一种链条驱动橡胶传送带卸货的特殊结构半挂车技术研究

王东文

山东吉鲁汽车改装有限公司 山东烟台 265612

1 前言

自2016年我国启动车辆超限超载治理后，车辆在道路运行时的总质量已基本恢复到车辆登记注册时规定的最大允许总质量。根据统计，现有8×4自卸车的最大允许总质量为32 t，其整备质量一般在14 t左右，最大可装载18 t的货物。而目前三轴自卸半挂车的整备质量一般在8 t左右，按照挂车总质量40 t进行估算，自卸半挂车的载质量可达32 t，超过现有自卸汽车装载量的2倍，运输经济效益十分明显。

由于超限超载治理的持续深入以及2020年三轴仓栅半挂车、三轴栏板半挂车强制安装盘式制动器和空气悬挂，导致原有自卸汽车、三轴仓栅半挂车、三轴栏板半挂车已经无法满足实际运输需求。从2018年起，不少半挂车生产企业发现自卸半挂车的优势，开始生产自卸半挂车，并于2019年起大量投放市场。

由于自卸汽车普遍使用的是后翻卸货模式，因此半挂车生产企业在生产自卸半挂车时，直接借鉴自卸汽车的后翻卸货模式（图1 a），其技术路线相对来说较为成熟。此外，也有部分企业开始生产侧翻式半挂车（图1 b），但侧翻式半挂车技术相对复杂，需要多个油缸配合操作，且卸货时需要对半挂车进行支撑、侧移，操作麻烦，效率低下。

图1 自卸半挂车

2 国内外自卸挂车整体现状

2.1 国内自卸半挂车现状

近几年，随着我国政策的调整以及国家基础建设投资力度的加大，自卸车半挂车市场需求激增，2018年自卸半挂车生产企业为255家，2019年达到406家，2020年生产企业则有近500家[1]。

从产量上来看，2018年自卸车半挂车产量仅5.5万辆，2019年增长到19万辆，2020年达到约30万辆，相比2018年增长近6倍，相关增长趋势见图2。目前自卸半挂车整体上是后翻式、侧翻式半挂车居多，随着平板自卸半挂车的取缔以及三轴仓栅式、栏板式半挂车相关技术要求的加严，不少企业开始生产栏板式自卸半挂车。

图2 自卸半挂车市场走势图

但总体来讲，侧翻式栏板自卸半挂车增速十分明显。从公告查询到目前国内自卸半挂车的公告数量为650个（截至2020-12-31），按照2020年产量为30万辆计算，平均每公告车型的生产数量在450多辆，若考虑公告中的可选配置，则单车型的产量60辆左右，产品集中度不高。

从半挂自卸车的品质来说，目前相关企业的生产规模一般不大，多数是直接在原有底盘设计的基础上进行改装，由于产品设计、零部件选型不合理导致的事故（翻车）也层出不穷，对运输安全造成了极大的隐患。

2.2 国外自卸半挂车现状

整体来讲，国外的自卸半挂车已发展多年，每年增长相对平稳，车型结构较为固定，以后翻式（end dump ）为主，下卸式（bottom dump）应用也较多。

2019年美国自卸车销量为1.8万辆左右，车辆结构型式以后翻式为主，也有部分传送带式自卸车。美国仅对车辆轴荷进行限定，而对车轴布置位置不进行规定，因此其后翻式自卸半挂车结构与国内有所不同，车轴普遍靠后，在最大高度卸货时，其后轮可作为辅助支撑（见图3），且液压油缸不突出于半挂车车体前部，这样可有效缩小半挂车与牵引车之间的间隙，从而降低行驶中的空气阻力。

图3 美洲地区的自卸半挂车

2020年欧洲半挂车的销量为23.85万辆，其自卸半挂车的销量占比约为13%，远超美国2%的占比。欧洲的自卸半挂车以后翻式为主（见图4），侧翻式、平移卸货式也有所应用，但总量较低。欧洲的自卸半挂车外观最大特点是车辆后部多为斜坡状，车辆整体配置较高，轻量化、易用性方面有很大优势，大量使用铝合金、高强度钢等材料。

图4 欧洲的自卸半挂车

澳大利亚是一个矿产资源丰富的国家，根据运输货物及工作场所的不同，自卸车半挂车包括后翻式（end dump）、侧翻式（side dump）、下卸式（bottom dum p）、平移卸货式（moving floor）等几大类，图5给出了部分车型示例。总体来讲，自卸半挂车在澳大利亚半挂车的占比较低，但超过美国占比。澳大利亚自卸车辆走的是精品化线路，车辆可选装EBS制动系统以及空气悬挂，车辆品质要求严格，整车、工具箱、挡泥板等组件做工精细。

