對(duì)西南地區(qū)粉粒物料運(yùn)輸車的研究設(shè)計(jì)

朱德見(jiàn)

關(guān)鍵詞：粉粒物料運(yùn)輸車行駛方程重心布置

1前言

2003年.建設(shè)部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于限期禁止在城市城區(qū)現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的通知》.2004年七部委又出臺(tái)了《散裝水泥管理辦法》。迄今為止.粉粒物料運(yùn)輸車在政策推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，產(chǎn)品有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。2016年7月26日.GB 1589-2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》正式發(fā)布。后續(xù)交通運(yùn)輸部聯(lián)合多部委.又接連發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好貨車非法改裝和超限超載治理工作的意見(jiàn)》和《車輛運(yùn)輸車治理工作方案》。

在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家政策等多重引導(dǎo)下.粉粒物料運(yùn)輸車的發(fā)展越來(lái)越規(guī)范。目前市場(chǎng)上主流產(chǎn)品的容積基本在30-45m3之間。且車型以半掛車為主。

雖然我國(guó)的高等級(jí)公路里程數(shù)遠(yuǎn)居世界第一.但在西南區(qū)域.很多地方仍然存在局部路段坡度大、鄉(xiāng)村道路寬度狹小、多雨濕滑等路況，受道路條件影響，這些地區(qū)的粉粒物料運(yùn)輸單車及粉粒物料運(yùn)輸半掛車并存。單車的整備質(zhì)量大，以標(biāo)準(zhǔn)的40m3罐體為例，整備質(zhì)量一般在18t，在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)的允許載貨量?jī)H為13t;半掛牽引車按9t計(jì)，當(dāng)前掛車重量一般在5.8t左右.則半掛車允許載貨量為34.2t，比單車載貨量大很多。盡管單車相比掛車劣勢(shì)不少。仍然有不少用戶選擇單車.其主要原因是在一些路段半掛車容易打滑，行駛困難。

根據(jù)這些問(wèn)題，現(xiàn)針對(duì)西南區(qū)域的粉粒物料運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)提出一些匹配方案以供參考。

2總布置對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響

圖1為某款底盤的粉罐單車，底盤軸距為1800mm+4600mm+1400mm，底盤整備質(zhì)量為11900kg雙前橋軸荷為7400kg，中后橋軸荷為4500kg;罐體容積40m，罐體重量6200kg;罐體中心（重心）距離平衡懸掛為1335mm。

載荷狀態(tài)考慮兩種情況，一種是標(biāo)準(zhǔn)載荷，即整車總重31000kg，此時(shí)罐體含介質(zhì)的重量為19100kg;另一種超載載荷，按容積拉特殊介質(zhì)，介質(zhì)載荷考慮為40000kg，此時(shí)罐體含介質(zhì)的重量為46200kg。

圖2為某款牽引車匹配的35m3半掛車，牽引車軸距為3300mm+1350mm，鞍座前置距為300mm;罐體牽引銷距第一掛車軸為4750mm，罐體重心距掛車懸掛重心2340mm。

牽引車整備質(zhì)量8850kg前橋軸荷5060kg，中后橋軸荷3790kg;罐車自重5800kg。載荷狀態(tài)考慮為滿載，即列車總重為49000kg，此時(shí)介質(zhì)質(zhì)量為34350kg。

目前無(wú)論是粉粒物料運(yùn)輸單車，還是粉粒物料運(yùn)輸半掛車，其所匹配發(fā)動(dòng)機(jī)功率都很大，一般選擇450馬力及以上，變速箱一般選擇12檔，頭檔速比都很大。

按發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞正向核算，驅(qū)動(dòng)力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于起步阻力，但實(shí)際在坡道起步時(shí)打滑，是受限于路面提供的摩擦力不足。

