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    掛車列車通過(guò)性的研究

    2016-09-19 03:22:08山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院郝辰杰呂彩琴李博
    河北農(nóng)機(jī) 2016年3期
    關(guān)鍵詞:拖車牽引車前輪

    山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院  郝辰杰 呂彩琴 李博

    掛車列車通過(guò)性的研究

    山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院郝辰杰呂彩琴李博

    本論文運(yùn)用ADAMS/View建立某雙掛列車的精確模型,通過(guò)理論計(jì)算對(duì)該掛車列車轉(zhuǎn)彎過(guò)程進(jìn)行了分析。并聯(lián)合應(yīng)用ADAMS/Car的道路模塊通過(guò)ADAMS/View進(jìn)行仿真驗(yàn)證,最后得出理論計(jì)算與仿真結(jié)果基本吻合,為多掛車的轉(zhuǎn)彎過(guò)程分析做出了理論性的指導(dǎo)。

    掛車列車;通過(guò)性;ADAMS/View

    引言

    目前,全球只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家使用掛車列車提高交通運(yùn)輸力和緩解交通壓力。在我國(guó)掛車列車還沒(méi)投入使用,也沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其通過(guò)性問(wèn)題更是亟待解決。本文應(yīng)用ADAMS/View建立掛車列車的整車仿真模型,并聯(lián)合應(yīng)用ADAMS/Car的道路模塊對(duì)整車進(jìn)行通過(guò)性的仿真。在結(jié)合理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,通過(guò)仿真結(jié)果,客觀評(píng)價(jià)掛車列車的通過(guò)性。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)于分析掛車列車在城市道路通過(guò)性的評(píng)價(jià)和通過(guò)性的提高具有重要意義。

    1 掛車列車的轉(zhuǎn)彎過(guò)程分析

    掛車列車的外廓尺寸如表1所示,它的橫向和縱向外形尺寸如圖1所示。

    圖1 掛車列車橫向尺寸圖

    1.1轉(zhuǎn)彎時(shí),牽引車和掛車1之間的關(guān)系分析

    圖2 轉(zhuǎn)彎時(shí),牽引車和掛車1之間的關(guān)系

    如圖2,在列車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,假設(shè)OC=R,牽引車的角速度ω1,則,

    θ的變化取決于CO和CD的旋轉(zhuǎn)。在微小的時(shí)間[t,t+dt]里,OC旋轉(zhuǎn)了ω1*dt,同樣CD旋轉(zhuǎn)了ω2*dt。因此有θ的微量改變。

    從而可得:

    其中認(rèn)為ω1為常量,則牽引車車體轉(zhuǎn)過(guò)的角度為:

    通過(guò)以上分析可知,當(dāng)前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角α>27°時(shí),OC<CD,該列車轉(zhuǎn)彎不能形成圓;α<27°時(shí),OC=CD,牽引車與1號(hào)掛車轉(zhuǎn)彎瞬心重合,牽引車和掛車1可以形成穩(wěn)定圓。

    1.2轉(zhuǎn)彎時(shí),考慮掛車2的影響,掛車列車的轉(zhuǎn)彎分析

    當(dāng)牽引車車身與掛車車身夾角小于90°時(shí),若牽引車向前運(yùn)動(dòng),掛車會(huì)出現(xiàn)倒車現(xiàn)象。當(dāng)牽引車車身與掛車車身夾角大于90°的轉(zhuǎn)彎時(shí),如圖3所示,A是牽引車前軸中心,B是牽引車轉(zhuǎn)向中心,C是牽引車與掛車1的鉸接點(diǎn),D是掛車1的轉(zhuǎn)向中心,E是掛車1與平板拖車的鉸接點(diǎn),F(xiàn)是平板拖車的轉(zhuǎn)向中心,G是掛車2的轉(zhuǎn)向中心,VA、VB、VC、VD、VE、VF、VG分別是對(duì)應(yīng)于A、B、C、D、E、F、G各點(diǎn)的瞬時(shí)速度。

