牽引貨車與牽引桿式掛車間機械連接互換性

董金松 張紅衛(wèi) 張學(xué)禮 宋尚斌

摘要：根據(jù)牽引貨車與牽引桿式掛車組成汽車列車結(jié)構(gòu)特點，深入分析整車機械連接互換性開展，確定牽引桿連接器及牽引桿掛環(huán)安裝的空間位置、最小間隙以及相應(yīng)的回轉(zhuǎn)半徑，提出了不同互換性要求車輛的標識標牌要求。

關(guān)鍵詞：道路運輸;貨車列車;機械連接;互換性

中圖分類號：U463.91? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）02-0004-07

Abstract： According to the structural characteristics of the goods road train composed of towing trucks and drawbar trailer or centre axle trailer， in-depth analysis was carried out for the whole vehicle interchangeability of the mechanical coupling， and the installation location including of distance and height of the drawbar coupling and the drawbar eye， minimum clearance and front corner radius of trailer were determined. In order to facilitate distinguishing the interchangeability of different requirements， the identification and label requirements were proposed.

Key Words： Road Transportation;? Goods Road Train;? Mechanical Coupling;? Interchangeability

引? ? 言

近年來，隨著道路基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化不斷完善，道路貨物運輸在我國綜合運輸體系中的基礎(chǔ)性作用不斷增強，但運輸成本依然較高[1][2]。為適應(yīng)交通運輸現(xiàn)代化發(fā)展需求，不斷優(yōu)化貨物運輸組織模式，提高車輛運輸能效，降低物流成本，修訂發(fā)布后的《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》（GB 1589-2016）和《貨運掛車系列型譜》（GB/T 6420-2017）中新增了貨運中置軸掛車類型。

機械連接標準化是發(fā)展汽車列車的基礎(chǔ)。車輛類型的增加雖然為道路運輸業(yè)戶用車提供了更為多樣的選擇空間，提供更為便利、多樣的組合形式，但與國外已經(jīng)具有機械連接互換性方面完善的標準要求不同，由于缺乏整車機械連接互換性的國家統(tǒng)一要求，給新增的中置軸掛車以及早就應(yīng)用的牽引桿掛車的設(shè)計生產(chǎn)與實際應(yīng)用帶來了匹配困難，極易出現(xiàn)車輛不能互換以及互換后超長甚至運動干涉的情況。

為提高牽引貨車與牽引桿類掛車的整車機械連接互換性水平，推動貨運車輛的標準化發(fā)展，以牽引貨車與牽引桿式掛車為研究對象，確定牽引貨車與掛車間機械連接裝置的安裝位置以及相關(guān)互換性要求，為車輛設(shè)計與選用提供技術(shù)依據(jù)，提高牽引貨車和掛車的匹配合理性。

1? ? 道路貨物運輸車輛類型

道路貨物運輸車輛根據(jù)運輸貨物類別可分為道路普通貨物運輸車輛和道路危險貨物運輸車輛[3]。道路貨物運輸車輛按照功能與結(jié)構(gòu)可分為載貨汽車、牽引車輛與掛車。其中牽引車輛按照牽引對象不同可分為半掛牽引車和牽引貨車[4];掛車按照結(jié)構(gòu)類型可分為半掛車、中置軸掛車和牽引桿掛車，因中置軸掛車和牽引桿掛車均以牽引桿掛環(huán)作為機械連接裝置，也可統(tǒng)稱為牽引桿式掛車。牽引貨車可與中置軸掛車或牽引桿掛車分別組成中置軸掛車列車和牽引桿掛車列車，上述列車統(tǒng)稱為貨車列車;半掛牽引車與半掛車組成鉸接列車，貨車列車和鉸接列車統(tǒng)稱汽車列車。按結(jié)構(gòu)劃分道路貨物運輸車輛類型見圖1。

2? ? 機械連接互換性標準現(xiàn)狀

2.1? ?零部件機械連接

牽引車輛與掛車的機械連接裝置互換性同強度要求一樣至關(guān)重要，因此國內(nèi)外車輛標準化管理部門都非常重視。機械連接互換性一般包括兩個方面，一是機械連接裝置的互換性要求，也就是零部件產(chǎn)品本身的互換性要求;二是零部件安裝到車輛后的車輛互換性要求，也就是整車機械連接的互換性要求。根據(jù)車輛類型不同機械連接裝置的名稱和形式也不相同，用于半掛牽引車和半掛車的機械連接裝置分別稱為牽引座和牽引銷，見圖2。用于牽引貨車和牽引桿類掛車的機械連接裝置分別稱為牽引桿連接器和牽引桿掛環(huán)，見圖3;與牽引桿連接器連接的稱為牽引桿連接器安裝支架，與牽引桿掛環(huán)連接的稱為牽引桿掛環(huán)剛性連接桿。

