重裝備牽引車集裝箱運(yùn)輸?shù)缆吠ㄟ^性研究

田潤(rùn)良，孟慶偉，曹繼霞，孟祥熙

(1.軍事交通學(xué)院 汽車指揮系，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161；3．北部戰(zhàn)區(qū) 65322部隊(duì)，吉林 公主嶺 136100)

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● 軍事運(yùn)輸Military Transportation

重裝備牽引車集裝箱運(yùn)輸?shù)缆吠ㄟ^性研究

田潤(rùn)良1，孟慶偉2，曹繼霞1，孟祥熙3

(1.軍事交通學(xué)院 汽車指揮系，天津 300161； 2.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津 300161；3．北部戰(zhàn)區(qū) 65322部隊(duì)，吉林 公主嶺 136100)

在確定重裝備牽引車與40 ft集裝箱半掛車匹配后的汽車列車技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)道路、橋涵工程標(biāo)準(zhǔn)，研究了彎道通過性和橋涵通過性，對(duì)軍用物資集裝箱公路運(yùn)輸?shù)慕M織具有一定參考意義。

重裝備牽引車；集裝箱運(yùn)輸；道路通過性

我軍軍用物資集裝箱公路運(yùn)輸近年來發(fā)展迅速，但在基礎(chǔ)設(shè)施的配備建設(shè)等方面較集裝化運(yùn)輸整體要求仍存在較大差距?，F(xiàn)有的軍用集裝箱運(yùn)輸車只具備20 ft集裝箱的運(yùn)輸能力。對(duì)于已廣泛使用的40 ft、45 ft的大型集裝箱，由于戰(zhàn)術(shù)前沿運(yùn)輸環(huán)境條件的限制，我軍暫未發(fā)展大型集裝箱公路運(yùn)輸力量，現(xiàn)有大型集裝箱的公路運(yùn)輸任務(wù)只能外包給地方物流公司完成。

由于履帶式重裝備使用的特殊性，重裝備遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)次數(shù)少，重裝備運(yùn)輸分隊(duì)的運(yùn)輸保障任務(wù)也就相對(duì)較少。通過編配與重裝備運(yùn)輸車相匹配的40 ft集裝箱半掛車完成軍用物資集裝箱的運(yùn)輸，極大地提高了重裝備牽引車的利用效率，提升了重裝備運(yùn)輸分隊(duì)的運(yùn)輸訓(xùn)練效果。確定半掛汽車列車技術(shù)參數(shù)，對(duì)比分析公路、橋涵工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其道路通過性進(jìn)行研究，為重裝備牽引車集裝箱運(yùn)輸組織提供參考，從而提高軍用物資集裝箱公路運(yùn)輸保障能力。

1　道路通過性影響因素分析

50噸級(jí)重裝備牽引車額定功率為386/2 300 kW/rpm，最大扭矩為1 900/1 500 Nm/rpm，采用6×6驅(qū)動(dòng)形式，外形尺寸為7 730 mm×3 000 mm×3 200 mm(長(zhǎng)×寬×高)，鞍座高度達(dá)1 550 mm，滿載車架上平面高度為1 215 mm，最大爬坡度為60%，整備質(zhì)量達(dá)17 500 kg。配套40 ft集裝箱半掛車在與重裝備牽引車鞍座高度匹配的同時(shí),為避免載運(yùn)集裝箱時(shí)汽車列車超高而無法通過多數(shù)路段,只能采用“大鵝頸”式設(shè)計(jì)來降低承載面高度。

按照GB 1589—2004《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》的規(guī)定：三軸半掛車總長(zhǎng)不超過20 m，最大總質(zhì)量不超過40 t。與民用40 ft集裝箱運(yùn)輸車相比，配套40 ft集裝箱半掛車長(zhǎng)近16 m，半掛汽車列車總長(zhǎng)達(dá)22 m，滿載總質(zhì)量達(dá)57.46 t，屬于超限運(yùn)輸。與重裝備運(yùn)輸車相比，40 ft集裝箱半掛汽車列車具有更長(zhǎng)的尺寸和相近的總質(zhì)量，但集裝箱自身因無動(dòng)力無法自行與汽車列車分別通過橋涵。因此，重裝備運(yùn)輸車與40 ft集裝箱半掛車匹配后的半掛汽車列車對(duì)道路標(biāo)準(zhǔn)有較高的要求，尤其是道路的寬度、彎道線性彎曲程度和橋梁的承載能力等道路標(biāo)準(zhǔn)將直接決定汽車列車能否安全通過。

