田潤良，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。現(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)，對比分析公路、橋涵工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對其道路通過性進(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)動形式，外形尺寸為7 730 mm×3 000 mm×3 200 mm(長×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,為避免載運(yùn)集裝箱時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集裝箱半掛車長近16 m，半掛汽車列車總長達(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的尺寸和相近的總質(zhì)量，但集裝箱自身因無動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

在對汽車彎道通過性分析時，常選取最小轉(zhuǎn)彎直徑和轉(zhuǎn)彎通道寬度作為關(guān)鍵評價指標(biāo)。研究半掛汽車列車在轉(zhuǎn)彎過程中的水平運(yùn)動時，假定轉(zhuǎn)向輪輪胎呈剛性并在運(yùn)動過程中無側(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[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)》，梳理歸納得出等級公路道路限界參數(shù)[2](見表1)。

表1　等級公路道路限界參數(shù)

在整個轉(zhuǎn)彎過程中，由于半掛車所在縱軸線繞牽引銷相對牽引車所在縱軸線轉(zhuǎn)過了一個角度后，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，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，兩者之間沒有相對轉(zhuǎn)動，各自所在縱軸線重合。轉(zhuǎn)彎開始時，牽引車轉(zhuǎn)向輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，兩者同時圍繞各自瞬時轉(zhuǎn)彎中心進(jìn)行轉(zhuǎn)彎運(yùn)動，由于角速度不同而造成角速度差的存在產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，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)計和牽引銷的擺動角度限制，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)生相對轉(zhuǎn)動，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(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，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，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)計通用規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，采用多孔跨徑總長(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)的整體計算)和車輛荷載(橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、涵洞、橋臺和擋土墻土壓力等的計算)組成，分為公路—Ⅰ級和公路—Ⅱ級2個等級[6]。汽車荷載等級見表2。

表2　等級道路橋涵設(shè)計中的汽車荷載等級

對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)計中的車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)μ≤0時，半掛汽車列車可以安全通過； 當(dāng)0<μ≤40%時，我國規(guī)定等級道路橋涵車輛荷載安全系數(shù)為1.40，美國為1.75，英國為1.73，我國略低于國外水平；車輛標(biāo)準(zhǔn)荷載按照橋梁設(shè)計中的車輛重力標(biāo)準(zhǔn)值為550 kN (部分重型車輛少的四級公路采用公路—Ⅱ級車輛荷載的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，不具備安全通過條件。

4　實(shí)例計算

以50噸級重裝備運(yùn)輸車及其配套40 ft集裝箱半掛車為例，對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。對照表1等級公路道路限界參數(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公路通過彎道時占用兩車道可具備安全通過條件；在二級公路和設(shè)計時速為40 km/h的三級公路，通過彎道時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)計時速為30 km/h的三級公路、四級公路及非等級公路，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，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)計算，在汽車列車處于滿載狀態(tài)下，當(dāng)0

5　結(jié)　語

對重裝備牽引車與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，并將有效推動完成平時軍用物資公路運(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量方法：GB/T 12540—2009[S] .北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2009.

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

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

[6]戴巖.中小跨徑橋梁汽車設(shè)計荷載研究[D].長安：長安大學(xué),2010.

[7]趙東.部隊(duì)運(yùn)輸車輛編配方案優(yōu)化研究[D].長春：長春理工大學(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