多重设计提供节能减排新思路，雷诺卡车2020年环保在行动

2020年对于雷诺卡车来讲意义非凡，从这一年开始沃尔沃卡车公司极有可能解除对其控股权，当然这并未影响这一法国重要商用车品牌在环保以及减少温室气体方面所作出的重要努力。

随着欧洲城市化导致的人口增长、噪音和空气污染的加剧，节能环保商用车型的推出正好迎合这一时期的物流运输发展需要。

再加2020年以后上市的新车型可以采用更低风阻的加长尺寸设计，通过此方案满足2025-2030年卡车CO2排放量减少15％-30％的硬性要求。

柴油车型：

● Optiful Lab 3：

雷诺在没有推出超长续航能力的重型电动车型之前，始终将重点放在柴油卡车的燃油经济性上，其实通过改变外观造型的低风阻设计达到理想效果，离不开名为Optifuel Lab的“移动实验室”。

如图为该系列的第三代产品，主要体现在优化的空气动力学、机油和轮胎等零部件的专属升级配置，拖拽挂车尾部的立式扰流板根据载重质量进行角度变化，综合燃油消耗可以减少13％以上。

Optiful Lab 3系列车型采用电子反光镜，加强安全视野的前照地镜也采用同类低风阻智能部件。

驾驶室框架基于当下雷诺T系列重型卡车升级而来，平地板驾驶室提供更加舒适的乘车环境。驾驶室A柱位置带有电子反光镜显示屏幕；风挡玻璃处带有车道偏离预警系统。

不仅仅是A柱位置提供有效安全保障，其侧面盲区位置同样通过电子反光镜的实时监控加强安全行车辅助。

中网面板采用低风阻的斜面设计，迎合2020年以后欧洲重型卡车整体拓宽90cm的新政策。

保险杠外侧带有低风阻设计的橡胶护板；轮胎外侧同样加装扰流板，尽可能减少前桥轮胎行驶所产生的风阻。

该车型动力方面采用满足欧6D阶段的DTi 11系列发动机，最大功率440马力，匹配Optidriver 12速手自一体变速器。

短期来全新面板设计的Opfitul Lab 3车型并不会投放市场，而其外观可降低风阻的零部件则将会用于2020升级版的T系列车型之中。

● T系列：

据悉2020年升级后的T系列车型所搭载的DTi13发动机可以使用生物柴油作为动力来源，可以将二氧化碳排放量可降低50％-90％。

● CNG燃料车型：

从2019年开始雷诺推出以压缩天然气（CNG）作为燃料的D wide系列中型卡车，主要用于中短途冷藏运输和垃圾转运工作。

CNG车型主要优势：与柴油具有相同的加油时间，不需要加注尿素；CO2排放比传统柴油降低10％至15％，同时使用过程中几乎不会排放颗粒粉尘。

纯电动车型：

● Kangoo Z.E.

Kangoo Z.E作为雷诺商用车中规格最小的一款多功能运输车型，有效载荷600-650kg，其搭载一台功率为44Kw的电动机，容量为33kWh的锂电池最大续航里程200km。

Kangoo Z.E内饰简洁，特有的挡位设计优化室内空间环境。

外开式车门非常适合城市狭窄区域中的货物装卸工作；驾驶舱与货舱采用隔断式设计，提高了货物运输的安全性。

该系列车型配备功率为7kW交流充电系统，单次充电一小时最大行驶35公里，33kWh的电池完全充电仅需要6小时，适合个体餐饮配送以及短途快递物流运输。

● Master Z.E：

Master Z.E可以选择L2（5.55m）和L3（6.20m）两种不同长度的驾驶室，货厢容积为8-13m3，有效载荷分别为1370kg和1350kg。其搭载一台功率为57kW的电动机，最大设计时速100Km/h；电池位于货厢底板内部，不会对其厢体容积产生影响。

● D Wide Z.E：

2020年D wide Z.E系列车型陆续投放市场，客户可以选择4x2（车货总重16吨)以及6x2(车货总重26吨)的车型，适用于垃圾转运、冷链以及医疗等多元化运输领域。

D Wide Z.E.电池容量为300kW/h，通过150kW的Combo CCS连接器在一到两小时内达到满电状态；夜间交流充电的完全充电时间为12小时。

方向盘造型与普通D wide柴油系列车型如出一辙，其镀铬装饰采用象征环保理念的蓝色设计。

仪表盘布局特点明显，时速表位于其中间位置；液晶显示屏位于其右侧位置，其下方位置显示剩余电量以及行驶里程。

换挡开关采用跷板按钮式设计；带有影音系统以及手动空调等实用配置。

该车型的设计最大工作范围300km，主要续航能力取决于使用情况和电池配置，可以根据客户的具体需求定制不同容量区间的电池。

纯电动卡车适用于以可持续城市发展为目标的城市，在室内密封场地工作也不会产生多余废气。而且车辆的低噪音为夜间做更多的运输作业创造机会，进而缓解白天道路上的交通压力。

