新能源轻量化自卸半挂车研发
| 完成单位： | 达州华川车辆制造有限公司 |
| 参与研发人员： | 陈文强、唐锡富、王园园、陈惊涛、谯明磊、陈凤 |
| 评价机构： | 国家技术转移西南中心达州分中心 |
| 专家组成员： | 孙波、王义财、胡家波、朱彬、吕沈江 |
| 评价完成时间： | 2020年11月13日 |
| 成果类别： | 应用技术 |
| 所属区县： | 达州市高新区 |
| 成果简介： |
一、任务来源及项目简介
1、“新能源轻量化自卸半挂车研发项目”（以下简称项目）是达州华川车辆制造有限公司（以下简称公司）自选研究项目。
2、项目立项背景：
中国的半挂车起源和上个世纪的五六十年代汽车工业几乎同时起步，随着国内集装箱运输和公路网的完善逐步流行开来，2000年至2010年半挂车的发展出现了井喷式的增长。半挂车的适用范围广，主要用于矿石能源及一般货物的的运输，一方面半挂车投放市场后利用率高，使用周期短及更新速度快，因此会带来持续的市场需求，前景广阔，另一方面达州华川车辆制造有限公司系达州市招商引资重点企业、四川省机械行业推荐企业，公司注册资本金5000万元，具备改装车生产资质，拥有各类设备450台（套），通过了ISO9001质量体系认证和“CCC”认证。2017年初，公司投资1.5亿元，在达州经开区金龙大道征地165.53亩，先建厂房及配套建筑49227.8平方米，购置下料、焊接、加工、检测、油漆、吊装、装运等生产设备及器具200余台(套)，已形成年产各型挂车、随车起重运输机、随车起重运输车、各型货箱等庄永汽车、挂车及汽车零部件等产品1000辆(台/套)的生产能力。同时投资3000余万元，购置试验机检验检测设备，建立了汽车检验检测线2条。
现目前国内半挂车产品同质化非常严重，更新速度快，市场需求量大，但使用年限较短。根据半挂车的劣势得知：如何提高产品在实际中的寿命和达到产品节能显得尤为关键。公司依据市场需求和结合企业以掌握的的“具有冷却装置的液压油缸”、“一种货运用自卸拖挂车”、“一种拖挂车拆卸支撑装置”、“一种拖挂车辅助刹车装置等专利技术”，配备液压举升系统，通过电机带动齿轮泵，搭载纯电动牵引车，研发设计了一种实现松散物料装载运输和自动卸货功能的纯电动环保型自卸车。
3、总体思路
为了迎合市场需要和公司的生存与发展，根据半挂车的使用特点，结合公司以掌握的相关技术，参考了现有自卸半挂车的型号及相关半挂车的设计方案，研发设计一款符合市场的需求的新能源轻量化自卸半挂车。
（1）本项目根据新能源轻量化自卸半挂车的举升动力和自卸性能的参数，进行设计计算，在原来的基础技术上进行理论和技术创新，然后优化设计方案。
（2）首先半挂车材质采取全高强度钢材、采用铝轮，通过评审三维建模和有限元分析，减轻半挂车的质量。然后该车型举升动力由上装专供电机取代了柴油发动机。通过万向传动轴带动齿轮泵转动，将来自液压油箱的低压油转为高压油，提供给液压油缸，实现举升。
在运输抗震方面，由传统的钢制悬挂换成空气悬挂，当高速行驶，空气悬挂可以自动变硬来提高车身的稳定性，达到抗震、减震的效果在长时间的运输。最后搭载比亚迪纯电动牵引车，组成牵引列车，进行土方、砂石、煤等松散物料的装载运输和自动卸货。通过理论和技术上的创新提高运输货物的使用效率。
4、主要研究内容
根据现行半挂车市场需求，结合企业已掌握的“具有冷却装置的液压油缸”、“一种货运用自卸拖挂车”、“一种拖挂车拆卸支撑装置”“一种拖挂车辅助刹车装置等专利技术”，配备液压举升系统，通过电机带动齿轮泵，搭载纯电动牵引车，形成一种实现松散物料装载运输和自动卸货功能的纯电动环保型自卸车；产品长宽高达到8Mx2.55Mx3.5M，体积27m³，牵引销型号50#，箱体内空长宽高达到7.4 Mx 2.41 Mx 1.5M，牵引板离地高度1.320M，公告型号/轴数3，箱体底板离地高度1.5M，最小离地间隙0.38M，定载质量/总质量32.5~40M，整备质量7.5t，举升动力参数电机功率/扭矩110~400KW/N.m，电池电压640/V，容量217KW.h，液压油缸缸径*行程180*6180 Mm；并符合GB15089、GB1589、GB/T17350、GB12676等技术标准。
