多货车采用的是发动机前置后轴驱动的形式，以后轴为双轮胎的42 货车为例，其 理想的轴荷分配是前轴占3040%的整备质量，后轴占6070%的整备质量。根据轴荷分配 可初定车箱质心位置，车箱长度LK可按 LK= 2LN来确定，见图4-21，LN为车箱质心至驾驶 室后围的距离减去前栏板厚度和驾驶室与车箱之间的间隙。初步确定车箱长度LK后还必须 校核是否能获得满意的有效容积。 图 4-21 车箱的尺寸 4)车箱距地面高度 车 箱

27、 距 地 面 的 高 度 通 常 取 决 于 车 轮 直 径 及 其 跳 动 时 所 需 的 间 隙 ， 其 值 约 为 10001400mm，此高度与铁路上货台高度大致相适应，以便于装卸货物。为了运输笨重货 物或牲口等，有时希望降低车箱地板高度。此时就不得不使轮罩凸出于车箱地板以上，因 而 使 车 箱 地 板 和 底 架 的 结 构 复 杂 化 ， 同 时 还 减 小 了 有 效 容 积 。 个人资料整理仅限学习使用 4-4 货车车身空气动力性能 在国内，行驶于高速公路上的货车最高时速可达100km/h 以上，货车的空气动力性能 对其燃油经济性和行驶稳定性都有着显著的影响，越来越受到人们的重

28、视。货车的车身一 般为非流线型，其主要是通过外形设计的局部优化和加装附加装置来减小空气阻力和升 力。 1. 外形设计的局部优化 汽车行驶时所受的空气阻力是与汽车运动方向相反的气动力，其大小与空气阻力系数 CD、迎风面积 S、空气密度 及车速v 有关。在设计货车车身时，主要是通过降低CD值达 到降低空气阻力的目的。 美国福特公司对3：8 比例的汽车模型的风洞实验结果表明，当把车头棱角改成半径 R40mm 的圆角时，即可以防止气流在转角处分离，使厢式车模型的CD下降 50%以上；而 当圆角半径增大时，效果却不显著。由此可见，将货车流线型化的作用并不大，只需要将 车身的棱角倒圆，就可以得到理想的效果

29、。 2. 采用附加装置 1) 加装导流罩 货车的车身形式繁多，有些在驾驶室和车箱之间还存在间隔，这些都给降低风阻、改 善气流增加了困难，通常采用加装导流罩的方法来解决。 导流罩是装在驾驶室顶部的导流附件，其设计形状不同，减阻效果也有一定的差别。 意大利菲亚特公司进行的牵引挂车车身细节和附加装置对CD值的研究结果表明，若装上不 同的导流装置，可使CD值下降22.6%23.8%。当把最好的导流装置与侧裙及隔板连用时， 可使CD值下降27.1%；而当它与具有圆弧拐角导流器且外板平滑的集装箱匹配后，CD值 可下降 34%。 因此，在货车、牵引车和半挂车上装导流罩和各种附加装置时，可通过优化组合的方 式，得到最佳效果。 2) 加装隔离装置 在驾驶室与车箱之间，沿着车子宽度方向的对称平面上安装一块连接平板，称之为隔 离装置，见图4-22。 个人资料整理仅限学习使用 图 4-22 利用导流罩与隔离装置的组合来降低货车的空气阻力 1.导流罩 2.隔离装置 加装隔离装置之后，可以改善因侧向风而引起的、通过驾驶室与车箱之间的水平气 流，减少由于该气流而产生的，在驾驶室与车箱之间的气流分离。当它与导流罩连用时， 可以稳定导流罩的尾流，从而保证导流罩的效能。