（安徽合力股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

目前牽引車和拖車被廣泛應(yīng)用到各種物流行業(yè)，例如火車站物流轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)物流轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、港口物流轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等；這些物流系統(tǒng)往往要經(jīng)過下穿隧道，即牽引列車需要通過較大的坡道。如果拖車上的牽引機(jī)構(gòu)和牽引車上的牽引機(jī)構(gòu)匹配不合理，在運(yùn)行過程中通過較大的坡道時(shí)，會(huì)影響牽引列車運(yùn)行性能。通過對(duì)拖車牽引機(jī)構(gòu)和牽引車牽引機(jī)構(gòu)研究，優(yōu)化牽引機(jī)構(gòu)最優(yōu)匹配關(guān)系。

2 牽引車和拖車牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作原理

牽引車牽引拖車工作時(shí)，通常以組合列車工作方式進(jìn)行，即一輛牽引車牽引一臺(tái)或多臺(tái)拖車；牽引車牽引機(jī)構(gòu)和拖車牽引機(jī)構(gòu)是保證組合列車能夠正常運(yùn)行重要機(jī)構(gòu)。牽引車牽引機(jī)構(gòu)主要包括牽引座、牽引銷和牽引操縱機(jī)構(gòu)。拖車牽引機(jī)構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)橋、連接銷、牽引桿總成、板簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。牽引車牽引拖車工作原理是：拖車牽引機(jī)構(gòu)中牽引桿上的連接孔掛接在牽引車牽引銷上，牽引桿總成通過連接銷與回轉(zhuǎn)橋連接，其中牽引桿總成通過連接銷能夠?qū)崿F(xiàn)上下擺動(dòng)，即牽引車牽引拖車可以通過一定坡道；拖車回轉(zhuǎn)橋上帶回轉(zhuǎn)支承，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。板簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端安裝在回轉(zhuǎn)橋上另一端安裝在牽引桿總成上，主要作用用于調(diào)節(jié)拖車牽引桿總成高度，保證拖車牽引桿總成高度與牽引車牽引中心高度保持一致，以便牽引車與拖車順利脫掛。駕駛員通過操作牽引操縱機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)牽引車與拖車脫掛。通過上述機(jī)構(gòu)牽引車牽引拖車工作時(shí)能夠通過一定坡道和實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能（如圖1所示）。

圖1 牽引車、拖車牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作簡(jiǎn)圖

3 影響牽引車牽引拖車坡道通過性主要因素

影響牽引列車的坡道通過性因素很多，下面從牽引車、拖車牽引機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理來分析影響牽引列車的坡道通過性主要因素。牽引車在水平路面上牽引車拖車時(shí)，由于拖車牽引桿的中心高度與牽引車的牽引座的中心高度處于同一高度位置，牽引桿連接孔與牽引銷能夠保持一定間隙，此間隙一般為4～5mm；該間隙不能太小，小了不方便牽引車對(duì)銷；間隙不能太大，太大了牽引桿與牽引銷撞擊頻率會(huì)增大，容易引起牽引銷或牽引桿損壞。牽引車牽引拖車過坡道時(shí)最嚴(yán)重的狀態(tài)是：拖車仍處于水平路面上，牽引車已處于坡道上，此時(shí)拖車的牽引桿和拖車的回轉(zhuǎn)橋之間形成一定角度（如圖2所示），拖車牽引桿連接孔和牽引銷之間形成一定角度，當(dāng)拖車牽引桿連接孔和牽引銷之間夾角達(dá)到一定值時(shí)，牽引桿連接孔和牽引銷之間會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象（如圖3所示）。通過牽引車、拖車坡道工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖可發(fā)現(xiàn)拖車牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷之間夾角越小，此時(shí)牽引桿上的連接孔和牽引車的牽引銷干涉的可能性就越小。影響拖車牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷之間角度相關(guān)結(jié)構(gòu)有：牽引桿連接孔直徑、牽引銷直徑、坡道角度、回轉(zhuǎn)橋中心到連接銷的中心水平距離、牽引桿總成工作長(zhǎng)度、牽引桿厚度（如圖4所示）。

圖2 牽引車、拖車坡道工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖

圖3 牽引銷和牽引桿坡道工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖

圖4 牽引桿簡(jiǎn)圖

4 建立數(shù)學(xué)模型和分析

根據(jù)牽引車牽引拖車結(jié)構(gòu)和工作原理建立運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和相關(guān)參數(shù)設(shè)定（如圖5所示）。

圖5 牽引車、拖車牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

相關(guān)參數(shù)定義：

D：牽引桿連接孔直徑

d：牽引車牽引銷直徑

α：坡道角度

θ：連接銷中心到前輪與地面接觸點(diǎn)連線與水平面夾角

β：拖車牽引桿總成與坡道夾角

h：牽引桿總成水平狀態(tài)中心與地面高度

L1：回轉(zhuǎn)橋中心到連接銷中心水平距離

L2：牽引桿總成工作長(zhǎng)度

t：牽引桿厚度

L：拖車牽引機(jī)構(gòu)總的工作長(zhǎng)度（L=L1+L2）

要保證牽引車牽引拖車通過α度坡道時(shí)牽引桿連接孔和牽引車的牽引銷不干涉，必須滿足的條件是：拖車牽引機(jī)構(gòu)中的牽引桿連接孔直徑孔徑D減去牽引桿厚度在坡道上的投影尺寸要大于或等于牽引車牽引銷的直徑d，即D-t×tanβ≥d。

相關(guān)數(shù)學(xué)模型：

由上述數(shù)學(xué)模型可推導(dǎo)出β與D、d、t、L1、L2以及α之間的關(guān)系。

拖車牽引機(jī)構(gòu)總的工作長(zhǎng)度一般是根據(jù)拖車寬度和前懸來確定，一般是定值。從式（7）、式（8）可以看出β值與h、L1、θ、α、L2參數(shù)有關(guān)，其中β值與h、L1、θ、α成一定條件下的正比例關(guān)系，與L2成反比例關(guān)系，因此減小β值就可以提高牽引列車坡道的通過性。

通過excel表格可進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和計(jì)算，表1為實(shí)例計(jì)算結(jié)果（設(shè) D=50mm；d=45mm；α=15°；t=40mm；h=450mm）。

表1 實(shí)例中長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

通過對(duì)牽引車、拖車牽引機(jī)構(gòu)研究，可以對(duì)已確定的牽引機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到較為準(zhǔn)確設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)效率有一定指導(dǎo)意義。另外采用優(yōu)化后的參數(shù)可以快速測(cè)算出牽引列車所能通過的坡道能力。