公路大件运输中运输车组稳定性研究

和豪涛，肖冬玲，贾治利

（1.河南交通职业技术学院 汽车学院，河南 郑州450005；2.陕西大件汽车运输有限公司，陕西 西安710014）

大件设备具有超长、超宽、超高、超重的特征，在运输过程中对安全性和可靠性的要求较高。由于公路运输具有安全、经济、便捷、易实现等优点，因此，公路大件运输在整个大件运输中占有重要地位。运输成本低、载重量大、组装方便是汽车列车化运输的优点，大件设备多采用汽车列车运输。汽车列车是一辆汽车（或牵引车）与挂车的组合，即运输车组。随着国家高速公路网的完善，改变了公路运输的运行条件，为汽车列车化运输奠定了良好基础。公路大件运输相关问题的研究在现代运输中具有重要意义。F.Lamiraux研究了A380客机组件的运输，得出装车和运行的最优化方案，李陆勋研究了大件运输车辆转弯中的最小半径，吴飞分析了公路大件运输影响因素，并建立相应模型。国内外学者对大件运输研究取得了一定成果，但是对公路大件运输稳定性的研究较少。为确保设备运输过程的安全可靠，从公路大件运输的实践出发，对大件运输车组的稳定性进行探讨，系统地分析了运输中货物捆扎稳定性、液压系统稳定性、行驶中的稳定性和装载稳定性等因素对运输安全的影响。

1 货物捆扎稳定性

公路运输大件货物时，需预先设计捆扎方案，以确保车体与货物间捆扎的稳定性，主要考虑两种情况:一是车体向横向倾斜时，可能会使货物侧向倾倒和侧向下滑；二是当汽车列车在紧急制动时，巨大惯性可能造成货物沿车体平面向前滑动，造成货物向前倾翻。

捆绑与加固是安全运输的重要措施，捆绑加固既要牢固可靠，又要不损伤设备和设备包装。捆扎位置应尽量选择在设备吊装点或靠近吊装点位置。为便于施工技术人员的实际施工，可按表1中推荐标准执行，表2为常用的捆绑形式。

表1 推荐捆扎级别

表2 常用捆绑方式

2 液压系统稳定性

现代重型挂车一般靠液压油缸承载重量，所有液压悬挂是串联的，属于液压独立悬挂。当道路不平使某一悬挂受力过大时，其它悬挂快速均衡受力，使所有悬挂受力相等，从而确保各轮胎受力均匀以及挂车的平面稳定，也降低了道路不平产生的摆动。

图1 液压缸三点支撑

为保证大件设备运输安全，避免翻车事故，挂车稳定性是运输车组安全行驶的前提。如果挂车的稳定性好，运输车组其他相关性能也会随之提高。挂车抗侧滑性和抗倾翻性是挂车稳定性的衡量指标。挂车中悬挂油路分别串联成三个独立的液压回路，其目的是保证挂车平面稳定和各悬挂载荷均匀。只有各组压力平衡时，挂车平面才能形成可靠的三点支撑。前、后三角形是三点支撑的两种形式，如图1所示。前三角形支撑时货物后部外形尺寸大，适用于货物质心偏后和车组爬坡时的情况；后三角形支撑一般适用于货物前部尺寸大，货物质心偏前或当运输车组下坡行驶时。

3 行驶中的稳定性

为避免运输车组在行驶中发生翻车，保证大件设备运输安全，运输车组须有可靠的稳定性，爬坡时纵向稳定性和弯道行驶横向稳定性都需要考虑。

3.1 爬坡时纵向稳定性

运输车组在坡道上行驶时，当车组的最大爬坡度不大于道路坡道时，会使车辆前轮翘起地面，前轮与地面间没有附着力，从而使车辆纵向倾覆（翻车），如图2所示。

图2 坡道角示意图

车组不产生纵向倾覆时应满足以下条件

式中:μ为路面附着系数；S为车货质心至后轴的间接距离，m；hg为车货质心到路面的垂直距离，m。

运输设备用的平板挂车，一般S≥hg，即μ＜1＜（S／hg），所以，车组不易产生纵向倾覆。当S减小或hg增大，被运设备靠近后轴或者设备的质心增高时，纵向稳定性式（1）的条件可能会改变。当车组的最大爬坡度不大于道路坡道时，为避免前轮翘起导致车辆纵向失稳，牵引车上通常装有压重块，使质心整体前移，即通过增大S来保障车辆安全。

