城鎮(zhèn)燃?xì)鈭稣緝?nèi)汽車半掛槽車運(yùn)輸?shù)缆吩O(shè)計(jì)

上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)研究有限公司 余小虎

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、方便的能源。近年來，我國燃?xì)馐聵I(yè)取得了長足的發(fā)展。全國主要城市大部分區(qū)域均能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)供氣，但部分小城市及偏遠(yuǎn)地區(qū)，管網(wǎng)尚未覆蓋到位，城鎮(zhèn)居民和企業(yè)燃?xì)庵饕蒐PG罐裝站、LNG氣化站、LNG瓶組氣化站提供。無論是LPG供應(yīng)站還是LNG供應(yīng)站，其主要道路運(yùn)輸工具均為汽車槽車，在站址選擇和總平面布置過程中，運(yùn)輸線路和回車場地的布置尤為重要。本文按照法律法規(guī)，綜合考慮槽車運(yùn)輸特點(diǎn)，并結(jié)合軟件模擬情況，分析確定道路轉(zhuǎn)彎半徑和回車場地最小尺寸。

1 槽車類型及服務(wù)對象

城鎮(zhèn)燃?xì)獠圮囘\(yùn)輸主要有LNG槽車、LPG槽車以及CNG槽車。LNG槽車主要用于液化天然氣運(yùn)輸，服務(wù)于液化天然氣終端站、液化天然氣氣化站。LPG槽車主要用于液化石油氣運(yùn)輸，主要服務(wù)于液化石油氣儲存站、儲配站、灌裝站、氣化站和混氣站。CNG槽車主要用于壓縮天然氣的輸配，主要服務(wù)于壓縮天然氣加壓站、供氣站和加氣站。

1.1 LNG槽車

LNG槽車作為LNG陸地運(yùn)輸?shù)淖钪饕ぞ?，因其具有很?qiáng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，已得到了廣泛的應(yīng)用，LNG槽車主要有 LNG半掛式運(yùn)輸槽車和LNG集裝箱式罐車兩種形式。

半掛式槽車主要由牽引車、槽車罐和半掛車組成。30 m3半掛槽車整車長度約4.6 m，45 m3和50 m3半掛槽車整車長度≤16.5 m。

1.2 LPG槽車

LPG汽車槽車多數(shù)是將臥式圓筒形儲罐固定在汽車底盤上。罐體上有人孔、安全閥、液面指示計(jì)、梯子、平臺、氣相管、液相管等，汽車上還裝有供卸車用的LPG泵，泵靠汽車發(fā)動機(jī)帶動。

隨著LPG需求的上升，市場上也出現(xiàn)了類似于LNG半掛式的槽車，其中車輛長度及行駛參數(shù)也類似于LNG槽車，整車長度≤16.5 m。

1.3 CNG槽車

CNG槽車，采用瓶組式拖車作為槽車。典型的槽車單車瓶組由8只筒形鋼瓶組成，每只鋼瓶水容積為2.25 m3，單車運(yùn)輸氣量為4 550 m3。

CNG 槽車由牽引車和儲氣設(shè)備（瓶組掛箱）組成。儲氣設(shè)備箱由牽引車牽引，運(yùn)輸至目的地后分離，作為 CNG站的氣源或儲氣設(shè)備組使用；用完后再由牽引車牽引至 CNG加壓站充氣。瓶組掛箱外形尺寸為12.363 m×2.480 m×3.000 m。

上述3種燃?xì)膺\(yùn)輸槽車主要構(gòu)造均是由牽引車和掛車組成。牽引車長度各汽車廠家生產(chǎn)尺寸稍有不同，但掛車（箱）長度一般均在12.0～13.0 m之間。根據(jù)《公路安全保護(hù)條例》第三章相關(guān)規(guī)定，運(yùn)輸車輛技術(shù)參數(shù)必須符合有關(guān)車輛外廓尺寸標(biāo)準(zhǔn)。GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限制》中規(guī)定，半掛車長度最大值為13.75 m、寬度2.55 m、高度4.00 m。同時(shí),半掛車牽引銷中心軸線到半掛車車輛長度最后端的水平距離不應(yīng)大于12.00 m。后續(xù)分析均基于整車長度不大于16.50 m的半掛槽車。

