重大件运输车辆安全性分析及基本流程框架图的建立

第 23卷 第 2期 2OO7年 3月 森 林 工 程 FOREST ENCINEERING Vo1．23 NO．2 Mar．，2OO7 重大件运输车辆安全性及基本流程框架图的建立 肖生苓，吴丽丽，胡家全 (东北林业大学，哈尔滨 150040) 摘 要：从可靠性、稳定性、通过性等方面分析重大件运输车辆的安全性，较详细阐述挂车可靠性中的挂 车主梁弯矩、剪力和变形校核以及挂车的拼接校核、捆扎方式的稳定性、液压系统稳定性、挂车的三点支承稳 定性、挂车的抗倾翻性以及抗侧滑性、塌点稳定性等问题，建立运输车辆的安全性分析基本流程框架图，指出 保证重大件运输车辆安全稳定的要求。 关键词：重大件；运输车辆；安全性；稳定性；通过性 中图分类号 ：U492．336、5 文献标识码：A 文章编号：1001—005X(2OO7)01一OO46—03 Safety Analysis of Heavy-lift Vehicles and C(iqlstruction of the Working Flow Chart／Xiao Shengling，Wu“li，Hu Jiaquan(Northeast Forestry University，Harbin 15OO4O) Abstract：This article analyzed the safety issues of heavy—lift vehicles based on the rehability，stabihty，and trafl~cability． Specifically，the factors affecting the stability ofthe trailer were explained in detail，such as the bending moment ofthe main axle of the trailer，shear and deformation checking，stability of the binding method and hydraulic system，the property of anti—rollover and anti—sideslip of the trailer，ere．The basic flowchart for the safety analysis of transport vehicles Was established ．Additional— ly，the basic rL~quirements to ensure the safety and stability of the heavy—lift vehicles were pointed out． Key words：heavy—lifts； transport vehicle；safety；stability；trafl~cibility 作为特殊的运输领域，重大件运输一直是高技 术、高附加值、高收益的代名词⋯。在发达国家， 由于管理、设施和的完善，设备、技术和工艺 的先进，在重大件的运输上已经取得了巨大的收 益。在目前我国的道路状况下，如何保证将重大件 货物既安全可靠，又及时、合理地的运送到需求地 成了急需解决的问题。 在重大设备的装卸过程中，由于大型设备的单 件重量或外形尺寸的超常，装卸作业异常困难，如 何保证装卸运输作业安全、经济、科学、合理是应 该深入研究的问题。 影响重大件运输安全因素主要包括可靠性、稳 定性和通过能力 3个方面。 1 运输车辆的可靠性 公路重大件运输安全可靠的首要保证是车辆合 理的配备，它关系到运输时道路地基能否适应、运 输车辆稳定性是否足够、运行能否正常的问题。车 辆配备的合理也就是牵引车的选型和挂车拼挂轴数 的选定，不同轴数的挂车其额定载荷不同，挂车轴 收稿日期：2OO6—10—30 第一作者简介：肖生苓 (1961一)，女 ，黑龙江省哈尔滨人，教 授，博士研究生，研究方向：森林工程、木质生物能源利用。 数的确定取决于货物的重量和外形；牵引车的选型 根据选定的挂车及其载重量来确定 J。 1．1 牵引可靠性 根据汽车行驶理论，确保重大件运输车组可靠 行驶的条件有 2个：①是牵引车有足够的动力性， 即由发动机扭矩、传动比所确定的车轮最大驱动力 应大于车组的行驶阻力，以使牵引车在驱动过程中 不至于熄火；②是牵引车驱动轮有足够的附着力， 即牵引车有足够的配重，以使牵引车在驱动时驱动 轮在路面不滑转。所以牵引车的选型和配重的选择 应从这 2方面考虑。首先计算出牵引车由发动机决 定的牵引力及由地面附着状况决定的附着力，然后 把两者作比较，较小者为实际牵引力，确定出牵引 车的牵引力，最后算出车组的行驶阻力，与牵引力 作比较，确定牵引是否可靠以及是否要加配重、加 多少配重。 