2　重裝備牽引車集裝箱運(yùn)輸彎道通過性分析

在對(duì)汽車彎道通過性分析時(shí)，常選取最小轉(zhuǎn)彎直徑和轉(zhuǎn)彎通道寬度作為關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究半掛汽車列車在轉(zhuǎn)彎過程中的水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，假定轉(zhuǎn)向輪輪胎呈剛性并在運(yùn)動(dòng)過程中無側(cè)向變形。在進(jìn)入轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)階段后，整車保持恒定狀態(tài)繞同一轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)[1]。半掛汽車列車彎道通過性主要體現(xiàn)在道路標(biāo)準(zhǔn)一定的情況下，整車是否能夠安全通過彎道。按照J(rèn)TG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，梳理歸納得出等級(jí)公路道路限界參數(shù)[2](見表1)。

表1　等級(jí)公路道路限界參數(shù)

在整個(gè)轉(zhuǎn)彎過程中，由于半掛車所在縱軸線繞牽引銷相對(duì)牽引車所在縱軸線轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度后，因重裝備牽引車與集裝箱半掛車之間水平轉(zhuǎn)角的存在，在確定牽引車前排轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角時(shí)，還需考慮兩縱軸線之間的夾角和其他因素的影響。

在作直線行駛時(shí)，兩者之間沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，各自所在縱軸線重合。轉(zhuǎn)彎開始時(shí)，牽引車轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，兩者同時(shí)圍繞各自瞬時(shí)轉(zhuǎn)彎中心進(jìn)行轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)，由于角速度不同而造成角速度差的存在產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，縱軸線間出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)角。隨著偏轉(zhuǎn)角的不斷增大，角速度差逐漸減小(如圖1(a)所示)。

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和牽引銷的擺動(dòng)角度限制，縱軸線偏轉(zhuǎn)角存在一定的極限值，隨著轉(zhuǎn)彎過程中偏轉(zhuǎn)角的逐漸增大，盡管牽引車前輪轉(zhuǎn)角還未達(dá)到最大，而縱軸線夾角已經(jīng)達(dá)到極限值。兩者不再發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在橫向轉(zhuǎn)向力的作用下，最終達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)向狀態(tài)并以相同的角速度和共同的轉(zhuǎn)向中心運(yùn)動(dòng)(如圖1(b)所示)。

圖1　汽車列車轉(zhuǎn)彎過程

偏轉(zhuǎn)角β達(dá)到最大且進(jìn)入穩(wěn)定轉(zhuǎn)向狀態(tài)后，牽引車轉(zhuǎn)向輪外輪、牽引車后橋和半掛車后橋都繞同一圓心轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過幾何關(guān)系可證明，偏轉(zhuǎn)角β和兩后橋中心線間夾角α相等。計(jì)算過程如下：

在ΔOAM和ΔOAN中，∠φ+∠α=∠AON，則

(1)

(2)

由式(2)得

(3)

根據(jù)式(3)可得

(4)

將式(3)代入式(4)，則牽引車轉(zhuǎn)向輪外輪轉(zhuǎn)角

(5)

式中：L為半掛車后橋中心線到牽引銷A點(diǎn)的距離；L1為牽引車軸距；b1為牽引車前輪主銷中心距；E為牽引座前置距。

根據(jù)GB/T 12540—2009《汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、最小轉(zhuǎn)彎通道圓直徑和外擺值測(cè)量方法》的定義，最小轉(zhuǎn)彎直徑是指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)，車輛外側(cè)轉(zhuǎn)向輪胎面中心在平整地面上的軌跡圓直徑[3]。半掛汽車列車的最小轉(zhuǎn)彎直徑由牽引車外轉(zhuǎn)向輪的實(shí)際最大轉(zhuǎn)角和軸距等技術(shù)參數(shù)決定[4]。