為適應(yīng)我國鉸接列車和中置軸掛車列車的推廣和使用，我國先后吸收轉(zhuǎn)化ISO系列標準制定了牽引桿掛環(huán)、牽引座、牽引銷和牽引桿連接器等零部件產(chǎn)品的機械連接裝置互換性國家標準（見表1），以指導(dǎo)零部件企業(yè)的設(shè)計與生產(chǎn)。目前關(guān)于機械連接裝置零部件產(chǎn)品的互換性標準及要求與國際接軌，是全面和適用的。

2.2? ?整車機械連接

與較為完善的機械連接裝置零部件產(chǎn)品互換性標準相比，我國關(guān)于整車的機械連接互換性標準進展相對滯后，現(xiàn)行標準主要適用于半掛引車及半掛車，見表2。為滿足當(dāng)前行業(yè)發(fā)展需求，國家標準化管理部門和研究機構(gòu)及時立項啟動了牽引貨車與牽引桿式掛車（牽引桿掛車和中置軸掛車）的整車機械連接互換性國家標準制定工作[5][6]。

3? ? 牽引貨車與牽引桿掛車機械連接互換性

3.1? ?牽引桿連接器與牽引桿掛環(huán)位置

對于牽引牽引桿掛車的牽引貨車而言，牽引桿連接器通常安裝在牽引貨車縱梁的末端或尾端且在車輛寬度方向居中位置。此時決定牽引桿連接器的空間位置參數(shù)為牽引桿連接器銷軸中心距牽引貨車最后端的距離和牽引桿連接器銷軸中心距地面高度兩個參數(shù)（見圖4）。受車輛結(jié)構(gòu)影響通常牽引桿連接器銷軸中心距牽引貨車最后端的距離（A）不應(yīng)超過550 mm;牽引貨車牽引桿連接器銷軸中心距地面的高度（H）需要根據(jù)總質(zhì)量不同選擇不同的數(shù)值，見表3。牽引桿掛車的牽引桿掛環(huán)中心高度（H'）應(yīng)與牽引貨車的牽引桿連接器銷軸中心距地面的高度相同，以保證車輛運行平穩(wěn)。

3.2? ?牽引桿掛車前回轉(zhuǎn)半徑

牽引桿掛車相對于牽引貨車的前回轉(zhuǎn)半徑是指牽引桿連接器銷軸中心至牽引桿掛車廂體最前端的水平距離（C），見圖5。通常情況下牽引貨車與牽引桿掛車的間隙半徑不應(yīng)小于80mm，否則影響駕駛體驗且不能消除在用車車體輕微變形的影響，導(dǎo)致牽引車輛與掛車發(fā)生運動干涉，從而損害車輛部件，影響行車安全。

確定間隙半徑后，根據(jù)幾何關(guān)系即可通過公式（1）計算牽引桿掛車相對于牽引貨車前回轉(zhuǎn)半徑的最小值：

式中：W為牽引貨車寬度（單位為mm，冷藏保溫車輛寬度最大值為2600mm，一般廂式貨車寬度最大值為2550mm），A為牽引桿連接器銷軸中心距牽引貨車最后端的距離（單位為mm），S為牽引車輛和掛車間最小間隙（單位為mm）。

4? ? 牽引貨車與中置軸掛車機械連接互換性

4.1? ?牽引桿連接器與牽引桿掛環(huán)位置

牽引中置軸掛車和牽引牽引桿掛車的牽引貨車的牽引桿連接器安裝位置具有較大區(qū)別，如前所述后者一般安裝在牽引貨車縱梁尾部。因中置軸掛車具有更低的盤底高度以提升其運行穩(wěn)定性，因此對應(yīng)牽引貨車的牽引桿連接器一般安裝在縱梁尾部下方。為了提高汽車列車行駛穩(wěn)定性，避免高速行駛時由于路面不平以及側(cè)向風(fēng)等因素影響導(dǎo)致中置軸掛車相對于牽引貨車擺動幅度過大，影響汽車列車的行駛安全，研究結(jié)果表明安裝位置越靠近牽引車輛的后軸位置越安全[7]。因此，該位置通常需要深入到牽引貨車縱梁下方后軸附近。由于該位置低于牽引貨車底盤，因此需要借助牽引桿連接器安裝支架以降低安裝高度。牽引桿連接器安裝位置與安裝支架示意圖見圖6和圖7。

為了便于牽引貨車與不同中置軸掛車進行匹配，提高車型適應(yīng)性，將牽引桿連接器銷軸中心距牽引貨車最后端距離（A）劃分為三個類別并確定了表4所示對應(yīng)參數(shù)。由于深入量較大，人在車后和車側(cè)很難直接操作機械裝置，給牽引貨車與中置軸掛車的耦合操作帶來不便，因此應(yīng)采取輔助裝置以便對機械連接裝置進行操作，輔助裝置的操縱位置距離車輛側(cè)邊不應(yīng)超過420mm，該數(shù)值的制定參考了人手臂的長度，見圖8。

