车辆在运输过程中,遇到横坡、道路坑洼等因素的影响,车辆会连同货物一起向一侧倾斜。当货物受到较大的侧向风,在风荷载的作用下,车辆也会有横向倾斜的趋势。如果车辆抵御横向外力作用的能力差,则容易在上述外部因素的影响下失去平衡位置而发生倾覆。这里,把车辆抵御外部因素作用而保持原有平衡位置的能力称为车辆的稳定性。而把在外部因素作用下的车辆倾覆称为稳定性失效,简称失稳。


大件运输的货物尺寸、质量常常很大,货物重心很高,而承载货物的挂车宽度受到运输道路宽度的限制常常较小,有时装载后稳定性不足。因此,需要进行与运输稳定性有关的车辆内部和外部因素的研究,解决稳定性的计算和安全校核问题。


一、静态几何稳定性的概念


将一长方体刚体放置于刚性平台上,将平台缓慢沿刚体的横向倾斜,则当刚体的重力作用线与平台的交点超出了刚体最外侧支点£后,刚体将会沿£点所在的底 边线发生倾倒而失稳。我们把该平台平面U称为稳定面,把平台水平位置时刚体重力作用线 CM与刚体失稳临界位置时重力作用线的夹角p称为稳定角,把线段称为稳定线。不难得出,稳定角等于失稳临界位置平台的倾斜角^由于稳定角的大小反映了刚体在不 同倾斜角下保持平衡的能力,因此P是衡量刚体在陆地上稳定性的重要指标。所对应的稳定性实际上为刚体的静态稳定性。


借助于以上对刚体静态稳定性的探讨,对于液压平板 挂车,如果假设车体、轮胎为刚体(受力后不会发生变形),车体和货物仅受重力作用,车体倾斜过程极为缓慢,则此时在重力作用下,挂车沿横向和纵向也有与失稳临界位置对应的稳定角心而且分别等于在上述假设条件下车辆失 稳临界状态时道路的横向、纵向倾斜角a,稳定角^反映了挂车稳定性的好与差。由于该稳定性研究方法是以几何意义明显的角度来描述挂车稳定性,因此,称此稳定性为挂车的静态几何稳定性。


一般情况下,由于挂车横向宽度远比纵向长度小,挂车常见横向稳定性不足,因此,应更注重挂车的横向稳定性。但在挂车编点不合理的情况下也可能出现纵向稳定性不足。


二、挂车的稳定面

液压平板挂车装载货物后受外部因素影响发生失稳时,可能有三个倾倒支点,对应会有3个稳定角:货物相对于承货平台的稳定角;车货一起相对于地面的稳定角A;由于挂车各悬架车轮轴可绕摆臂纵轴转动,形成的以摆臂纵轴为侧翻支点的稳定。


三、重心位置

根据前面分析可知,挂车失稳时是以货 物、车体作为一个整体沿稳定面进行的,因此,稳定性计算中的重心应是挂车和货物的组合重心。

运送货物的重心高度相同时,质量大的货物比质量小的货物稳定性要差。


四、挂车的横向稳定角

1.挂车三点支承编点时的横向稳定角

设挂车悬架油路串联成3个液压回路,构成了支承三角形,挂车装载后组合重心的垂足位于挂车纵轴上的M点(坐标0)。

2.挂车四点支承编点时的横向稳定角

通常只有两纵列挂车稳定性较差时才使用四点支承编点。

四点支承编点形状多为正四边形。当货物质量较大时,可能会出现不易控制的某个液压回路超载的问题。


五、挂车的纵向稳定角

当挂车仅在纵坡上行驶时,车货重心铅垂线与稳定面的交点会沿挂车纵轴^向坡下一侧移动。

一般情况下,值很大,使挂车都具有很好的纵向稳定性,常常不需要进行纵向稳定性校核。但有时受货物装载位置等因素的影响,货物重心严重偏离挂车纵中,或挂车编点异常,则有可能使支承三角形后底边线BC靠近货物重心,出现M尺值很小造成纵向稳定性不足的问题。这时应注意进行校核,必要时调整各回路编点的悬架数量,改变支承三角形或四边形形状,从而改变挂车的纵向稳定性。