5、关键技术
（1）电机驱动
上装举升专用电机驱动通过万向传动轴驱动齿轮泵工作，将来自液压油箱的低压油转变为高压油，输入举升油缸，实现货箱的举升、中停、下降功能。
（2）空气悬架
空气悬挂工作原理就是利用空气压缩机形成压缩空气，并通过压缩空气来调节汽车的离地高度。一般装备空气弹簧的车型在前轮和后轮的附近都设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑判断出车身高度的变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而起到减震的效果。空气悬挂还使汽车增加一定的灵活性，当在高速行驶时，空气悬挂可以自动变硬来提高车身的稳定性，而长时间在低速不平的路面行驶时，行车电脑则会使悬挂变软来提高车辆的舒适性。与传统钢制悬挂比较，空气悬挂具有很多优势，最重要的一点就是弹簧的弹性系数也就是弹簧的软硬能根据需要自动调节。例如，高速行驶时悬挂可以变硬，以提高车身稳定性，长时间低速行驶时，控制单元会认为正在经过颠簸路面，以悬挂变软来提高减震舒适性。另外，车轮受到地面冲击产生的加速度也是空气弹簧自动调节时考虑的参数之一。例如高速过弯时，外侧车轮的空气弹簧和减震器就会自动变硬，以减小车身的侧倾，在紧急制动时电子模块也会对前轮的弹簧和减震器硬度进行加强以减小车身的惯性前倾。因此，装有空气弹簧的车型比其它汽车拥有更高的操控极限和舒适度。
（3）高强度钢板的运用
高强度钢具有屈服强度高，抗拉强度高的特点，相对于普通钢材，采用高强度钢材具有以下优势:能够减小构件尺寸和结构重量，相应地减少焊接工作量和焊接材料用量，减少各种涂层(防锈、防火等)的用量，降低加工制作、运输和安装成本，也能够大大减少不可再生资源的消耗，同时能够减少因资源开采对环境的破坏。高强钢的应用不仅能体现更高的结构效率，还可以带来可观的经济效益和社会效益。
（4）有限元分析
先进的3D设计技术，采用CAE分析软件进行设计分析和结构强度计算，并进行摸拟载荷、摸拟路况下对结构的应力和应变进行计算和校核，根据强度理论计算确定材料和结构的破坏极限，从而达到产品结构更优，用料更科学合理。
二、应用领域和技术原理
1、应用领域：本项目建成后将适用于煤炭、矿石、建筑物料等散装零散货物的运输。车厢采用自卸方式，可有效地提高装卸机运输散装零散货物的运输效率。车架和车厢纵梁均采用优质锰板焊接而
成，货箱有簸箕和矩形两种。具有强度高、举升力强、刚度、韧性好，承载能力强，不发生变形。
2、技术原理：该半挂车配有液压举升系统，通过电机带动齿轮泵，搭载比亚迪纯电动牵引车，组成牵引列车，进行土方、砂石、煤等松散物料的装载运输和自动卸货，是一款纯电动环保型自卸车，产品拥有卓越的货物运载能力，零排放，无污染，是一种“高效、节能、环保”的物流运输工具。
本项目确定的性能指标，主要是
（1）产品长宽高达到：8Mx2.55Mx3.5M；体积27m³；牵引销型号50#；箱体内空长宽高达到7.4Mx2.41Mx1.5M；牵引板离地高度1.320M；牵引板离地高度1.320M；箱体底板离地高度1.5M；最小离地间隙0.38M；定载质量/总质量32.5~40M；整备质量7.5t；
（2）举升动力参数电机功率/扭矩110~400KW/N.m；电池电压640/ V，容量217KW.h，液压油缸缸径*行程180*6180Mm。符合GB15089、GB1589、GB/T17350、GB12676等技术标准。
后经过中国测试技术研究院测试，指标均达到标准。
四、与国内外同类技术比较
1、国外研究现状。
