和豪濤，肖冬玲，賈治利

（1.河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車學(xué)院，河南 鄭州450005；2.陜西大件汽車運(yùn)輸有限公司，陜西 西安710014）

大件設(shè)備具有超長、超寬、超高、超重的特征，在運(yùn)輸過程中對安全性和可靠性的要求較高。由于公路運(yùn)輸具有安全、經(jīng)濟(jì)、便捷、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，公路大件運(yùn)輸在整個大件運(yùn)輸中占有重要地位。運(yùn)輸成本低、載重量大、組裝方便是汽車列車化運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，大件設(shè)備多采用汽車列車運(yùn)輸。汽車列車是一輛汽車（或牽引車）與掛車的組合，即運(yùn)輸車組。隨著國家高速公路網(wǎng)的完善，改變了公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行條件，為汽車列車化運(yùn)輸?shù)於肆己没A(chǔ)。公路大件運(yùn)輸相關(guān)問題的研究在現(xiàn)代運(yùn)輸中具有重要意義。F.Lamiraux研究了A380客機(jī)組件的運(yùn)輸，得出裝車和運(yùn)行的最優(yōu)化方案，李陸勛研究了大件運(yùn)輸車輛轉(zhuǎn)彎中的最小半徑，吳飛分析了公路大件運(yùn)輸影響因素，并建立相應(yīng)模型。國內(nèi)外學(xué)者對大件運(yùn)輸研究取得了一定成果，但是對公路大件運(yùn)輸穩(wěn)定性的研究較少。為確保設(shè)備運(yùn)輸過程的安全可靠，從公路大件運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐出發(fā)，對大件運(yùn)輸車組的穩(wěn)定性進(jìn)行探討，系統(tǒng)地分析了運(yùn)輸中貨物捆扎穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性、行駛中的穩(wěn)定性和裝載穩(wěn)定性等因素對運(yùn)輸安全的影響。

1 貨物捆扎穩(wěn)定性

公路運(yùn)輸大件貨物時，需預(yù)先設(shè)計(jì)捆扎方案，以確保車體與貨物間捆扎的穩(wěn)定性，主要考慮兩種情況:一是車體向橫向傾斜時，可能會使貨物側(cè)向傾倒和側(cè)向下滑；二是當(dāng)汽車列車在緊急制動時，巨大慣性可能造成貨物沿車體平面向前滑動，造成貨物向前傾翻。

捆綁與加固是安全運(yùn)輸?shù)闹匾胧壖庸碳纫喂炭煽?，又要不損傷設(shè)備和設(shè)備包裝。捆扎位置應(yīng)盡量選擇在設(shè)備吊裝點(diǎn)或靠近吊裝點(diǎn)位置。為便于施工技術(shù)人員的實(shí)際施工，可按表1中推薦標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，表2為常用的捆綁形式。

表1 推薦捆扎級別

表2 常用捆綁方式

2 液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性

現(xiàn)代重型掛車一般靠液壓油缸承載重量，所有液壓懸掛是串聯(lián)的，屬于液壓獨(dú)立懸掛。當(dāng)?shù)缆凡黄绞鼓骋粦覓焓芰^大時，其它懸掛快速均衡受力，使所有懸掛受力相等，從而確保各輪胎受力均勻以及掛車的平面穩(wěn)定，也降低了道路不平產(chǎn)生的擺動。

圖1 液壓缸三點(diǎn)支撐

為保證大件設(shè)備運(yùn)輸安全，避免翻車事故，掛車穩(wěn)定性是運(yùn)輸車組安全行駛的前提。如果掛車的穩(wěn)定性好，運(yùn)輸車組其他相關(guān)性能也會隨之提高。掛車抗側(cè)滑性和抗傾翻性是掛車穩(wěn)定性的衡量指標(biāo)。掛車中懸掛油路分別串聯(lián)成三個獨(dú)立的液壓回路，其目的是保證掛車平面穩(wěn)定和各懸掛載荷均勻。只有各組壓力平衡時，掛車平面才能形成可靠的三點(diǎn)支撐。前、后三角形是三點(diǎn)支撐的兩種形式，如圖1所示。前三角形支撐時貨物后部外形尺寸大，適用于貨物質(zhì)心偏后和車組爬坡時的情況；后三角形支撐一般適用于貨物前部尺寸大，貨物質(zhì)心偏前或當(dāng)運(yùn)輸車組下坡行駛時。

3 行駛中的穩(wěn)定性

為避免運(yùn)輸車組在行駛中發(fā)生翻車，保證大件設(shè)備運(yùn)輸安全，運(yùn)輸車組須有可靠的穩(wěn)定性，爬坡時縱向穩(wěn)定性和彎道行駛橫向穩(wěn)定性都需要考慮。

3.1 爬坡時縱向穩(wěn)定性

運(yùn)輸車組在坡道上行駛時，當(dāng)車組的最大爬坡度不大于道路坡道時，會使車輛前輪翹起地面，前輪與地面間沒有附著力，從而使車輛縱向傾覆（翻車），如圖2所示。