2 半掛槽車通過性分析

2.1 法規(guī)要求

各個(gè)國家對汽車列車的通過性都有具體要求。一般采用轉(zhuǎn)向通道寬度來評價(jià)車輛轉(zhuǎn)向通過性的好壞。轉(zhuǎn)向通道寬度是指一輛汽車或汽車列車轉(zhuǎn)向需要的空間寬度。

歐盟規(guī)定所有機(jī)動車和汽車列車必須能夠在一個(gè)外半徑12.50 m和內(nèi)半徑5.30 m的通道圓環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)向行駛。我國對車輛的通過性要求主要有 GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限制》和QC/T 912—2013《半掛牽引車與半掛車匹配技術(shù)要求》，其中前者規(guī)定了通道圓的相關(guān)參數(shù)，后者規(guī)定了彎道通過性參數(shù)。

（1） 通道圓。在GB 1589—2016附錄B“車輛通道圓與外擺值測量方法”中給出了通道圓的測試方法。當(dāng)汽車列車處于空載、水平停置在平整地面上時(shí)，汽車列車以盡可能低的穩(wěn)定車速，進(jìn)入一個(gè)外圓直徑D1為25.0 m，內(nèi)圓直徑D2為10.6 m的水平同心圓周內(nèi)行駛，至少在圓周內(nèi)行駛一周（360°），見圖1。

圖1 通道圓測試示意

通過水平同心圓周的外圓曲線，做一個(gè)垂直于地面且向上無限延伸的圓柱形空間，即為汽車列車通道圓的外圓垂直空間。過水平同心圓周的內(nèi)圓曲線，做一個(gè)垂直于地面且向上無限延伸的圓柱形空間，即為汽車列車通道圓的內(nèi)圓垂直空間。上述過程順時(shí)針及逆時(shí)針各進(jìn)行一次。

（2） 彎道通過性。在QC/T 912—2013中規(guī)定了彎道通過性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)路面應(yīng)為平坦、整潔、干燥、無障礙物的鋪裝路面，輪胎和路面的接觸表面的摩擦因數(shù)應(yīng)不大于0.80。試驗(yàn)規(guī)定的路線由3部分組成：直線駛?cè)肼范巍霃綖?2.5 m的90°圓弧路段以及直線駛出路段。兩直線路段分別在與90°圓弧路段的交點(diǎn)處與圓弧相切，如圖2所示。汽車水平靜止放置在彎道前，前外側(cè)轉(zhuǎn)向車輪輪胎在地面上的參考點(diǎn)在直線駛?cè)肼范紊希嚿碓诘孛娴耐队芭c直線駛?cè)肼范纹叫小Ｓ涗浲鈧?cè)車身在地面上的垂直投影，作為測量后擺值的基準(zhǔn)線。試驗(yàn)車輛起動并按規(guī)定的路線行駛時(shí)，車速不應(yīng)超過5 km/h。在駛?cè)?、轉(zhuǎn)彎和駛出過程中應(yīng)保證車輛前外側(cè)轉(zhuǎn)向輪輪胎在地面上的參考點(diǎn)與規(guī)定的路線一致，且軌跡偏差不應(yīng)超過50 mm。轉(zhuǎn)彎結(jié)束后，試驗(yàn)車輛應(yīng)沿直線駛出路段繼續(xù)行駛一段距離，以保證試驗(yàn)?zāi)軌驕y得車輛的轉(zhuǎn)彎通道最大寬度。

圖2 試驗(yàn)路線示意圖

2.2 汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑

汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin是汽車機(jī)動性能的主要參數(shù)。Rmin是指當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，由轉(zhuǎn)向中心至前外輪接地中心的距離，反映了汽車通過小曲率半徑彎曲道路的能力和在狹窄路面上或場地上調(diào)頭的能力。Rmin的值與汽車的軸距、輪距及轉(zhuǎn)向車輪最大轉(zhuǎn)角等有關(guān)，并根據(jù)汽車的類型、用途、道路條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及軸距等尺寸選取。表1為最小轉(zhuǎn)彎半徑的統(tǒng)計(jì)值范圍[1]。其中貨車Rmin值的下限對應(yīng)于短軸距汽車；輕型及以下的貨車（總質(zhì)量≤6 t）要求有較高的機(jī)動性，因此這類汽車的Rmin應(yīng)盡可能小些。大型鞍式牽引半掛車的 Rmin一般在5.5～7.5 m以內(nèi)，6×4驅(qū)動型式的可達(dá)10 m左右。

