近些年,德国国内和国际运输界在努力,争取提高载货汽 车外形尺寸和总质量的限值。要求提高允许总质量和轴载质量限值多出于以下几方面的考虑:
(1) 节省汽车营运费用和能源。
(2) 排除汽车运输竞争的不公平因素和贸易障碍。
(3) 运输12.192m(40ft)满载集装箱。
(4) 因装配交通安全和环境保护设施(例如高效全封闭发动机、自动变速器、无磨损下坡缓行制动器、稳定行走机构)使载货汽车的质景增加;大客车因提高舒适度而增设装置(例如空调、厨房、卫生间、暖气、隔热装置等等)使总质量增加。
(5) 从改变车辆动力学性能方面来讲,容许增加轴的静载荷。
为能按照技术和营运经济的观点来进行最优化货物运输,联邦德国允许的外形尺寸、单轴载质量和总质量可能有以下变化:
① 宽从2. 5m提高到2. 6m;
② 高从4. Om提高到4. 15m;
③ 单轴载质量从l〇t提高到11〜12t;
④ 允许总质量从38t提高到42〜44t。
提高汽车外形尺寸和总质量,必然涉及道路建设问题,然而,历史上已形成的道路网只允许在极小的范围内改变目前执行的汽车限值标准。以下将从道路建设的角度谈提髙汽车总质量限值所带来的不利影响。
1. 重型载货汽车
1) 车型
2) 汽车保有量和营运行驶公里数的发展。
除两轴挂车外,其余所有车型的保有量均呈增长趋势,其中增长量最大的是三轴货运汽车;增长率最高的是两轴大客车。
从重型汽车中占小比例的成分来看,如果质量限值提高,小比例将集中在少数几种车型上。重型载货汽车的平均营运行驶公里数明显多于轿车和客货两用车辆允许总质量为36〜38t的汽车列车和半挂车的载货能力约为货运单车和挂车的25%,但所完成的营运公里数据粗略估算是全部汽车货运公里数的一半。因此,长途货运比短途货运的增长率高。
3) 车辆质量
(1)质量规则
根据《公路交通限制规则》第34章,轴载质量和允许总质量不得超过所给定的限值。
《公路交通限制规则》允许的轴载质量和总质最适用于萨尔州的特殊规则不仅不能用于萨尔州内的公路运输,而且也不能用于联邦的其它区域。特殊规则只适用于在不涉及 联邦的其它区域和所有穿越国都允许较高质量条件下的过境公路汽车运输。
除萨尔州的特殊规则外,所有的联邦州均有权特别批准质量 超限值的汽车运输业务,例如运输超大件不可拆卸货物 各州对这种业务一般掌握在不对道路和桥梁造成损坏的前提下予以特别批准。
驶入联邦德国的非德国车辆必须符合联邦德国质量规则的要求,不得超过德国规定的轴载质量和允许总质量限值。各国家所规定的车辆总质量限值之间有较大的差幅.
(2)质量在各轴间的分布
根据汽车的结构和设计思想,要求均匀分布有效载荷。但是在实际运输过程中,这种理想状况极为少见。荷载重心一般是在载货平面中心后侧。据调査,在两轴载货汽车中有66%的总质量是集中在后轴上的。
对三轴载货汽车的质量分布也曾做过同样的调査,至少有78%的总质量是集中在双联轴上。提高后的最高单轴载质量将不是1U,而是接近12t。
载荷的分布取决于载荷重心离轴的距离。
当载荷重心处在载货平面中心前后极窄的范围内时,载货汽车的有效载荷才能够得到充分地利用。重心位置在偏 离这一范围时,如果不超过允许的轴载质量限值,那么就明显地降低了有效载荷利用程度。如果仅用地磅称质量的方式检查货运车辆总质量,确定是否遵守允许的袖载质量限值,看来是不够准确的。
(3) 车辆超载
反对提高轴载质量限值的理由之一是整车或单轴常常超载。1966年就曾对货运车辆进行过称重检查,其中超过允许轴载质量限值的车辆占相当高的比例。1977年秋季,联邦 长途货运研究所受联邦 交通部的委托进行了轴 载质量检测。称重检测 的车辆有允许总质量> 16t的单车和挂车、允许总质量>32t的半挂车,以及最大允许轴载质量的车辆。
在被检测的2158 辆车中有78%载有货物。载货车辆占有如此之高的比例,是因为有 80%是在高速公路上被检的,而且总共有26% 是在过境口附近被检S2_6 的。因此外国车中载有货物的比例也相当高,占47%。