為了提高貨物裝卸效率，降低從業(yè)人員工作強度，國內(nèi)外在牽引貨車上普遍采用裝卸尾板。由于尾板的存在，一般需要占用牽引車輛后懸下部部分空間，因此牽引桿掛環(huán)剛性連接桿結(jié)構(gòu)將影響中置軸掛車相對于牽引車輛的前傾角大小;為適應(yīng)不同中置軸掛車牽引需求，牽引貨車根據(jù)機械連接互換性要求不同分為高位和低位兩類，見圖7和圖9。但為了便于車輛設(shè)計與互換性應(yīng)用，無論是否安裝尾板，牽引貨車牽引桿連接器銷軸中心距牽引車輛最后端的距離與距地高度，以及與之對應(yīng)的中置軸掛車掛環(huán)孔中心距地面的高度（380mm±25mm）均應(yīng)保持一致，具體尺寸見圖7、圖9和圖10。

4.2? ?牽引桿掛環(huán)剛性連接桿

相對于牽引桿連接器的高低位類別而言，中置軸掛車牽引桿掛環(huán)剛性連接桿也分為高位和低位兩種，其形狀應(yīng)滿足不同的尺寸要求，見圖11。基于目前國內(nèi)材料、加工工藝以及超限超載現(xiàn)象尚未完全杜絕等綜合因素，牽引桿掛環(huán)剛性連接桿寬度與國際標準相比由250mm增大至300mm，并且該參數(shù)也參考了歐洲主要機械連接裝置生產(chǎn)廠家的意見和建議，為車輛行駛安全提供了有利保障。

4.3? ?中置軸掛車前回轉(zhuǎn)半徑

中置軸掛車相對于牽引貨車的前回轉(zhuǎn)半徑是指牽引貨車牽引桿連接器銷軸中心至中置軸掛車廂體最前端的距離，見圖12。經(jīng)驗表明，一般情況下在牽引貨車與中置軸掛車相對前傾角度α為4°、鉸接角β為40°時，牽引車輛與中置軸掛車的間隙半徑不應(yīng)小于250mm，否則將不能確保組成汽車列車時牽引車輛與中置軸掛車不發(fā)生運動干涉。如果前傾角達到極限情況下6°且鉸接角在90°內(nèi)任意位置都確保車輛不發(fā)生干涉，則間隙半徑應(yīng)至少為365mm。在確定間隙半徑的情況下，將車輛參數(shù)帶入公示（1）即可求得中置軸掛車相對于牽引貨車前回轉(zhuǎn)半徑Cmin。

4.4? ?前傾角和鉸接角

在行駛條件下，牽引貨車與中置軸掛車鉸接角β應(yīng)大于等于90°，中置軸掛車相對于牽引貨車前傾角α應(yīng)不小于6°，牽引貨車與中置軸掛車之間除連接裝置外不應(yīng)有其他部位相接觸。該值與我國道路條件是相適應(yīng)，前傾角小于等于6°對應(yīng)道路縱坡為10%;而根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》（JTG B01-2014）規(guī)定，我國道路設(shè)計的最大縱坡為9%，因此在該條件下能夠通過所有道路。鉸接角與車輛轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，當(dāng)車輛鉸接角最大值過小時，明顯需要更大的通道圓半徑，因此很難滿足GB 1589的相關(guān)要求;而且該值與車輛機動性有關(guān)，能夠體現(xiàn)操作車輛的靈活性。

4.5? ?車輛的匹配

因牽引貨車和中置軸掛車根據(jù)機械連接裝置位置參數(shù)不同而分為高位和低位，且不能實現(xiàn)完全互換;因此牽引車與掛車應(yīng)進行高低位類別合理匹配，原則就是高位牽引貨車可與不高于其級別的中置軸掛車進行匹配，同時要保證中置軸掛車的A級別不小于牽引車的A級別，相同類別相同尺寸優(yōu)先匹配，具體見表5：

4.6? ?車輛互換性標識

由于牽引貨車與中置軸掛車不同類別無法完全匹配，因此需要在牽引車輛和中置軸掛車上增加標識，以便在實際選用時能夠選擇合適車輛。標識尺寸一般不應(yīng)小于150mm×150mm且分別固定于牽引車輛的后部和中置軸掛車的前部易見位置，以方便觀察。標識還規(guī)定了具體標識內(nèi)容，對于牽引車輛上的標識應(yīng)標注牽引車輛，中置軸掛車應(yīng)標注中置軸掛車，不僅要標識本車輛類別和具體系列，還應(yīng)標識出適配掛車類別和系列，見圖13。

5? ? 結(jié)語

整車機械連接互換性對牽引貨車和牽引桿式掛車的設(shè)計和正確選用至關(guān)重要。本文分別提出了牽引貨車和與之匹配的牽引桿掛車/中置軸掛車的牽引桿連接器及牽引桿掛環(huán)的空間位置要求、間隙半徑要求和回轉(zhuǎn)半徑要求，可顯著提升我國道路貨物運輸車輛的標準化水平，適應(yīng)交通強國建設(shè)以及安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟的現(xiàn)代化綜合交通體系需要。

參考文獻：

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