半掛汽車列車的最小轉(zhuǎn)彎直徑為

(6)

式中R0為最小轉(zhuǎn)彎半徑。

轉(zhuǎn)彎通道寬度是車輛轉(zhuǎn)彎通道圓外圓直徑D1與轉(zhuǎn)彎通道圓內(nèi)圓直徑D2之差的二分之一[3]。它主要由半掛汽車列車的結(jié)構(gòu)形式與技術(shù)參數(shù)決定，是衡量車輛彎道通過性的重要指標(biāo)。

牽引車轉(zhuǎn)向輪外輪中心最小轉(zhuǎn)彎半徑為

(7)

在ΔOAM和ΔOAN中：

(8)

(9)

(10)

由式(7)、(10)得轉(zhuǎn)彎通道寬度

B=(D1-D2)/2=R-r=

(11)

式中：B為轉(zhuǎn)彎通道寬度；D1為轉(zhuǎn)彎通道圓外圓直徑；D2為轉(zhuǎn)彎通道圓內(nèi)圓直徑；R為牽引車轉(zhuǎn)向輪外輪中心最小轉(zhuǎn)彎半徑；Lf為前懸長(zhǎng)度；K為半掛車寬度。

3　重裝備牽引車集裝箱運(yùn)輸橋涵通過性分析

通過查閱JTG D60—2015《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，采用多孔跨徑總長(zhǎng)(L)和單孔跨徑(Lo)兩項(xiàng)指標(biāo)將將現(xiàn)有公路橋涵共分為特大橋、大橋、中橋、小橋和涵洞5類，進(jìn)而對(duì)不同類別橋涵的承載能力也有不同的要求[5]。

半掛汽車列車的橋涵通過性，主要考慮橋梁的承載能力能否承受汽車荷載，從而確定汽車列車能否安全通過。汽車荷載由車道荷載(橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算)和車輛荷載(橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺(tái)和擋土墻土壓力等的計(jì)算)組成，分為公路—Ⅰ級(jí)和公路—Ⅱ級(jí)2個(gè)等級(jí)[6]。汽車荷載等級(jí)見表2。

表2　等級(jí)道路橋涵設(shè)計(jì)中的汽車荷載等級(jí)

對(duì)汽車列車的橋梁通過性進(jìn)行研究，判斷能否安全通過橋梁，以完成軍用物資集裝箱運(yùn)輸?shù)穆肪€規(guī)劃、橋梁通過方案制訂等。根據(jù)軍用物資運(yùn)輸?shù)膽?yīng)急性和偶然性，橋梁的標(biāo)準(zhǔn)荷載和設(shè)計(jì)安全承載能力的差距，可根據(jù)在橋梁實(shí)際安全承載能力下超重比例的控制來確定橋涵通過性：

(12)

式中：K總為半掛汽車列車總質(zhì)量；K標(biāo)為道路橋涵設(shè)計(jì)中的車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)μ≤0時(shí)，半掛汽車列車可以安全通過； 當(dāng)0<μ≤40%時(shí)，我國(guó)規(guī)定等級(jí)道路橋涵車輛荷載安全系數(shù)為1.40，美國(guó)為1.75，英國(guó)為1.73，我國(guó)略低于國(guó)外水平；車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載按照橋梁設(shè)計(jì)中的車輛重力標(biāo)準(zhǔn)值為550 kN (部分重型車輛少的四級(jí)公路采用公路—Ⅱ級(jí)車輛荷載的0.7倍，即為385 kN)；橋涵考慮其安全系數(shù)的承載能力可達(dá)770 kN(部分四級(jí)公路為539 kN)；在橋涵性能完好、半掛汽車列車總質(zhì)量在安全范圍內(nèi)，認(rèn)為具備安全通過條件；當(dāng)μ>40%時(shí)，不具備安全通過條件。