在检测的载有货物车辆中,轴载质量至少大于l0t的占40%。 在三轴载货汽车中,按规定轴载质量只能是8t,但却有10%的车辆轴载质量超过l0t,最大的达13.7U。由此可见,在每两辆载有货物的车辆中就约有一辆超允许轴载质量运输。
1966年对载货汽车进行称重检査时,外国车辆的超载率比德 国车辆高出3〜4倍。但此后德国车辆的超载率大幅度上升,反而高出外国车辆的超载率。
从调査结果看,两轴载货汽车的超载率明显高于其它车型。一般三轴载货汽车和半挂车的超载现象少于两轴载货汽车。在超载车辆中,大约有94%是第2根轴超重,即两轴载货汽车或半挂牵引车的驱动轴超重。其中有5%〜7%的车辆轴载质量超过12t。不可想象的是,一些车辆竟以超载作为改善附着力为目的。
对于因雨天造成不可预料的超载、且超载量少于5%的敞篷车辆不予以处罚,但对封闭式运输车辆不以此公差值作为处罚基准。
尽管近几年对超载运输车辆的处罚已加重,但其罚款额仍不足以对违章者构成威慑作用,故不能遏制超载率增长的势头。超载罚款额远不如运输者超载所获利高。例如,一辆32t的汽车列车超 载20%,当运距为500km时,其超载部分所获收人约为550马克,而司机和车主合并处罚款才350马克。
超载的责任一般在司机,因为《道路交通限制规则》中已明确规定,司机有责任在车辆和货载方面执行规则,并不得因货载而有 损车辆的交通安全。交通安全不仅受到后轴超载(超过轴和车轮的 技术承载能力)的威胁,而且还受到前轴经常性减载的威胁(影响转向和制动性能)。
(4) 动态轴载荷
目前有关质董规则中所涉及的均为车辆停止状态的轴载荷,即静态轴载荷。然而,道路路面并非仅承受静态轴载荷,而是承受来自行驶车辆的静态和动态载荷之和。无庸置疑,车辆通过弹性悬 挂系统和减振系统的结构改造后,对路面的动态影响要比以前小得多。但是,减振系统并不是由于对路面应力的考虑而设计和安装的,而是为增加司机、乘客和货物的舒适度设计的。尽管《道路交通限制规则》第30节中规定,车辆应以不损坏道路的结构形式制造和保养,但实际上到目前为止尚无为此安装昂贵装置的先例。
公路运输业目前的要求是,通过提高静态轴载荷使车辆的振 动特性达到最有利的状态。对于通过车辆最有利的振动特性来减少动态和静态轴载荷的可能性已由汽车技术研究所和联邦交通部出资进行过研究,其结果不容乐观,因为重型车辆在慢速行驶路段 (坡道和城市道路)行驶时对道路造成严重的变形损坏,尤其是在 受热应力的情况下更甚。由于在慢速行驶路段车辆的行驶速度低,故通过改善后的振动特性只能起到很小的作用。对路面造成的变形损坏实际上与静态轴载荷(和轮胎接触压力)有密切的关系。然而,在非限速路段上,车辆有利的振动特性也被随驱动功率增加而 提高的速度级部分抵消,因为由动态轴载荷对道路施加的载荷与 提高的速度呈正比增加,而且静态轴载荷越高,路面越不平整,动态载荷越大。
4) 汽车轮胎
由于不仅汽车轴载质童,而且轮胎接触压力也影响到道路承 受载荷,所以有必要简单分析一下轮胎结构的发展趋势。在过去的十年中小客车和重型载货汽车均从斜纹轮胎过渡为子午线轮胎。 在公路货运车辆中有98%采用的是子午线轮胎。由于轮胎结构的改变,10t双轮胎后轴的轮胎在正常工作温度条件下的接触压力 从1968年的8. 8kPa减少到1978年的6. 9kPa,前轴轮胎的接触 压力从9. 5kPa减少到7. 4kPa。这一可喜的发展趋势将来还将加 强,因为公路货运车辆随着驱动功率的提高将从普通轮胎向具有 相应接触面的超级轮胎过渡,以使驱动力完全作用在路面上。此外,将还出现使用低压轮胎或宽断面轮胎,这种轮胎除具有较理想 接触压力的优点外,而且比子午线轮胎的缓冲作用好。
3. 重型车辆对道路的影响
1) 对路面的影响
正确评估车辆和轮胎结构及汽车客货运输在过去10年和将 来的发展,对评价重型车辆对路面使用寿命的影响程度的问题具 有决定性的意义。