表1 常見汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑的統(tǒng)計(jì)值

在槽車選型時(shí)，一般情況下掛車型號尺寸相對固定，牽引車的可選型號則比較多，但具體數(shù)據(jù)相差不大。根據(jù)“2019解放卡車產(chǎn)品型譜”中牽引車產(chǎn)品系列J6P 6X4平頭柴油半掛牽引車性能參數(shù)，車輛最小轉(zhuǎn)彎半徑為15 m，牽引車總長為7.05 m，車頭至牽引銷距離為5.25 m，見圖3。手冊中J6P 6X4各種車型中，最小的轉(zhuǎn)彎半徑均不小于15 m，僅J6P 4X2車型出現(xiàn)了13 m的轉(zhuǎn)彎半徑。

圖3 J6P 6X4 平頭柴油半掛牽引車示意

2.3 半掛槽車通過性工程設(shè)計(jì)要求

（1） 燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊要求。LNG運(yùn)輸槽車的拐彎彎曲半徑不宜小于12 m，槽車應(yīng)盡量在站內(nèi)卸車區(qū)回轉(zhuǎn)，其回車場地面積不應(yīng)小于20 m×20 m；當(dāng)受場地制約無法在站內(nèi)回車時(shí)，可借助站區(qū)外道路進(jìn)行槽車回轉(zhuǎn)，但事先須征得當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T的許可[2]。

（2） 廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求。廠內(nèi)道路交叉口路面內(nèi)邊緣轉(zhuǎn)彎半徑，不應(yīng)小于表2的相關(guān)規(guī)定[3]。

表2 廠礦道路最小轉(zhuǎn)彎半徑

該規(guī)范的條文說明中詳細(xì)解釋了該轉(zhuǎn)彎半徑的確定依據(jù)。表格中的數(shù)據(jù)是按照15 km/h的行車速度、給定的正常情況的最小轉(zhuǎn)彎半徑。對于載重15～25 t平板掛車，困難情況下最小轉(zhuǎn)彎半徑可以減小至12 m，特殊困難情況下可以減小至9 m。

從上述規(guī)定可以看出，原則上該規(guī)定與通道圓規(guī)定要求一致，所測定結(jié)果基本滿足25 m的通道圓外圓直徑要求；且該測定速度高于通道圓的試驗(yàn)速度，速度降低可進(jìn)一步減小最小轉(zhuǎn)彎半徑值。

綜上所述，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和手冊中對半掛車的平面轉(zhuǎn)彎半徑的規(guī)定，當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑為15 m時(shí)，車輛轉(zhuǎn)彎比較順利，適用于運(yùn)輸量比較大的場地；當(dāng)場地狹小且運(yùn)輸量很少情況下，轉(zhuǎn)彎半徑可取9 m，20 m×20 m的場地亦可滿足槽車回轉(zhuǎn)要求。

3 半掛槽車通過性模擬驗(yàn)證

通過計(jì)算機(jī)軟件，結(jié)合法規(guī)要求和車輛生產(chǎn)參數(shù)，建立車輛模型，對其通道圓和 90°轉(zhuǎn)彎的行駛軌跡進(jìn)行分析，確定合適的道路轉(zhuǎn)彎半徑。

3.1 半掛槽車模型建立

半掛槽車車輛寬度2 496 mm，具體參數(shù)見圖4。

圖4 車輛參數(shù)示意

半掛槽車參考燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊50 m3液化天然氣槽車尺寸（與目前市場上52.6 m3的槽罐車參數(shù)基本一致），半掛牽引車參考解放J6P 6×4榮耀版標(biāo)載型平頭柴油半掛牽引車。