六、长货、桥式挂车车组的横向稳定角

对于长货挂车车组,前挂车和后挂车为独立的液压支承系统,因此,前、后挂车均独立编点,构成两个独立的支承三角形或四边形。由于前挂车转盘可纵向和横向摆动,为一球铰结构,因此前挂车可简化为在转盘球铰处的点受力。后挂车转盘不能横向摆动,只可以纵向摆动,因此货物的横向摆动受后挂车的约束,实际上稳定性受到了后挂车在转盘位置横稳定线长度的限制。由此,货物的稳定面可看作前挂车转盘为一点,后挂车转盘为两点的支承三角形。支承三角形前一点的高为前转盘球铰高度,后两点的高为后挂车的稳定面高度。


七、采用稳定角进行挂车的稳定性校核

如前所述,如果将车体看作刚体,且仅受重力作用时,以上所计算出的挂车稳定角即等于车辆静态所能承受的道路横坡角或纵坡角。实际上,车体受轮胎变形等影响并非刚性,车辆还会受到侧向风荷载的作用,在道路横坡角未达到稳定角前就会发生倾覆失稳。根据稍后的稳定性力学分析法的一些算例表明,对于两点在前、一点在后的挂车三点支承编点等条件,车辆倾覆时的横坡角是横向稳定角的25% ~30%,对于编点一点在前时,受制动力的影响则稳定性更差。因此,用横向稳定角直接作为允许的道路横坡角进行横向稳定性的校核显然是不行的。但由于便于直观理解和记忆,计算过程简单,工程中也被常常被用作车辆稳定性校核与评价,而将其误差以放大了的安全系数来涵盖。


允许稳定角与车辆的运输环境和运输时的操作控制方法有关。地区类别不同最大道 路横坡不同,是否适时地调整了挂车车体的水平则挂车的最大倾斜角不同,这些都影响到允许稳定角的确定。通常情况,为了便于校核与评价,可将挂车稳定性依据所适应的道路环境和操控难度分为多个级别,对应有不同的允许稳定角。


需要提醒注意的是,以上的静态几何稳定性只涉及车辆的倾覆失稳,而挂车的稳定性还存在液压支承回路超载问题。液压回路超载会引起液压元件和悬架机械构件破坏,进而导致该回路失去支承作用而下沉,引起新的车体倾斜角而倾倒失稳。静态几何稳定性是从几何角度进行研究,仅仅考虑了静态的车体倾倒问题,是不全面的。因此,在使用静态几何稳定性进行稳定性校核时,应该注意其不包含液压回路的超载和所引起的二次倾倒问题,一般仅适用于挂车荷载较轻的情况下。


八、通过改变编点改善稳定性的方法

通过静态几何稳定性可以探讨通过改变挂车编点方式改善稳定性的方法。当货物、挂车已经确定时,计算重心高度可以看出,挂车的横向稳定性直接与稳定线长有关。而与挂车的编点方式有关。


挂车前一点轴数与后两点轴数相等的三点支承编点,当货物重心与挂车中心对正装载时,稳定线长ME是后两点横向距离的1/4。各点悬架数相等的三点支承编点,稳定线长是后两点横向距离6的1/3。显然,后者稳定性要好于前者,应为首选的编点方式,这也是挂车的常规编点方式。


当货物装载后重心与挂车纵中距离相差较大,且偏于三点支承的一点方向时,挂车横向稳定线将变短,横向稳定性将变差,当重心接近于一点合力位置时,横稳定 线将接近于零,挂车可能在静止状态下即完全失去稳定性。这时,如果改变三点支承各点的悬架数量,同时改变支承三角形的方向,则有可能使挂车重新获得稳定性。


当挂车行驶在较大的纵坡上时,车货重心铅垂线在稳定面上的交点会向坡下一边移动,当下坡且挂车一点在前时,将使挂车的横向稳定线变短,横向稳定性变差,严重时可能不足。这时,通过改变三点支承为两点在前一点在后,可避免横向稳定性不足的问题。



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