活载荷的增加要求增加道路路面的厚度。目前道路的厚度适 于大于5t有效负载的车辆(相当于9t的允许总质量),但未考虑增加载荷的因素。近一时期普遍受到关注的路面变形损坏问题主 要因大型化车辆始料未及的载荷所致。
在前联邦德国,路面的厚度设计均以行驶最大轴载质量为 l〇t的车辆为基础。据最新研究结果表明,如果载荷与柔性路面的厚度和承载能力相适应,柔性路面也可视为一种耐久性的路面。这 就是说,载荷变化的次数并不具有与载荷绝对值同等的作用。因此,道路规范中所规定的路面厚度比过去标准有所减少,且在同样 路面厚度的情况下允许较大的交通量都是合理的。如果在此基础上再明显提高轴载质量,那么无疑应对现行设计进行审核。在这种 情况下将不可避免地要对道路规范进行修改,使之与新载荷条件相适应。
对提高轴载质量限值持反对意见者指出,在萨尔州虽然允许 轴载质量已为13t,但是仍尚未形成作用健全的公路网。重交通童沥青路面(指承载能力最强的柔性路面)所占比例的比较表明,对轴载质量限值的确定都会自觉或不自觉地考虑到现有路面承载能力对轴载质量的限制。
2)对桥梁的影响
对提高车辆总质量持反对意见者的另外一最主要原因是出于 对现有桥梁的考虑。目前已有的38t半挂车在小轴距时对路面所 产生的载荷与标准车辆的相等。但是在一些极不利的情况下车辆 已达到对桥梁承载能力起决定性作用的极限载荷。因此,目前已经 有许多桥梁超载,尤其是在特种超大件货物运输不断增加的情况 下桥梁的超载现象更为严重。如果提高车辆的允许总质量,负责道 路交通安全的管理部门则会象芬兰道路建设管理部门一样限制过 桥车辆的吨位。
4. 提高车辆允许总质量所产生的经济影响
1) 成本
在几年前就已试图估价将允许轴载质量提高到一定值的财务 影响。在超额成本中联邦政府大约仅承担10%,而社区则占60%之多。
2)效益
交通经济专家们也试图对提高车辆质量所获得的效益进行定量分析。
据研究分析,车辆的允许总质量从30t提高到44t后大约可节省10%的运输成本。但应注意到,此项计算是以以下条件为基础的:公路货运车辆所完成的运量相同,提高允许质量后车辆和驾驶员的数量减少。车辆数量减少后之所以能获如此之高的效益,因为驾驶员的工资大约占与车辆总质量相关运输成本的40%。
据统计,车辆的燃料消耗是运输成本中的第二大支出项目,约占总成本的28%。在运量不变的同样情况下,如果将允许总质量从38t增加到44t,燃料消耗可以节省4%〜5%。
对于公路货运车辆而言,提高允许总质量的另一效益是缓解公路交通紧张的状况,从而提高公路交通的安全性和减少对环境 的污染,当然其前提仍然是在同等运量的情况下。实际上,被批准 从事公共长途货运车辆的数目及共同体内部从事过境运输车辆的数量都不会减少,因为对提高轴载质量要求的妥协也适于车辆的 总有效载荷。与此相反,公路货运将随着车辆载货能力的加大而更 加具有吸引力,将有更多的货物被吸引到公路上来,以致公路货运车辆的数量根本没有减少的可能性。
3)成本/效益综合分析
很遗憾,到目前为止尚无评价车辆载质量变化对整个系统影响的模型。模塑不仅应涉及到道路和桥梁的建设成本和效益,以及车辆制造和营运的成本和效益(节省能源、人员工资、节省时间、交通安全、减轻环境污染等),而且还应涉及到公路货运和客运运力扩大对其它运输方式(联邦铁路、内河运输)的影响。此外,还应考虑到一些由此而引发的调整措施,例如桥梁限制吨位通过、关闭部分道路、区域性道路禁止通行,以及控制开业数量等。通过这样的成本/效益综合模型分析应该在充分考虑交通经济利益、基础设施的要求、交通安全和环境保护的情况下做出正确的决断,并对欧共体范围内协调载货汽车外形尺寸和总质量的研究产生相应的影响。
5. 欧共体内车辆允许总质量的协调问题
各国在交通领域的相互交织和罗马协议迫使欧共体范围内采 取共同的交通政策,以致各成员国的决策仅有较小的作用。虽然有 人总是暗示采取意大利和丹麦在前不久提高允许总质量(意大利 同时提高轴重限值)的行动,但是这种某个国家的单独行动必定对 欧共体为将车辆外形尺寸和总质量协调到国民经济可承受的水平 上所做出的努力带来困难。