1．2 挂车可靠性 确定了牵引车及挂车之后，就要考虑挂车结构 是否可靠的问题，挂车可靠性主要包括挂车主梁弯 矩、剪力和变形校核及挂车的拼接校核。 1．2．1 挂车主梁弯矩、剪力和变形校核 挂车的结构非常复杂，为了分散货物的载荷，它 的纵向很长，通常在挂车上设有主纵梁来承受货物载 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 肖生苓等：重大件运输车辆安全性分析及基本流程框架图的建立 47 荷和轮胎的支反力，形成了材料力学中的梁式构件。 当货物过于集中时，巨大的弯曲应力易使挂车主梁变 形过大或超过应力极限，严重时会有断裂的危险，因 此进行挂车的受力与变形计算是非常重要的。根据材 料力学基木原理和实际受力状况，首先把主梁所受的 载荷简化成均布载荷，主梁的支撑形式简化为两点支 撑，建立相应的数学模型。再根据原厂说明书计算出 不同车型、不同挂车轴数的主梁许用弯矩、剪力和变 形；其次根据运输过程中货物的实际载荷和分布位置 计算挂车主梁实际的弯矩、剪力和变形b』。实际载荷 的分布位置有4种情况：①均布载荷的起始点与中止 点的位置位于两支撑之外；②均布载荷的起始点的位 置位于前支撑之外，中止点的位置位于两支撑之内； ③均布载荷的起始点与中止点的位置位于两支撑之 内；④均布载荷的起始点位于两支撑之内，中止点的 位置位于后支撑之外。最后对各种情况进行弯矩、剪 力和变形校核 。 1．2．2 挂车的拼接校核 多轴挂车是由单元车或半单元车拼接而成的， 其拼接的可靠性当然对整个运输车辆的可靠性有至 关重要的影响。挂车的拼接校核主要是校核拼接螺 栓的强度是否符合要求。首先确定挂车拼接螺栓的 最大受力状态——挂车转弯时最外测，靠近牵引车 的螺栓所受拉力最大 ]。其次根据材料力学原理建 立数学模型，计算出单个螺栓的许用拉应力。再根 据实际的工作载荷计算出螺栓实际所受的拉应力， 最后进行校核。 2 运输车辆的稳定性 合理地给大件货物配备了运输车辆之后 ，接着 要考虑运输车辆各方面的稳定性对运输过程安全可 靠的影响。 2．1 捆扎方式的稳定性 当汽车列车运载质量和外廓尺寸都很大时，一 般要预先进行捆扎设计，以确保货物与车体间 捆扎的可靠性。着重考虑 2种情况：其一，当汽车 列车在紧急制动时，形成巨大惯性力，从而可能造 成的货物沿车体平面向前滑动，货物向前倾翻和托 架向前倾翻的情况；其二，车体在横向倾斜时，可 能造成的货物侧向下滑和侧向倾倒的情况。因此， 为了保证运输过程的安全可靠，有必要考虑捆扎方 式的稳定性问题。 2．2 液压系统稳定性 现代超重型挂车均为液压独立悬挂，靠液压油缸 支承重量。所有液压悬挂分3组串联在一起，当道路 不平使某一悬挂受力过大时，由于液压串通，其它悬 挂会迅速平衡受力，使各悬挂受力相等，确保了挂车 货台平面的稳定和每个轮胎受力均匀，同时也可以减 轻由于道路不平所带来的摆动。挂车平台可在一定的 范围内升降，通过横坡时可调整车体使之水平，通过 高空障碍时可降低挂车高度。在建立液压系统稳定性 的数学模型时，主要考虑挂车液压系统最大工作压力 的限制。因此保证液压系统的稳定性对保证运输过程 的安全可靠也是必不可少的。 2．3 横向稳定性和纵向稳定性 2．3．1 挂车的三点支承稳定性 挂车为了均匀分配各悬挂载荷和保证承载面的 稳定可靠，悬挂油路分别串联成三个回路，称为三 点支承。将各个回路车轮反力的合力在稳定面上的 作用点相连，就形成稳定三角形，如图 1。在外界 条件作用下，如果车货重心的重力铅垂线与稳定面 的交点落在稳定三角形之内，则挂车是稳定的。当 载荷重心的重力铅垂线经过稳定三角形的中心时， 挂车具有最大的稳定性；相反，如果车货重心的重 力铅垂线与稳定面交点落于稳定三角形之外时，挂 车就会造成倾覆失稳。另外，虽然重心铅垂线在稳 定三角形以内，但由于重力作用的偏移使某个液压 回路和轮胎超载，使该点破坏下沉，引起新的倾斜 角度，同样会最终导致车辆倾覆。因此，为了保证 运输车辆的横 、纵向稳定安全，有必要考虑挂车的 三点支承稳定性。 — — — — 一 O O — — — —～ A O O 图 1 挂车的三点支撑与稳定三角形 2．3．2 挂车的抗倾翻性以及抗侧滑性 挂车的抗倾翻性以及抗侧滑性越好，挂车的行驶 安全和其它性能也随之提高。影响其稳定性的内部因 素主要是挂车宽度、货物的重心高度和货物重量，在 大风条45T，货物的迎风面积也影响其稳定性；影响 稳定性的外部因素主要是道路的横坡、纵坡、侧向大 风等。因此要综合考虑诸因素，判定在什么样的极限 情况下车组会发生横向或纵向失稳 。 2．