3.2 弯道时横向稳定性

运输车组在弯道上行驶时，车组横向受到侧向风力和离心力作用。当运输车组高速转弯时，车轮受到运输车组离心力的影响将发生侧向滑移，导致横向失稳，严重时横向倾覆。车辆横向稳定性的影响因素有以下两方面。

3.2.1 行驶速度

当运输车组所受地面附着力和重力横向分力与运输车组所受侧向风力和离心力不平衡时，运输车辆会横向打滑，甚至倾覆。车组横向倾覆先于横向侧滑发生，但横向倾覆更加危险。当运输车组出现横向侧滑时，驾驶人员应警惕，降低车速，车组产生侧滑的条件为

式中:B为运输车辆的前轮轮距，m。

当运输车组是全挂车组时，需要分别验算挂车和牵引车。如式（2）计算出的横向稳定系数小于μ＝0.7，说明该运输车组在路面附着系数μ为0.7的路面上在侧翻之前不会产生滑移。为保证运输车组安全，需要对车组的转弯速度进行限制要求，其计算式为

式中:R0为道路弯道半径，m；g为重力加速度，9.8m／s2。

取R0＝10，20，…，100，按式（3）计算出道路上不同弯道半径时车组的极限行驶速度。为保障运输车组在弯道行驶时不发生侧翻，必须使运输车组在弯道上的实际行驶速度小于弯道上的计算行驶速度。

3.2.2 临界倾覆角

当其它条件相同时，运输车组稳定性与其质心位置相关，质心高、稳定性差。当运输车组的倾覆角大于某一角度θc时，车辆就将发生倾覆。角度θc称为临界倾覆角，由图3可知其计算公式为

式中:d为运输车辆质心到轮胎中心线的间接距离，m。

由式（4）可知，当其它条件相同时，运输车组的质心hg愈大，θc就愈小，车辆易发生倾覆。为保障运输车组在弯道行驶时不易发生倾覆，必须使运输车组在弯道上行驶时的倾覆角小于临界倾角θc。

图3 车辆倾覆角示意图

4 装载稳定性

挂车上的主纵梁承受轮胎的反作用力和货物载荷。当货物过于集中时，巨大的弯曲应力有使主纵梁破坏断裂的危险。而货物的装载位置决定了挂车主梁的受力和变形情况。全挂的质心位置不同于半挂平板车，对于过渡梁两侧的轴线数相同或不加过渡梁的全挂车，其质心就是中心位置。半挂车由于前端鹅颈的分载作用，其质心位置相对于全挂车要提前。全挂车组的质心位置受过渡梁两侧轴线数的影响，若承载质量相同，质心偏向轴线数多的一侧。同一半挂车组的质心位置受货物质量影响，车组质心位置靠前说明货物质量大。半挂列车加过渡梁后其质心位置与全挂列车相同。图4是175t，180t，185t三种半挂车的装载荷载图。

图4 三种吨位液压半挂车（7×2）载荷

5 结 语

运输稳定性对整个公路大件运输至关重要，只有在满足车组稳定性的前提下，才能保证其运输顺利进行。运输车组的稳定性包括货物捆扎稳定性、液压系统稳定性、行驶中的稳定性和装载稳定性。运输车辆转弯时的横向稳定是整个公路大件运输安全的关键，为防止横向失稳和倾覆，若计算出通行道路的纵、横向稳定性还达不到规定要求，则应设法降低质心高度，增大车辆轮距或降低车速。

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