欧共体委员会大约在一年前重新开始研究“欧洲载货汽车”质 量和外形尺寸问题。新设计方案不仅只考虑允许最大轴重,而且还 对各种车辆规定出由其造成道路损坏的极限值。所谓的“道路损坏 系数”是车辆单轴载质量的四次方之和。“道路损坏系数”被允许总 质量的十次方除,其结果可以作为对与运输物品相关的道路损坏 进行比较的标准。
新设计方案可以是一种为大家所都能接受的解决方法的起 点,因为新方案考虑到了汽车设计师将汽车质量如何分配到各轴 上的意见。另一方面由于运输车辆向大型化方向发展,新方案要求
尽量避免采用高轴荷,而是增加轴数。
6. 展望
在过去的一些年中,重型载货车辆对道路网的载荷因下列因素不断增加:
—车辆的保有量和行驶公里数自然增长;
一特批的超大、超重件货车运输的数量增加;
一车辆持续超载。
在这样的情况下,从道路建设的角度而言顺从运输界全面提高车辆允许总质量的要求的可能性不大。而首先是要充分利用现 行法规所提供的一切可能性。这样在许多情况下也是经济的,例如 通过以下措施便可以增加有效载荷:
一采用三轴取代两轴载货汽车;
一采用两轴半挂牵引车和单轴半挂车组成的半挂车组取代三轴载货汽车;
一在双联和三联轴系中采用非均勻负载轴(以减少轮胎数而降低质量)。
在有充分理由的情况下,超大超重件运输也可以获得特别批准。但是,受公路建设主管当局监督的特别批准的数量不得无限放宽,以防造成对所有车辆都提高允许总质量和轴载质量的既成事实。对特别批准的车种不先作规定,以避免造成先例。
如果能抑制住车辆的超载现象,或者能控制到最低限度,道路建设部门比较容易接受运输业界的要求。道路建设部门控制车辆超载可以采取下列措施:
一编制各种车辆的载荷分布图,在车辆的载货平面图上标出其允许有效载荷;
—明确货物装运人确定载货质心和计算允许有效载荷的义务;
一车辆中安装轴负荷测量仪。
在管理方面伴随采取以下措施:
一轴载质量检査经常化;
—加重对超载车辆的处罚。
成本/效益分析首先应澄清提高允许总质量和因此而扩大公路运力是否具有综合经济效益。然后才能由政界确定提高允许总质量与否。
如果作出有利于提高车辆允许总质量的决断,那么其决定也仅仅只适于那些满足一定要求的车辆。针对提高允许总质量的问题,道路建设部门已表示出以下一些与将来的允许总质量相关、且有部分是不能相互并存的愿望:
—每个车组增设一根轴。
一在有利于保持到目前为止最大单轴载质量lot的前提下提高双联和三联轴载质量限值。
一为了改善道路行车条件差(雨天、雪天、结冰)时的行驶性能和交通安全,可以接受双联轴结构方案。在该方案中的驱动轴在加速过程中可以短时间超过最大允许轴载质量。对允许总质量为 40t以上的车组则要求有两根驱动轴。
轴载质量在8t以上的只能采用双轮胎,或者限制轮胎接触压力的极限值。
一确定对车辆振动特性的确切要求,且这些要求应在车辆制造和营运中得以满足,为对车辆的振动特性检查创造条件。
一根据车组轴超载的可能性确定车组的允许总质量。三轴牵引车与两轴(或三轴)挂车组成的车组,原则上比两轴牵引车组合车组的总质量大。
一为了避免载荷集中(桥梁载荷),应限制车组允许总质量与最多轴间距间的比率。
即使具有较大允许总质量的车辆完全满足公路建设部门所提出的全部要求,也不可增加对道路和桥梁的载荷,因为增加载荷必须对有关的技术规范和准则进行相应的修改,况且首先需获得政界的批准。
—旦提高车辆允许总质量获批准,公路建设部门和汽车工业部门之间需密切合作,寻找出一种既能迎合运输业界的意愿,又不超过公路和桥梁实际能力的解决方案。
采用世界上一些国家所允许的最大外形尺寸和总质量,从运输经济的角度讲,无疑是乐观的,但在德国,由于道路和桥 梁的实际能力是行不通的,否则运输车辆的通行,将受到地区和时间卜.的严格限制。