3.2 通道圓模擬

根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)定車輛行駛速度為 5 km/h,在既定車輛模型參數(shù)中，影響車輛通道圓半徑的決定參數(shù)為車輛前輪最大轉(zhuǎn)角值。當(dāng)最大轉(zhuǎn)角為21.8°時(shí)，模擬車輛通道圓與規(guī)范要求近似；當(dāng)轉(zhuǎn)角加大時(shí)，通道內(nèi)外圓直徑逐步降低，所需回轉(zhuǎn)場地減小，為保證模擬數(shù)據(jù)的通用性，模擬車輛最大轉(zhuǎn)角參數(shù)確定為21.8°。通道圓模擬情況見圖5。

圖5 車輛通道圓模擬

3.3 道路90°轉(zhuǎn)彎模擬

根據(jù)廠區(qū)運(yùn)輸量多少，結(jié)合規(guī)范要求，取道路寬度4～12 m、轉(zhuǎn)彎半徑6～15 m。下面分別就4 m、6 m、9 m和12 m這4種道路寬度的轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行分析。根據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎是否借用對向車道路寬，分成兩種情況進(jìn)行模擬。

（1） 借用路寬。考慮車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)借用對向車道，即車輛可以按照其性能的極限最小轉(zhuǎn)彎半徑行駛，此處取通道圓中的對應(yīng)數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)缆穼挾取? m時(shí)，即使道路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎處為直角，槽車亦可通過該彎道，見圖6。

圖6 槽車右轉(zhuǎn)彎模擬（m）

根據(jù)模擬情況，要保證車輛順利轉(zhuǎn)彎，道路寬度與其內(nèi)側(cè)邊線半徑對應(yīng)情況見表3。

表3 道路寬度與其內(nèi)側(cè)圓弧半徑對應(yīng)關(guān)系

（2） 不借用路寬。當(dāng)交通量比較大時(shí)，道路上可能存在會車情況，考慮最不利情況，當(dāng)會車發(fā)生在道路轉(zhuǎn)彎處時(shí)，占用轉(zhuǎn)彎通道最大。一般情況下，考慮槽車雙向會車時(shí)，道路寬度取值一般都≥9 m。此處針對9 m寬道路和12 m寬道路分別進(jìn)行分析，見圖7和圖8。道路寬度與其內(nèi)側(cè)邊線半徑對應(yīng)情況見表4。

圖7 9 m寬道路彎道處會車分析（m）

圖8 12 m寬道路彎道處會車分析（m）

表4 道路寬度與其內(nèi)側(cè)圓弧半徑對應(yīng)關(guān)系表

通過上述兩種情況的分析可以看出，借用路寬可以在很大程度上減小道路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑。在具體選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)交通量大小確定合適的運(yùn)輸方案，盡量避免車輛在彎道處會車。當(dāng)場站用地受限，道路寬度較小時(shí)，可以考慮在轉(zhuǎn)彎處局部拓寬道路，以方便槽車過彎。根據(jù)上海市消防局滬消（防）字[2001]65號《關(guān)于高層建筑消防撲救場地設(shè)計(jì)若干問題的處理意見》，上海地區(qū)消防車道內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑校核時(shí)就采用了（14 m－道寬）的方法。

4 結(jié)語

根據(jù)法律規(guī)范對半掛車生產(chǎn)要求中通道圓的規(guī)定，可確定在直徑為25 m的圓形場地內(nèi)，運(yùn)輸LNG、LPG和CNG的半掛槽車（整車長度≤16.5 m）可以順利回轉(zhuǎn)。場地狹小時(shí)，可以結(jié)合車輛運(yùn)輸頻次，適當(dāng)減小回轉(zhuǎn)場地面積。確定道路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)應(yīng)考慮車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的通道寬度，在道路較窄時(shí)，僅滿足規(guī)范中規(guī)定的轉(zhuǎn)彎半徑要求可能會導(dǎo)致掛車后輪通過困難，需考慮后輪對轉(zhuǎn)彎半徑的影響。盡量避免在彎道處會車，運(yùn)輸量較少時(shí)，可以考慮在轉(zhuǎn)彎處借用對向車道轉(zhuǎn)彎。列車尺寸對轉(zhuǎn)彎半徑的影響較大，當(dāng)整車長度＞16.5 m時(shí)，應(yīng)詳細(xì)了解車輛運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合實(shí)際情況確定轉(zhuǎn)彎通道及回轉(zhuǎn)場地大小。