車輛起步時(shí).其驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于路面與驅(qū)動(dòng)橋輪胎的摩擦，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪胎處于滑移狀態(tài)，非驅(qū)動(dòng)輪處于滾動(dòng)狀態(tài)。如圖1、圖2，其驅(qū)動(dòng)均是中后橋驅(qū)動(dòng)，則應(yīng)分析這兩類產(chǎn)品在多種負(fù)荷狀態(tài)下路面驅(qū)動(dòng)力的大小及起步阻力，其中起步阻力包括滾動(dòng)阻力與坡道阻力，坡道低速啟動(dòng)時(shí)，忽略風(fēng)阻，重載車輛緩慢起步時(shí)加速阻力考慮為零。

正常干燥混凝土路面的摩擦因數(shù)為0.6.雨天路面摩擦因數(shù)降為0.4，雪天則為0.28，結(jié)冰路面就更低，只有0.1。根據(jù)道路使用要求。三級(jí)道路坡度不大于8%.即a=4.6°（見(jiàn)表1）;等外公路坡度不大于12%，即a=6.8°（見(jiàn)表2）。

從表1和表2計(jì)算可知，對(duì)于粉粒物料單車，在濕滑的混凝土路面，即使坡度為12%時(shí)，路面提供的附著力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻力才能得以順利起步。但對(duì)于粉粒物料半掛車.在大坡度情況下，即使在額定載荷范圍內(nèi)，其路面的附著力裕量已經(jīng)很小，坡道起步已經(jīng)比較困難，因此車輛打滑的情況頻頻發(fā)生。

西南區(qū)域雨天較多，冬季時(shí)常伴有零星積雪，根據(jù)表3，在道路條件很差時(shí)，考慮路面摩擦因數(shù)取中間值0.35，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。從表4數(shù)據(jù)可以看出，粉粒物料單車附著力仍然足夠，但對(duì)于粉粒物料半掛車，空載狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力為19963N，僅略大于起步阻力19963-19793=170N，已經(jīng)出現(xiàn)起步困難現(xiàn)象;滿載狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力61727N已經(jīng)小于起步阻力66200N，車輛不能起步。

表4中牽引銷軸距設(shè)置為4750mm，現(xiàn)將牽引銷軸距予以調(diào)整，減少為4200mm，其余計(jì)算條件同表4，最終計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)牽引銷軸距縮短后：空載狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力為20664N，比軸距為4750mm時(shí)增加了701N;滿載狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力為66601N，比軸距為4750mm時(shí)增加了4874N，雖然僅略大于起步阻力，也已經(jīng)表明總體趨勢(shì)是隨著軸距的縮短。能有效改善粉粒物料運(yùn)輸半掛車打滑的情況。

3罐體的系列化設(shè)計(jì)

許多粉粒物料運(yùn)輸半掛車罐體設(shè)計(jì)為前后封頭直徑一致，或者是后封頭直徑大于前封頭直徑，根據(jù)前述分析，這類產(chǎn)品在西南區(qū)域的適應(yīng)性將打折扣。

考慮整車高度不超過(guò)4m.在牽引銷位置與掛車懸掛位置盡量靠近的情況下，結(jié)合物料安息角的考慮，已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)立體框架空間，在此空間內(nèi)考慮罐體的系列化如下：

a.前后封頭直徑一致，或者選擇前封頭直徑略大，更有利于驅(qū)動(dòng)力的發(fā)揮。

b.標(biāo)載是發(fā)展的主流.臥式半掛車主要運(yùn)輸介質(zhì)為水泥、石粉、生石灰等.則罐體容積設(shè)定在30～35m3綜合效益更佳，其中33m3居于中位.應(yīng)作為首選。

c.罐體封頭的選擇、筒體的布置，應(yīng)結(jié)合制造工藝充分考慮，主要考慮焊縫成形的質(zhì)量控制，考慮板料下料的利用率等。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)車輛行駛方程的分析，計(jì)算了粉粒物料運(yùn)輸單車與半掛車在實(shí)際使用中驅(qū)動(dòng)力一阻力平衡的情況.表明在半掛罐車設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的布置是重心分布應(yīng)盡量靠近牽引車，從而能有效提高產(chǎn)品的地域適應(yīng)性、氣象適應(yīng)性。