4　實(shí)例計(jì)算

以50噸級(jí)重裝備運(yùn)輸車及其配套40 ft集裝箱半掛車為例，對(duì)影響道路通過性的關(guān)鍵指標(biāo)彎道通過性及橋涵通過性進(jìn)行估算。 50噸級(jí)重裝備牽引車及其配套40 ft集裝箱半掛車彎道通過性主要參數(shù)見表3。橋涵通過性參數(shù)選取見表4。

表3　影響彎道通過性主要參數(shù)　mm

表4　影響橋涵通過性主要參數(shù)　kg

由式(6)、(11)得汽車列車最小轉(zhuǎn)彎直徑為25 m, 最小通道寬度為7.5 m。對(duì)照表1等級(jí)公路道路限界參數(shù)可得道路通過性如下：該半掛汽車列車在高速公路和一級(jí)公路通過彎道時(shí)占用兩車道可具備安全通過條件；在二級(jí)公路和設(shè)計(jì)時(shí)速為40 km/h的三級(jí)公路，通過彎道時(shí)占用兩車道及道路側(cè)的硬路肩寬度才能具備通過條件，應(yīng)注意運(yùn)輸分隊(duì)行軍過程中的交通調(diào)整；在設(shè)計(jì)時(shí)速為30 km/h的三級(jí)公路、四級(jí)公路及非等級(jí)公路，部分路段的彎道不具備通過條件，在軍用物資運(yùn)輸保障過程的路線規(guī)劃時(shí)，應(yīng)提前考慮以確保運(yùn)輸部隊(duì)行車組織的順利實(shí)施。

根據(jù)式(12)計(jì)算，在汽車列車處于滿載狀態(tài)下，當(dāng)0

5　結(jié)　語

對(duì)重裝備牽引車與40 ft集裝箱半掛車匹配后的半掛汽車列車道路通過性的研究，可為部隊(duì)指揮決策機(jī)構(gòu)執(zhí)行保障任務(wù)，制定科學(xué)、合理的集裝箱運(yùn)輸路線方案提供參考，并將有效推動(dòng)完成平時(shí)軍用物資公路運(yùn)輸任務(wù)能力的提升,促進(jìn)達(dá)到精確化保障部隊(duì)軍需物資的目標(biāo)[7]。

[1]黎海輝.多軸重型汽車轉(zhuǎn)向及操縱性能仿真與分析[D].武漢：武漢理工大學(xué),2013.

[2]霍明，李春風(fēng).公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：JTG B01—2014 [S] .北京：中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，2014.

[3]汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、最小轉(zhuǎn)彎通道圓直徑和外擺值測(cè)量方法：GB/T 12540—2009[S] .北京：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2009.

[4]梁成江,宋年秀,孫根柱,等. 軸偏角對(duì)半掛汽車列車轉(zhuǎn)彎及行駛通道寬度的影響[J]. 青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2011(3):92-96.

[5]張喜剛.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范：JTG D60—2015 [S].北京：中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，2015.

[6]戴巖.中小跨徑橋梁汽車設(shè)計(jì)荷載研究[D].長(zhǎng)安：長(zhǎng)安大學(xué),2010.

[7]趙東.部隊(duì)運(yùn)輸車輛編配方案優(yōu)化研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春理工大學(xué),2013.

(編輯：閆曉楓)

Road Passing Ability of Heavy Equipment Tractor in Container Transportation

TIAN Runliang1， MENG Qingwei2， CAO Jixia1， MENG Xiangxi3

(1.Automobile Command Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2.Postgraduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China；3.Unit 65322， Northern Theater Command, Gongzhuling 136100， China)

After determining the technical parameter of heavy equipment tractor and 40 feet container semi-trailer, the paper studies curve passing ability and bridge and culvert passing ability according to engineering standards, which has certain reference for organization of container road-transportation of military supplies.

heavy equipment tractor; container transportation; road passing ability

2016-05-18；

2016-07-03．

田潤(rùn)良(1961—)，男，博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師．

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.10.004

E234

A

1674-2192(2016)10- 0015- 04