Connect概念车型：

随着智能交通运输系统的不断成熟，自动驾驶卡车将作为未来城市整体物流解决方案的一部分。不仅斯堪尼亚 Nxt、日野Fleet推出未来物流发展的概念车型，同时雷诺设计的这款名为“豆荚”的车型也具有同等优势。

该车型的车轮带有电脑控制系统，自动接受程序员发出的工作指令，与整个物流系统相互连接，确保行驶路线的准确性、装卸货物的可靠性。

编后语：

雷诺卡车在节能环保方面所作出的整体性发展思路为不少商用车制造企业在未来创新发展提供可行性参考，降低CO2排放、提高燃料工作效率仍是所有汽车制造企业义不容辞的责任。（文/卡家号：truckfancier）

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LNG 装卸臂配重平衡系统设计

王晓斌
大连华锐重工集团股份有限公司 大连 116013

摘 要：配重平衡系统是LNG 装卸臂总体设计的关键点，其性能的优劣决定了装卸臂整机的能耗和结构的安全性。分析了单配重型式的LNG 装卸臂配重平衡系统的设计要求及控制指标，提出了一种快速、有效的设计方法。

关键词：LNG 装卸臂；配重；平衡；设计

中图分类号：U653.928 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）08-0081-05

0 引言
液化天然气（Liquefied Natural Gas， 以下简称LNG）装卸臂是运输船与岸之间的LNG 输送设备，通过装卸臂上的低温管道将船上和岸上的LNG 输送管道连接起来，实现LNG 的连续输送。

由于装卸船作业时，靠泊的船舶会在风浪流影响下产生六自由度的运动，因此LNG 装卸臂通常设计成柔性结构，与船舶连接后设备处于随动状态，从而可以补偿船舶各方向的运动产生的位移和角度，避免损坏船舶和装卸臂。装卸臂设有配重平衡系统，结构基本达到自重平衡，减小随船舶运动时对船上的LNG 连接管的载荷，同时减小设备驱动功率。配重平衡系统的性能优良是保证LNG 装卸臂可靠工作的重要因素。

本文分析了LNG装卸臂整机自重平衡的设计要点，提出了一种配重平衡系统的设计方法。

1 装卸臂设备构成
LNG 装卸臂的结构型式主要有单配重、双配重、四连杆等，其中应用最为广泛的是单配重机型，其具有结构简单、自重轻的特点。本文以单配重型式的LNG装卸臂作为研究对象，其结构组成如图1 所示。

1. 立柱 2. 配重 3. 内臂 4. 外臂 5. 三向旋转接头6. 快速接头 7. 外臂变幅液压缸 8. 内臂变幅液压缸 9. 回转液压缸
图1 装卸臂结构

LNG 装卸臂通过快速接头与运输船的歧管法兰连接，内臂、外臂分别由变幅液压缸驱动，可实现俯仰；回转液压缸驱动内臂、外臂等上部结构绕立柱中心线在水平面内回转。在与船连接操作时，液压缸为主动操作模式，实现装卸臂的主动运动；当与船连接后，液压缸臂、外臂协同补偿船体运动产生的各方向位移和角度。低温管道安装在立柱、内臂和外臂上，各铰接处装有旋转接头，将船上歧管和陆地管道连接形成连续管道，用于输送LNG。

该单配重型式的LNG 装卸臂，内臂通过使自身结构重心基本位于与立柱顶部铰点处实现平衡，配重用于平衡外臂和三向旋转接头的重量，装卸臂俯仰过程中，配重轴线始终平行于外臂轴线。

2 配重平衡系统的设计要求
LNG 装卸臂的设计遵循ISO 16904—2016《石油和天然气工业 用于常规沿岸码头的液化天然气船用输送臂的设计和试验》，该标准对装卸臂的平衡性提出了基本要求，另外还应考虑设备操作便利性和使用安全性；同时国际石油公司海运协会（OCIMF）对装卸臂施加给运输船的歧管法兰载荷提出了限制要求。这些均为配重平衡系统设计时应考虑的因素。

2.1 装卸臂的平衡性
装卸臂应按空载平衡进行设计，空载时，装卸臂在任意位置应处于基本平衡状态。在配重平衡系统设计时，要满足以下两个状态的平衡力矩要求：
平衡状态1 如图2 所示，内臂水平，外臂和配重竖直时，前倾力矩应不大于后仰力矩，即

此状态是装卸臂正常工作位置，应使装卸臂具有后仰的趋势，一旦出现紧急情况，可确保装卸臂快速回收。平衡状态2 如图3 所示，内臂竖直，外臂和配重水平时，前倾力矩应不小于后仰力矩，即