4 塌点稳定性 为了确保运输车辆的稳定性，还要考虑一种情 况，即挂车液压回路三点支承中有若干个支承点不 维普资讯 http://www.cqvip.com 森 林 工 程 第 23卷 起作用时，也就是塌点的情况下是否能够保持挂车 稳定，出现塌点时车体将会产生严重倾斜，一般情 况下，塌点所产生的车体倾斜角为最大可能的车体 倾斜角，加之路面的横坡或纵坡，此时车组最易发 生横向失稳，虽然挂车一般采取特殊的防塌点措 施，但这种意外情况仍需考虑进去。 3 运输车辆的通过性 运输车辆的通过性包括以下几个方面： (1)路面负载能力。重大件运输的载重吨位一 般较大，必须考虑运输过程中路面的负载能力。采 用荷载效应比较法，将不同车型的荷载等相关参数 与标准荷载进行比较。如果影响道路弯沉的各主要 参数均小于许用值，则视为可以安全通过。 (2)横坡和纵坡通过能力 在车辆稳定性中， 可以计算出货物在各种捆扎方式下的最大横向和纵 向倾斜角，如果这个角度小于标准规定的角度，则 认为可以安全通过横坡和纵坡。其中纵坡通过能力 还要考虑挂车液压悬挂油缸的行程。 (3)弯道通过能力。弯道通过能力主要采用的是 道路参数比较法。通过弯道数据，与车组最小转弯半 径等数据进行比较，以确定车辆是否能安全通过。 (4)桥梁通过能力。根据 《公路工程技术标 准》中规定的桥梁设计与验算荷载，运用载荷比较 法、载荷效应比较法和结构验算法，以确定运输过 挂车 可靠 性 运输车 辆安全 性 程中桥梁的通过能力。 (5)外形尺寸通过能力。根据 《公路工程技术 标准》中规定的公路设计的限界标准尺寸，综合车 辆本身的外形尺寸以及运输货物的外形尺寸，即可 判定是否可以安全通过。 4 运输车辆的安全性分析基本流程框架图 通过对影响公路大件运输车辆安全可靠的各种 因素，建立包括运输车辆的可靠性、运输车辆的稳 定性以及运输车辆的通过性的分析方法，得出运输 车辆安全性分析的基本流程框架图，如图2所示。 5 结 论 要作到重大件运输车辆安全稳定，要保证以下 几方面。 (1)计算出牵引车由发动机决定的牵引力及由 地面附着状况决定的附着力，将两者作比较，较小 者为实际牵引力，椐此计算出车组的行驶阻力，与 牵引力作比较，确定牵引是否可靠以及是否要加配 重、加多少配重。 (2)挂车可靠性要进行包括挂车主梁弯矩、剪 力和变形校核及挂车的拼接校核。 (3)当重大件运输汽车列车在紧急制动和车体 发生横向倾斜时，捆扎方式的稳定性、液压系统的 稳定性对保证运输过程的安全可靠是必不可少的。 运输 车辆 可靠 性 牵引 可靠 性 运输 车辆 稳定 性 运输 车辆 通过 性 I I li I I l1 l I蓁委ll II Il Il Il霎 Il雾薰ll彗薰ll霎蠢 l l霎 ㈠毳萎Il 是ll 星II 蹇l I霎 II彗磊I l萋磊¨羹磊 图2 运输车辆安全性分析基本流程框架图 (下转第53页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 李丽慧等：排水性沥青稳定碎石水稳定性的研究 53 A'rPB—40 ATPB一30 ATPB一25 级配类型 图7 不同级配类型的残留强度比 从冻融劈裂试验结果来看，3种沥青用量的混 合料的空隙率均达到 18％以上，符合_4 的要 求。随着沥青用量的增加，试件的劈裂强度虽然有 所降低，但是与冻融前相比，沥青用量高的试件强 度下降的幅度比沥青用量低的试件幅度要小。即 TSR随着沥青用量的增加而增大，说明混合料的水 稳定性随着沥青用量的增加而提高。其原因是随着 沥青用量的增加，沥青膜的厚度增加，自由沥青比 例增加，沥青混合料的粘聚力将有所下降。所以， 试件的劈裂强度有所下降。但是，随着沥青用量的 增加和沥青膜厚度的增加，压实试件的空隙率降 低，在保水处理时，进入试件空隙中的水分随之减 少，将减轻冻融过程中水分对沥青混合料的作用， 试件的残留强度比有所增加。因此，对于排水性沥 青混合料为保证其水稳定性，沥青用量应在 2．5％ 以上；同时，为保证其透水性，应使其达到一定的 空隙率。 4 结 论 通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验 3种 级配混合料的水稳定性，两种试验方法结果都 明，3种级配的 ATPB的水稳定性均符合要求。为 保证混合料的水稳定性和透水性，沥青用量应在 2．5％以上，空隙率应在 18％以上。 【参 考 文 献】 [1]杜顺成，杨红辉，戴经梁 ．沥青稳定碎石排水性材料组成设计 [J]．公路交通科技．2006(1)：48—52． 【2]王哲人．沥青路面工程 【M]．北京：人民交通出版社，2005． [3]杜顺成．沥青稳定碎石排水基层性能研究 [D]．长安大学， 2003． [4]陈栓发，陈华鑫，邓木莲．沥青混合料设计与施工 [M]．北 京 ：化学工业出版社，2006． [5]姚祖康．公路设计手册一路面 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