    圖3 掛車列車轉(zhuǎn)彎分析示意圖

    牽引車?yán)^續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)后,各車廂瞬心O交于2號(hào)掛車的轉(zhuǎn)彎圓心G點(diǎn),出現(xiàn)整車轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài),如圖4所示。此后,整車將會(huì)以G為圓心做圓周運(yùn)動(dòng)。

    圖4 牽引車?yán)^續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生穩(wěn)定狀態(tài)

    由圖4可以看出:當(dāng)牽引車在前輪的內(nèi)轉(zhuǎn)角為18°、外轉(zhuǎn)角為15°的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí),整車的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí),牽引車與1號(hào)掛車的車廂夾角是142°,1號(hào)掛車與掛車拖車的車廂夾角為142°,掛車拖臺(tái)與2號(hào)掛車的夾角變成90°。此時(shí)該掛車列車的最大轉(zhuǎn)彎半徑為16756mm,說(shuō)明在該轉(zhuǎn)彎半徑下需要的路寬最少是16756mm。當(dāng)前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角大于18°做轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí),掛車拖臺(tái)與2號(hào)掛車的夾角就會(huì)小于90°,從而出現(xiàn)車廂相互碰撞或者有車廂后退等不穩(wěn)定狀態(tài)。

    2 掛車列車轉(zhuǎn)彎過(guò)程仿真

    2.1最小轉(zhuǎn)彎半徑

    仿真時(shí)后輪驅(qū)動(dòng)函數(shù)為Function(time)=360d*time,前輪轉(zhuǎn)向函數(shù)為STEP(time,13,0,14,19.0d)。在仿真過(guò)程中,前11s車輛加速直線行駛,11s后獲得12km/h的穩(wěn)定車速。第13s時(shí),前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角開始發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),到第14s時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到19°。然后保持該狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。在仿真中可以看出:牽引車與1號(hào)掛車形成穩(wěn)定的夾角后,就保持不變,掛車1與平板拖車的夾角逐漸變小,而后也保持不變,最后掛車托臺(tái)與2號(hào)掛車的夾角近似達(dá)到90°,如圖5、圖6所示。

    圖5 牽引車內(nèi)轉(zhuǎn)角為19°時(shí),產(chǎn)生的穩(wěn)定姿態(tài)

    圖6 牽引車內(nèi)轉(zhuǎn)角為19°時(shí),生成的穩(wěn)定圓環(huán)

    如果將前輪內(nèi)轉(zhuǎn)角的19°改為20°,掛車拖臺(tái)與2號(hào)掛車的角度就會(huì)小于90°,出現(xiàn)甩尾、折疊等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

    3 結(jié)論

    仿真驗(yàn)證得出了,該掛車列車的最小轉(zhuǎn)彎直徑為:34.6m,需要路寬為32m。通過(guò)理論計(jì)算得出:D=2R=33.5。實(shí)際值與理論值偏差3.2%,基本吻合。本文對(duì)多掛車通過(guò)性的計(jì)算提供了一定的理論依據(jù)。

    [1]王勇,趙永平,丁渭平等.全掛車形式叉車懸架彈性結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(10):181-186.

    [2]卞學(xué)良,石維佳,王志強(qiáng)等.全輪轉(zhuǎn)向掛車設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].工程機(jī)械,2004,35(6):20-22.

    [3]羅衛(wèi)東,肖軍,何正強(qiáng)等.牽引車最小轉(zhuǎn)彎半徑的提升橋布置研究[J].煤礦機(jī)械,2011,32(3):69-71.

    [4]蘇成玲,王躍鋒.機(jī)車牽引掛車的安全駕駛技巧[J].現(xiàn)代農(nóng)機(jī),2011,(6):33-34.

    郝辰杰,1988年出生,山西忻州人,碩士研究生,研究方向:整車設(shè)計(jì)。

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