此状态是装卸臂后仰的极限位置，应使装卸臂具有前倾的复位趋势，避免超出设备的安全工作范围。

图 2 平衡状态1 示意图

图 3 平衡状态2 示意图

2.2 船歧管法兰载荷
由国际石油公司海运协会(OCIMF) 对冷藏液化天然气运输船歧管的建议规定[3] 可知，LNG 装卸臂与运输船连接状态下，传递到船歧管法兰的载荷，应小于表1 所列数值。

要求装卸臂设计时，应控制整机的重量平衡，以保证不平衡力矩传递到船歧管法兰上的载荷满足表1 中的要求。

3 配重平衡系统的设计
配重平衡系统的设计应结合结构仿真计算，在确保强度、刚度的基础上，合理分配结构重量，满足各项设计指标。本文为简化研究，仅研究力矩平衡设计方法，暂不考虑结构强度、刚度。

3.1 设计方法步骤
单配重形式的装卸臂配重平衡系统的设计可依照以下方法步骤：
1）装卸臂内臂通过合理分布其结构重量，使重心位置位于内臂中部铰点附近，从而实现自重平衡；
2）配重随外臂同步摆动，平衡外臂和三向旋转接头的重量，配重的重量和重心位置根据上文平衡状态公式（1）、（2）的要求计算确定；
3）验算歧管法兰上的载荷小于表1 数值。

3.2 配重平衡系统计算模型
配重平衡系统根据各部分结构重量和重心进行平衡力矩计算，配重平衡系统计算模型如图4 所示。以16″ LNG 装卸臂配重平衡系统为例，在内臂、外臂处于任一位置时，对立柱顶部A 点的整机不平衡力矩为：

式中：G1 为三向旋转接头质量，G1=4 t；G2 为外臂质量，G2=6 t；G3 为内臂质量，G3=22 t。

图 4 配重平衡系统计算模型

图4 中L1=10.36 m，L2=3 m，L3=9.45 m，L4=5.8 m，为结构各部分尺寸；在内臂自重平衡的条件下，L5=0 m。在装卸臂处于某一状态（内臂角度β，外臂角度α）时，式（3）中的配重质量G4 和重心位置L6 是未知变量，也是需要求解和优化的参数。

3.3 配重参数计算
根据平衡状态1， 内臂角度β=0 °， 外臂角度α=-90°，将已知参数代入式（3），则有

求得G4 ≥ 16.3 t。
根据平衡状态2， 内臂角度β=90 °， 外臂角度α=0°，将已知参数代入式（3），则有

求得L6 ≤ 3.64 m。
根据以上计算结果，初步确定配重参数为：配重质量G4=16.3 t，配重力臂L6=3.64 m。

3.4 不平衡力矩校核
整机不平衡力矩Σ M 应根据内臂、外臂分别处于不同俯仰角度下，按照公式（3）进行组合校核计算。装卸臂的不平衡力矩计算结果表2 所示：

由表2 可知：
1）在各种状态下，不平衡力矩基本趋近于0，即装卸臂达到了自重平衡。
2）在内臂角度β=90°时，外臂角度α 处于不同状态时，所有不平衡力矩均为正值，可保证装卸臂具有前倾的复位趋势。
3）除内臂角度β=90°外，其它角度下，在外臂角度α 变化过程中，总不平衡力矩由正值逐渐变为负值，不平衡力矩为0 点即为装卸臂的理论绝对平衡点。图5为内臂角度β=30°时，外臂不同角度下的不平衡力矩，α=-75°时，为装卸臂的平衡点。

3.5 歧管法兰载荷校核
LNG装卸臂的不平衡力矩将传递到船歧管法兰上，按连接处简支，可计算出船歧管法兰的竖直载荷，表3为内臂、外臂分别处于不同俯仰角度下，竖直载荷计算结果。可见不平衡力矩产生的竖直载荷远小于表1 规定的5 t 的最大载荷。

图 5 内臂β =30°时外臂不同角度下的不平衡力矩

4 结论
本文介绍的单配重形式LNG 装卸臂配重平衡系统的设计方法，综合考虑了装卸臂的平衡性和外部接口载荷等因素。通过配重平衡系统优化，装卸臂在任意位置基本自重平衡，可以保证整机良好的操作性能。完全平衡的结构大大减少了功率消耗，16″ LNG 装卸臂驱动电动机功率仅为7.5 kW。应用本文的设计方法，结合结构仿真优化，可以降低各部分重量，设计出自重轻、安全可靠的LNG 装卸臂产品。

参考文献
[1] ISO 16904-2016 Petroleum and natural gas industries — Design and testing of LNG marine transfer arms for conventional onshore terminals [S].
[2] 李士博. 三相模块化永磁轮毂电机短路问题研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019
[3] OCIMF.Recommendations for Manifolds for Refrigerated Liquefied Natural Gas Carriers (LNG) [Z/OL].(1994) [2014.3.18