受美国国内货物运输的迅速发展，美国是世界上最早开展研究半挂车的国家。北美地区，在美国需求推动下，北美半挂车销量持续上升，由2013年的27.50万辆增加至2017年的36.49万辆，复合年增长率为7.3%；2018年北美半挂车销量预计继续增至40.18万辆。欧洲市场在更换老化半挂车的需求下，迎来了小幅增长。虽然这些国家半挂车的发展历程长，但受制于半挂车的自重、能源动力来源、消耗及排放等要求，国外的很多国家在远距离运输上使用的多是柴油或是增程式动力系统及多辅助动力系统，在节能降耗上有些欠缺。特别是受限于新能源系统，由于电机及电池系统的普及规模小，成本高；选用的功率小的电机，驱动还是传统的发动机驱动，节油效果并不明显。
2、国内研究现状
中国的半挂车起源和上个世纪的五六十年代汽车工业几乎同时起步，随着国内集装箱运输和公路网的完善逐步流行开来，2000年至2010年半挂车的发展出现了井喷式的增长。截止到2010年，我国的半挂车企业已达到628家，总产量已达到40余万辆，预计2020年，半挂车的占群补载货车市场份额超过65%以上。
解决半挂车的自重、使用寿命及举升的动力来源显得极为关键。
1）理论创新上，本项目将电力驱动液压举升系统、举升阀以及气控阀三者科学精确搭载，下划线邮变库光召系统的法路过滤、空气过滤清洁功能，保证系统油路清洁度。进而实现电力驱动液压举升系统的超压泄压保护、举升限位功能、车箱下降速度可控等安全保护功能。精确搭载的举升阀以及气控阀的液压系统，改善了半挂车的呆板卸货功能。
2）整备质量轻量化。普通平板自卸半挂车整备质量一般在9.5吨左右，新能源轻量化平板自卸半挂车采用全高强度钢材、采用铝轮，通过三维建模和有限元分析，在保证承载强度的提前下，整备质量为7.5吨，减轻约2吨左右。
3）举升动力装置为纯电动。该车型举升动力来源与上装专供电机，电机转动，通过万向传动轴带动齿轮泵转动，将来自液压油箱的低压油转为高压油，提供给液压油缸，实现举升。
4）空气悬挂前桥提升。第一桥采用空气悬挂，根据载货情况和路面情况，操纵空气悬挂的控制阀，前桥可以提升100- 150mm, 装在前桥上的四个轮胎悬空，变三轴为两轴，减小轮胎磨损，降低油耗，车辆行驶更灵活轻便。
项目目前的技术在国内技术较为领先，特别在举升动力和半挂车的使用材质上保持着优势。
五、成果的创造性、先进性
1、成果的创造性
本课题研究的新能源轻量化平板自卸半挂车是货物运输的重要装备，设备研发成功后拟在全省范围内推广，可有效地提高装卸机运输散装零散货物的运输效率，降低能耗，能提高半挂车的产品竞争力，是一款节能环保、效率高的自动化自卸半挂车。
2、成果的先进性：2020年11月“四川省科技成果查新咨询服务中心”查新报告表明，未见到与我公司主持的“新能源轻量化平板自卸半挂车研发”内容相关的报道，所以本项技术应属国内领先水平。
六、作用意义
项目完成后，将吸收下岗职工与闲置人口再就业，可促进当地经济和谐发展；此外，项目的实施可带动相关行业上下游产业的发展，为提高我国综合国力产生巨大而深远影响，对于搞活国民经济、增加国民收入、提高国民生活水平有着非常重要的意义。
七、推广应用的范围、条件和前景
课题研究的是新能源轻量化自卸半挂车，主要适用于煤炭、矿石、建筑物料等散装零散货物的运输。项目是公司在转型之后，根据半挂车的优劣势及市场需求，通过公司以掌握的相关专利技术，而主要以期为研究和发展方向的。项目通过减轻半挂车的自重、提升空气悬挂值、柴油动力来源转换成电动来源，将电力驱动液压举升系统、举升阀以及气控阀三者科学精确搭载，以提高货物运输效率。其中，车架和车厢纵梁均采用优质锰板焊接而成，货箱有簸箕和矩形两种。具有强度高、举升力强、刚度、韧性好，承载能力强，不发生变形。因此，本研发项目具有积极的应用前景。
八、存在的问题和改进意见
本项目设计的新能源轻量化自卸半挂车设备提高了运输货物的效率，但实际操作和运营中仍然会存在一些问题：
新能源轻量化自卸半挂车项目的举升动力装置采用的是纯电动力来源，虽然由柴油动力转换成了电动动力，在能耗节省和保护环境上做到了行业前列，但是长时间的远距离运输会导致动力不足，如果一直采用纯电动的动力会导致续航能力差，一旦后续的补给跟不上就暂停货物运输行程，这样不但不会提高运输效率，反之则会大大降低。这就需要增加后续补给，加强动力的基础建设，提高管理水平，优化产品的结构设计。
