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多功能清障救援车的研究与开发

发布时间:2018-08-10 13:29 文章来源:机械设计(转载请注明)

  专业、便捷、可靠的清障救援装备是有效实施道路快速救援的前提和基础。西方发达国家研究起步较早,目前已形成较为完备的救援装备体系,其中美国的Miller及加拿大的NRC等均为国际知名的道路救援装备研发企业[1-5]。我国道路清障救援装备产业起步较晚,研发水平总体偏低,目前生产企业主要有广东粤海汽车有限企业、沈阳北方交通工程企业、常州中汽商用汽车有限企业、中联重科股份有限企业等,生产2~60 t,100余种不同型号和规格的救援装备产品[6-8]。

  调研发现,相对于国外,国内开发的道路救援装备功能单一,起吊功能弱,且不具备专业起复功能,清障救援操作过程缺乏安全监控措施,易引发二次事故。为提高我国道路交通事故清障救援装备的专业化水平,研制开发具备专业起复、拖曳、起吊、撑涨、破拆、消防等功能的多功能清障救援车势在必行。

  1总体研发方案

  针对目前国内道路清障车存在的问题,着重研发清障救援专业起复装置,增强起吊功能,集成拖曳、撑涨、破拆、消防等装置,并利用电子辅助设备提高操作安全性与便捷性。

  多功能清障救援车整车布置方案如图1所示。工作时,发动机通过安装在变速箱上的取力器将动力传递给液压油泵,液压油泵产生高压液压油通过控制阀分别输送给各油缸或液压马达,从而实现各工作机构的动作。

  

 

  2关键技术研究

  2.1起复装置设计

  起复是道路清障救援车的主要功能,对于侧翻等事故进行清障救援时,需要将事故车辆扶正完成起复操作。目前国内的道路清障车不具备专业的起复功能,救援人员在进行起复作业时,通常以事故车辆着地轮胎为轴,利用汽车起重机吊臂将事故车辆起吊,在重力作用下完成扶正,扶正操作简单粗暴,缺乏保护,极易对事故车辆造成二次损伤,引发二次事故。因此,专业的车辆起复装置是清障救援工作安全、高效开展的前提和基础。

  在前期充分调研[9-12]的基础上制订的起复装置设计示意图如图2所示。

  

 

  该起复装置主要由4个卷扬构成,其中主、副卷扬各2个。清障救援时,利用气垫增加事故车辆离地间隙,方便捆扎。待事故车辆捆扎固定后,由救援人员手动控制主、副卷扬,主卷扬开始提供动力使事故车辆以着地侧轮胎为轴翻转,副卷扬作为保护,待事故车辆翻转过重心位置后,主卷扬作为保护,副卷扬克服重力使事故车辆平稳落地,完成扶正工作,该过程需要救援人员根据车辆姿态及时调节主、副卷扬位移,确保扶正过程安全、平稳、快速。

  2.2起吊装置改进

  目前国内道路清障车起吊能力普遍不足,起吊主要由汽车起重机完成。清障救援时需同时出动道路清障车与汽车起重机,二者配合完成清障救援任务,增加了救援成本,救援效率低。

  多功能清障救援车对吊臂结构进行了改进,增强了吊臂的起吊能力:吊臂采用3节臂,臂体截面为六边形箱式结构,基本臂内装第1伸缩臂和第2伸缩臂,由伸缩油缸控制有序伸缩,油缸伸缩行程达6 000 mm,全伸出时臂长可达11 000 mm;XB-F40型液压马达作回转动力,通过减速机带动转台,使得吊臂可在360°范围内连续旋转;吊臂仰角范围为0~60°,由两个D140油缸控制其角度;臂体全部采用高强度钢板成型后拼接而成,所有焊缝均经超声波探伤。

  借鉴起重机吊臂、车架设计的有限元分析方法[13-14],利用三维造型AppSolidWorks建立吊臂模型,并导入Ansys中进行静载分析。分析假定焊接牢固可靠,并忽略焊缝高度的影响,应力云图如图3所示。等效应力最大值出现在伸缩臂与基本臂连接位置,细化结构时须进行结构强化,同时为避免承载后形成线接触,增加尼龙滑块作为缓冲。

  

 

  2.3电子辅助装置

  为提高多功能清障救援车的安全性与操作性,避免救援过程发生二次事故,提高设备的人性化、信息化水平,多功能清障救援车搭载安全监控与辅助操作系统。系统配备多种电子辅助装置,主要包括:吊臂超载预警装置、拖曳全程监控装置、GPS调度系统等。系统通过多功能清障救援车安全监控App平台实时监测各装置工作状况,平台工作界面如图4所示。

