重装备牵引车集装箱运输道路通过性研究

田润良，孟庆伟，曹继霞，孟祥熙

(1.军事交通学院 汽车指挥系，天津 300161； 2.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161；3．北部战区 65322部队，吉林 公主岭 136100)



● 军事运输Military Transportation

重装备牵引车集装箱运输道路通过性研究

田润良1，孟庆伟2，曹继霞1，孟祥熙3

(1.军事交通学院 汽车指挥系，天津 300161； 2.军事交通学院 研究生管理大队，天津 300161；3．北部战区 65322部队，吉林 公主岭 136100)

在确定重装备牵引车与40 ft集装箱半挂车匹配后的汽车列车技术参数的基础上，根据道路、桥涵工程标准，研究了弯道通过性和桥涵通过性，对军用物资集装箱公路运输的组织具有一定参考意义。

重装备牵引车；集装箱运输；道路通过性

我军军用物资集装箱公路运输近年来发展迅速，但在基础设施的配备建设等方面较集装化运输整体要求仍存在较大差距。现有的军用集装箱运输车只具备20 ft集装箱的运输能力。对于已广泛使用的40 ft、45 ft的大型集装箱，由于战术前沿运输环境条件的限制，我军暂未发展大型集装箱公路运输力量，现有大型集装箱的公路运输任务只能外包给地方物流公司完成。

由于履带式重装备使用的特殊性，重装备远程机动次数少，重装备运输分队的运输保障任务也就相对较少。通过编配与重装备运输车相匹配的40 ft集装箱半挂车完成军用物资集装箱的运输，极大地提高了重装备牵引车的利用效率，提升了重装备运输分队的运输训练效果。确定半挂汽车列车技术参数，对比分析公路、桥涵工程技术标准，对其道路通过性进行研究，为重装备牵引车集装箱运输组织提供参考，从而提高军用物资集装箱公路运输保障能力。

1　道路通过性影响因素分析

50吨级重装备牵引车额定功率为386/2 300 kW/rpm，最大扭矩为1 900/1 500 Nm/rpm，采用6×6驱动形式，外形尺寸为7 730 mm×3 000 mm×3 200 mm(长×宽×高)，鞍座高度达1 550 mm，满载车架上平面高度为1 215 mm，最大爬坡度为60%，整备质量达17 500 kg。配套40 ft集装箱半挂车在与重装备牵引车鞍座高度匹配的同时,为避免载运集装箱时汽车列车超高而无法通过多数路段,只能采用“大鹅颈”式设计来降低承载面高度。

按照GB 1589—2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》的规定：三轴半挂车总长不超过20 m，最大总质量不超过40 t。与民用40 ft集装箱运输车相比，配套40 ft集装箱半挂车长近16 m，半挂汽车列车总长达22 m，满载总质量达57.46 t，属于超限运输。与重装备运输车相比，40 ft集装箱半挂汽车列车具有更长的尺寸和相近的总质量，但集装箱自身因无动力无法自行与汽车列车分别通过桥涵。因此，重装备运输车与40 ft集装箱半挂车匹配后的半挂汽车列车对道路标准有较高的要求，尤其是道路的宽度、弯道线性弯曲程度和桥梁的承载能力等道路标准将直接决定汽车列车能否安全通过。

2　重装备牵引车集装箱运输弯道通过性分析

在对汽车弯道通过性分析时，常选取最小转弯直径和转弯通道宽度作为关键评价指标。研究半挂汽车列车在转弯过程中的水平运动时，假定转向轮轮胎呈刚性并在运动过程中无侧向变形。在进入转向稳定状态阶段后，整车保持恒定状态绕同一转向中心做圆周运动[1]。半挂汽车列车弯道通过性主要体现在道路标准一定的情况下，整车是否能够安全通过弯道。按照JTG B01—2014《公路工程技术标准》，梳理归纳得出等级公路道路限界参数[2](见表1)。

表1　等级公路道路限界参数

在整个转弯过程中，由于半挂车所在纵轴线绕牵引销相对牵引车所在纵轴线转过了一个角度后，因重装备牵引车与集装箱半挂车之间水平转角的存在，在确定牵引车前排转向轮最大转角时，还需考虑两纵轴线之间的夹角和其他因素的影响。

在作直线行驶时，两者之间没有相对转动，各自所在纵轴线重合。转弯开始时，牵引车转向轮发生偏转，两者同时围绕各自瞬时转弯中心进行转弯运动，由于角速度不同而造成角速度差的存在产生相对转动，纵轴线间出现偏转角。随着偏转角的不断增大，角速度差逐渐减小(如图1(a)所示)。

由于结构设计和牵引销的摆动角度限制，纵轴线偏转角存在一定的极限值，随着转弯过程中偏转角的逐渐增大，尽管牵引车前轮转角还未达到最大，而纵轴线夹角已经达到极限值。两者不再发生相对转动，在横向转向力的作用下，最终达到稳定转向状态并以相同的角速度和共同的转向中心运动(如图1(b)所示)。

图1　汽车列车转弯过程

偏转角β达到最大且进入稳定转向状态后，牵引车转向轮外轮、牵引车后桥和半挂车后桥都绕同一圆心转弯时，通过几何关系可证明，偏转角β和两后桥中心线间夹角α相等。计算过程如下：

在ΔOAM和ΔOAN中，∠φ+∠α=∠AON，则

(1)

(2)

由式(2)得

(3)

根据式(3)可得

(4)

将式(3)代入式(4)，则牵引车转向轮外轮转角

(5)