圖2 坡道角示意圖

車組不產(chǎn)生縱向傾覆時應(yīng)滿足以下條件

式中:μ為路面附著系數(shù)；S為車貨質(zhì)心至后軸的間接距離，m；hg為車貨質(zhì)心到路面的垂直距離，m。

運(yùn)輸設(shè)備用的平板掛車，一般S≥hg，即μ＜1＜（S／hg），所以，車組不易產(chǎn)生縱向傾覆。當(dāng)S減小或hg增大，被運(yùn)設(shè)備靠近后軸或者設(shè)備的質(zhì)心增高時，縱向穩(wěn)定性式（1）的條件可能會改變。當(dāng)車組的最大爬坡度不大于道路坡道時，為避免前輪翹起導(dǎo)致車輛縱向失穩(wěn)，牽引車上通常裝有壓重塊，使質(zhì)心整體前移，即通過增大S來保障車輛安全。

3.2 彎道時橫向穩(wěn)定性

運(yùn)輸車組在彎道上行駛時，車組橫向受到側(cè)向風(fēng)力和離心力作用。當(dāng)運(yùn)輸車組高速轉(zhuǎn)彎時，車輪受到運(yùn)輸車組離心力的影響將發(fā)生側(cè)向滑移，導(dǎo)致橫向失穩(wěn)，嚴(yán)重時橫向傾覆。車輛橫向穩(wěn)定性的影響因素有以下兩方面。

3.2.1 行駛速度

當(dāng)運(yùn)輸車組所受地面附著力和重力橫向分力與運(yùn)輸車組所受側(cè)向風(fēng)力和離心力不平衡時，運(yùn)輸車輛會橫向打滑，甚至傾覆。車組橫向傾覆先于橫向側(cè)滑發(fā)生，但橫向傾覆更加危險(xiǎn)。當(dāng)運(yùn)輸車組出現(xiàn)橫向側(cè)滑時，駕駛?cè)藛T應(yīng)警惕，降低車速，車組產(chǎn)生側(cè)滑的條件為

式中:B為運(yùn)輸車輛的前輪輪距，m。

當(dāng)運(yùn)輸車組是全掛車組時，需要分別驗(yàn)算掛車和牽引車。如式（2）計(jì)算出的橫向穩(wěn)定系數(shù)小于μ＝0.7，說明該運(yùn)輸車組在路面附著系數(shù)μ為0.7的路面上在側(cè)翻之前不會產(chǎn)生滑移。為保證運(yùn)輸車組安全，需要對車組的轉(zhuǎn)彎速度進(jìn)行限制要求，其計(jì)算式為

式中:R0為道路彎道半徑，m；g為重力加速度，9.8m／s2。

取R0＝10，20，…，100，按式（3）計(jì)算出道路上不同彎道半徑時車組的極限行駛速度。為保障運(yùn)輸車組在彎道行駛時不發(fā)生側(cè)翻，必須使運(yùn)輸車組在彎道上的實(shí)際行駛速度小于彎道上的計(jì)算行駛速度。

3.2.2 臨界傾覆角

當(dāng)其它條件相同時，運(yùn)輸車組穩(wěn)定性與其質(zhì)心位置相關(guān)，質(zhì)心高、穩(wěn)定性差。當(dāng)運(yùn)輸車組的傾覆角大于某一角度θc時，車輛就將發(fā)生傾覆。角度θc稱為臨界傾覆角，由圖3可知其計(jì)算公式為

式中:d為運(yùn)輸車輛質(zhì)心到輪胎中心線的間接距離，m。

由式（4）可知，當(dāng)其它條件相同時，運(yùn)輸車組的質(zhì)心hg愈大，θc就愈小，車輛易發(fā)生傾覆。為保障運(yùn)輸車組在彎道行駛時不易發(fā)生傾覆，必須使運(yùn)輸車組在彎道上行駛時的傾覆角小于臨界傾角θc。

圖3 車輛傾覆角示意圖

4 裝載穩(wěn)定性

掛車上的主縱梁承受輪胎的反作用力和貨物載荷。當(dāng)貨物過于集中時，巨大的彎曲應(yīng)力有使主縱梁破壞斷裂的危險(xiǎn)。而貨物的裝載位置決定了掛車主梁的受力和變形情況。全掛的質(zhì)心位置不同于半掛平板車，對于過渡梁兩側(cè)的軸線數(shù)相同或不加過渡梁的全掛車，其質(zhì)心就是中心位置。半掛車由于前端鵝頸的分載作用，其質(zhì)心位置相對于全掛車要提前。全掛車組的質(zhì)心位置受過渡梁兩側(cè)軸線數(shù)的影響，若承載質(zhì)量相同，質(zhì)心偏向軸線數(shù)多的一側(cè)。同一半掛車組的質(zhì)心位置受貨物質(zhì)量影響，車組質(zhì)心位置靠前說明貨物質(zhì)量大。半掛列車加過渡梁后其質(zhì)心位置與全掛列車相同。圖4是175t，180t，185t三種半掛車的裝載荷載圖。

圖4 三種噸位液壓半掛車（7×2）載荷

5 結(jié) 語

運(yùn)輸穩(wěn)定性對整個公路大件運(yùn)輸至關(guān)重要，只有在滿足車組穩(wěn)定性的前提下，才能保證其運(yùn)輸順利進(jìn)行。運(yùn)輸車組的穩(wěn)定性包括貨物捆扎穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性、行駛中的穩(wěn)定性和裝載穩(wěn)定性。運(yùn)輸車輛轉(zhuǎn)彎時的橫向穩(wěn)定是整個公路大件運(yùn)輸安全的關(guān)鍵，為防止橫向失穩(wěn)和傾覆，若計(jì)算出通行道路的縱、橫向穩(wěn)定性還達(dá)不到規(guī)定要求，則應(yīng)設(shè)法降低質(zhì)心高度，增大車輛輪距或降低車速。

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