图5 澳大利亚自卸半挂车类型

传统的自卸半挂车在卸货控制、卸货场所要求以及卸货安全性方面存在一定不足，例如后翻式自卸车整车长度一般不超10 m，卸货时牵引销处载荷易出现过低、货箱质心过高的情形，在侧斜坡路面或遇上大风时，极易出现翻车事故；侧翻式自卸车对卸货场地的承载面有强度要求，卸货场地较大，作业时间长、卸货效率低，无法封闭运输等。以上两种模式存在卸货有翻车的安全隐患，卸货效率低、封闭性不好、环保不达标等劣势，因此迫切需要在原有设计的基础上，改变传统的设计，开发适用于封闭运输，卸货速度可控的安全高效自卸半挂车。

3 相关技术改进与创新

在充分借鉴国内外传统自卸半挂车特点的基础上，通过在车厢底部使用链条加皮带设计，解决了油缸举升容易翻车的难题；通过控制液压马达的输出功率，从而实现对链条运动速度的调节，实现了卸货速度的可控性；通过使用片状皮带堆叠，实现了维修的便利性；通过使用U型货箱设计以及侧墙振动器，解决了货物残留问题；通过使用视频监控终端实现了运输过程、卸货过程的实时监测，有效提升了作业的舒适性以及作业环境的适应性，相关产品如图6所示。

图6 国内水平平移自卸半挂车

为了能够最大程度上实现既有功能，同时将相关机构做到最优化，在设计时首先考虑到其功能分区，即顶部液压开启的主要机构需布置在半挂车的前部，以便后部为车门打开结构预留足够的空间，同时在顶部机械结构上，采取“平行四边形结构”，可将车顶向两侧完全打开，同时对车外侧空间占用极小，有效减少了装货时空间的占用。侧墙振动器的安装，可减少货物侧墙残留，同时该振动器可根据运输货物类型的不同，选装不同功率的振动器。传送带使用车架进行支撑，有效克服了自卸半挂车的双层结构，有利于降低货物重心高度。润滑油储油箱可有效便捷地对链条用润滑油油位状态进行观察，及时补充润滑油。为了便于挂车在山区道路行驶，车辆可选装水箱。同时为了便于车辆后部卸货方便，在车辆尾部使用了先提升再后翻的模式，设置了自锁机构，既可减小对后方空间的要求，又可保证车辆后门不掉落[2]。车辆整体结构布置如图7所示。

图7 车辆结构示意图

货箱内的橡胶传送带呈堆叠布置，传送带的宽度可根据实际情况进行选择，方便用户进行选用，同时选用非整体式传送带的优势在于方便维护，针对破损的传送带只需更换其中的破损部分即可。为了保证货箱的密封性，在货箱侧面设置了压边条，可实现货物的封闭运输（见图8）。

图8 橡胶传送带

为了方便对半挂车后方及运输货物的状态进行监测，在半挂车设计时，在车辆尾部布置了两组摄像头，一组用于拍摄车辆倒车影像，另外一组用于监测货箱内货物的卸载情况（图9）。同时为了便于驾驶员在驾驶室内直接操控卸货流程，结合通信技术还开发了无线控制终端，可实现车辆行进中卸货，极大提升了作业效率。

图9 半挂车尾部摄像头及驾驶室内监控终端

4 适用场景

a.对卸货速度有要求场所。该车型最为适应的场所便是道路沥青混凝土铺撒以及散装粮食的运输，由于片状皮带更换方便，可在需要时更换成耐高温或全新皮带，通过与沥青铺路机器、传送带等进行配合，实现稳定可靠地将货物送至指定位置。

b.车辆并排批量卸货。对于需要批量紧密卸货来说，该车型有良好的适应性，驾驶员可不下车即可实现货物卸货作业，可尽量缩小卸货车辆间的距离，并可实时查看后方卸货情况，在后方堆积满之后，直接驾驶车辆向前移动，继续进行卸货，大大提高了运输效率。

c.露天货场堆积货物。该车型可在堆场持续卸货，不需要在卸货后用铲车推平，只要是车辆能到达的位置均可作业，例如在斜坡顶部、斜坡边缘等，真正实现了所见即所达的效果。

5 结语

通过研究发现，该车型仍存在一定的问题需要进行解决，主要有以下两方面：

a.车辆相关数据接口需要标准化。在研究中发现，目前半挂车上接口使用较多，主要包括ABS接口、灯光控制接口、供能管路接口、控制管路接口、液压油进油口、液压油回油口、倒车影像监测接口、卸货影像监测接口等，共计8个。未来半挂车设计时，需选用更为高效的接口样式，同时配合影像监测系统的总线传输模式，提高设备的集成性以及接口使用效率，以便节约社会成本。

b.车辆归类问题。按照目前我国车辆管理的相关规定，相关专用作业车辆类型在注册登记时需要在名称上明确用途，例如粉粒物料运输半挂车、散装粮食运输半挂车、沥青运输半挂车等，而由于该车型作为一款适用性广的半挂车，单独将其限定为其中的某一类专用半挂车，无疑限制了其使用范围，同时也给车辆生产企业在车辆公告申报时增加了负担。此外，用户如要将车辆装载其他类型货物，也会面临道路执法部门监管问题。因此，需要在管理上对适应性广的车辆进行合理界定，以便更好地服务于社会。