式中：L为半挂车后桥中心线到牵引销A点的距离；L1为牵引车轴距；b1为牵引车前轮主销中心距；E为牵引座前置距。

根据GB/T 12540—2009《汽车最小转弯直径、最小转弯通道圆直径和外摆值测量方法》的定义，最小转弯直径是指转向盘转到极限位置时，车辆外侧转向轮胎面中心在平整地面上的轨迹圆直径[3]。半挂汽车列车的最小转弯直径由牵引车外转向轮的实际最大转角和轴距等技术参数决定[4]。

半挂汽车列车的最小转弯直径为

(6)

式中R0为最小转弯半径。

转弯通道宽度是车辆转弯通道圆外圆直径D1与转弯通道圆内圆直径D2之差的二分之一[3]。它主要由半挂汽车列车的结构形式与技术参数决定，是衡量车辆弯道通过性的重要指标。

牵引车转向轮外轮中心最小转弯半径为

(7)

在ΔOAM和ΔOAN中：

(8)

(9)

(10)

由式(7)、(10)得转弯通道宽度

B=(D1-D2)/2=R-r=

(11)

式中：B为转弯通道宽度；D1为转弯通道圆外圆直径；D2为转弯通道圆内圆直径；R为牵引车转向轮外轮中心最小转弯半径；Lf为前悬长度；K为半挂车宽度。

3　重装备牵引车集装箱运输桥涵通过性分析

通过查阅JTG D60—2015《公路桥涵设计通用规范》的有关规定，采用多孔跨径总长(L)和单孔跨径(Lo)两项指标将将现有公路桥涵共分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞5类，进而对不同类别桥涵的承载能力也有不同的要求[5]。

半挂汽车列车的桥涵通过性，主要考虑桥梁的承载能力能否承受汽车荷载，从而确定汽车列车能否安全通过。汽车荷载由车道荷载(桥梁结构的整体计算)和车辆荷载(桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算)组成，分为公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级2个等级[6]。汽车荷载等级见表2。

表2　等级道路桥涵设计中的汽车荷载等级

对汽车列车的桥梁通过性进行研究，判断能否安全通过桥梁，以完成军用物资集装箱运输的路线规划、桥梁通过方案制订等。根据军用物资运输的应急性和偶然性，桥梁的标准荷载和设计安全承载能力的差距，可根据在桥梁实际安全承载能力下超重比例的控制来确定桥涵通过性：

(12)

式中：K总为半挂汽车列车总质量；K标为道路桥涵设计中的车辆标准荷载。

判断标准：当μ≤0时，半挂汽车列车可以安全通过； 当0<μ≤40%时，我国规定等级道路桥涵车辆荷载安全系数为1.40，美国为1.75，英国为1.73，我国略低于国外水平；车辆标准荷载按照桥梁设计中的车辆重力标准值为550 kN (部分重型车辆少的四级公路采用公路—Ⅱ级车辆荷载的0.7倍，即为385 kN)；桥涵考虑其安全系数的承载能力可达770 kN(部分四级公路为539 kN)；在桥涵性能完好、半挂汽车列车总质量在安全范围内，认为具备安全通过条件；当μ>40%时，不具备安全通过条件。

4　实例计算

以50吨级重装备运输车及其配套40 ft集装箱半挂车为例，对影响道路通过性的关键指标弯道通过性及桥涵通过性进行估算。 50吨级重装备牵引车及其配套40 ft集装箱半挂车弯道通过性主要参数见表3。桥涵通过性参数选取见表4。

表3　影响弯道通过性主要参数　mm

表4　影响桥涵通过性主要参数　kg

由式(6)、(11)得汽车列车最小转弯直径为25 m, 最小通道宽度为7.5 m。对照表1等级公路道路限界参数可得道路通过性如下：该半挂汽车列车在高速公路和一级公路通过弯道时占用两车道可具备安全通过条件；在二级公路和设计时速为40 km/h的三级公路，通过弯道时占用两车道及道路侧的硬路肩宽度才能具备通过条件，应注意运输分队行军过程中的交通调整；在设计时速为30 km/h的三级公路、四级公路及非等级公路，部分路段的弯道不具备通过条件，在军用物资运输保障过程的路线规划时，应提前考虑以确保运输部队行车组织的顺利实施。

根据式(12)计算，在汽车列车处于满载状态下，当0

5　结　语

对重装备牵引车与40 ft集装箱半挂车匹配后的半挂汽车列车道路通过性的研究，可为部队指挥决策机构执行保障任务，制定科学、合理的集装箱运输路线方案提供参考，并将有效推动完成平时军用物资公路运输任务能力的提升,促进达到精确化保障部队军需物资的目标[7]。

[1]黎海辉.多轴重型汽车转向及操纵性能仿真与分析[D].武汉：武汉理工大学,2013.

[2]霍明，李春风.公路工程技术标准：JTG B01—2014 [S] .北京：中华人民共和国交通运输部，2014.

[3]汽车最小转弯直径、最小转弯通道圆直径和外摆值测量方法：GB/T 12540—2009[S] .北京：中国国家标准化管理委员会，2009.

[4]梁成江,宋年秀,孙根柱,等. 轴偏角对半挂汽车列车转弯及行驶通道宽度的影响[J]. 青岛理工大学学报,2011(3):92-96.

[5]张喜刚.公路桥涵设计通用规范：JTG D60—2015 [S].北京：中华人民共和国交通运输部，2015.

[6]戴岩.中小跨径桥梁汽车设计荷载研究[D].长安：长安大学,2010.

[7]赵东.部队运输车辆编配方案优化研究[D].长春：长春理工大学,2013.

(编辑：闫晓枫)

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．

田润良(1961—)，男，博士，教授，硕士研究生导师．

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.10.004

E234

A

1674-2192(2016)10- 0015- 04