  

 

  2.3.1吊臂超载预警装置

  吊臂防超载预警装置根据多功能清障救援车不同作业状态下的吊重特性曲线自动进行力矩限制,实时对吊臂仰角、长度和变幅油缸压力进行测量,并显示吊重作业力矩百分比、实重、额重、幅度、长度及风速等参数,防止救援过程中吊臂向危险方向动作。

  2.3.2拖曳全程监控装置

  车辆被救援后需拖离事故现场,而在拖曳过程中由于道路不平或转弯幅度过大等,被救车辆常常会出现滑移、脱落等状况,造成二次事故,引起不必要的损失。鉴于此,在拖曳过程中采用CCD夜视摄像头对被拖车辆进行监控,驾驶者直接通过车厢内显示屏观察被拖车辆,增强拖曳过程的安全性。

  2.3.3车载GPS调度系统

  车载GPS调度系统基于3G网络,在多功能清障救援车的车载主机内配置3G+GPS模块,救援指挥中心与救援车的通话和信息传输通过3G网络进行。救援企业接到清障救援指令后,通过车载GPS系统可以实现救援车辆的动态调度,根据各救援车辆的实时位置,选择距离事故救援现场距离最近的空闲救援车实行救援任务。在赶赴现场过程中,该车载GPS系统可依据驾驶员提供的起点、终点位置,结合当前各路段实时交管信息,自动规划出耗时最少的最佳行驶路线。到达现场后,利用该系统可以实现救援现场与救援指挥中心的语音及视频通信,指挥中心可以对整个救援过程进行实时监控,并对救援过程中的突发事件或棘手问题进行引导,根据现场情况及时修改救援预案,以提高救援效率,缩短交通拥堵时间[15-17]。

  3试验检验

  多功能清障救援车装备主要参数如表1所示。

  

 

  多功能清障救援车开发研制完成后,针对其整车动作可靠性、主要机构的承载性能、整车抗倾覆稳定性等进行了试验。试验首先对多功能清障救援车的起复、起吊、拖曳、撑涨、破拆、消防等功能分别进行检验,然后综合利用各项功能进行现场救援。起吊试验如图5所示,图6为现场救援试验。多功能清障救援车圆满完成各项试验任务。试验期间所有动作过程中均未发生卡死、颤动、爬行和异响等异常现象,各作业结束后主要承载部件均未发现有焊缝开裂和异常变形,各动作空中停留期间下沉量如表2所示,符合标准QCT 645—2005,试验验证其性能满足设计要求。

  

 

  

 

  

 

  4结论

  研制开发了集起复、起吊、拖曳、撑涨、破拆、消防于一体的多功能清障救援车。该车具备目前国内道路清障车所欠缺的专业起复装置,增强了起吊功能,可单机实现清障救援的各项作业,改变了目前清障救援需多台清障车或清障车与汽车起重机配合的现状,节约了救援成本,提高了救援效率。同时多功能清障救援车配备吊臂超载预警、拖曳全程监控、GPS调度系统等多种电子辅助装置,确保清障救援工作的安全可靠。试验结果证明:多功能清障救援车满足设计要求,可安全、平稳、快速地完成各项清障救援工作,有效避免二次事故,缩短交通拥堵时间,提高救援效率。

  参考文献

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  [2]宁文祥.2009年全球新款清障车展示[J].专用汽车,2009(11):38-39.

  [3]宁文祥.Miller集团的重型清障车[J].专用汽车,2010(7):32-33.

  [4]陈刚.2010年全美清障车展上的4款新型清障车[J].商用汽车,2011(5):64-65.

  [5]郎玉勤.更美观更功能化——美国清障车展观后感[J].专用汽车,2012(7):54-55.

  [6]张启君.清障车市场情况及发展简析[J].专用汽车,2007(1):85-87.

  [7]张筱梅.北方交通:致力打造国内最大清障车生产基地[J].专用汽车,2011(1):44-45.

  [8]赵冉.粤海5款清障车新品概况[J].商用汽车,2012(9):60-63.

  [9]李忠生.国内清障车的技术现状及发展趋势[J].商用汽车,2003(11):50-51.

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  [11]Tom Luciano.A steep challenge[J/OL].2008,4(2):21-23.

  [12]Randy Olsen.Teamwork can save lives[J/OL].2008,4(1):12.

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  [14]张强,林博,张宗山.汽车起重机车架结构有限元分析[J].机械设计,2011,28(9):56-58.

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