大件运输货物质量差别很大,从几十吨到上千吨所行驶的道路条件也有很大不同,有时行驶在平坦的码头、工地现场和平原道路上,坡度很小,有时需要爬山,纵坡达到7%以上。面对货物质量和道路坡度的巨大变化,所需牵引力变化也很大,一般的单台牵引车常常难以满足所有运输条件下的牵引力需求,这就需要在每次运输前,根据运输货物的质量和道路情况进行合理的牵引车配备,包括牵引车的配重、台数如果是向走式挂车则要确定需要的驱动模块数量、轴数等。


大件运输行驶速度有时可以很慢,比如在工地现场、厂区内e但如果运输距离很长,或者所通行的道路交通繁忙时,交通管理部门对运输速度Hi有要求,这时,就需要计算牵引车挡位和车组的爬坡速度,必要时增加牵引车。


大件车组的牵引方式常见有以下3种:

(I)全挂牵引方式,,牵引车通过牵引杆连接挂车,为挂车提供行驶牵引力。这是公路大件运输采用最多的一种方式。由于该牵引方式下挂车的组合灵活、挂车承载平台高度低、货物可以前后探出到挂车以外、运输时可以以较快的速度行驶等,因此在长途公路运输中应用最多

(2)半挂牵引方式。挂车通过与其刚性连接的鹅颈与牵'jh:鞍痄迮接,鹅颈除了牵引、转向作用以外,将挂车的部分荷载作用于牵引车,既起到分载又起到牵引车ii重的作用。

(3)自走式牵引方式由发动机、液m源动力箱(PPU)和含液压马达驱动轮的平板挂车组成驱动系统,液压马达驱动车轮为车组行驶提供牵引力,同时与所有乍轮一起共同承载货物。


二、牵引力与行驶阻力


大件车组在坡道上行驶时可能受到的阻力即行驶阻力。其中有车辆重力沿坡道路面的分力所形成的坡道阻力^,有由于轮胎的滚动和车辆内部摩擦所产生的滚动阻力心,有由于车辆以一定速度行驶而受到的空气阻力,有使车辆加速行驶时而受到的加速阻力Fu,牵引力由牵引车驱动轮产生,与行驶阻力相平衡。


(1)对于空气阻力

对于牵引力校核来说,一般都是针对运输沿途爬最大坡度时 的情况,因此速度很小,可以忽略空气阻力的影响。

(2)加速阻力就是克服车辆惯性而使其产生加速度的力。车辆惯性来自于车辆平移质量的惯性和车辆内部旋转质量的惯性。

加速阻力取决于车辆的急加速程度。一般情况下,大件牵引车装备有液力变矩器,起步加速过程可以控制的非常缓慢,加速度值在很小的范围内,另一方面,如果在较陡的纵坡上,采用措施避免停车起步和急加速的话,加速度也很小,这时加速惯性力可不予考虑。

(3)滚动阻力产生于轮胎在滚动过程中压缩与舒张的内部摩擦、车轮轮毂轴承的摩擦力和支撑路面的变形。

一个车轮的滚动阻力就等于滚动阻力系数与车轮对地面垂直负荷的乘积。

大件车组在常见坡度上滚动阻力就约等于滚动阻力系数与车组总重的乘积。

滚动阻力系数由试验确定,与路面种类、行驶车速、轮胎的构造和材料、轮胎气压等有关。

由于运输道路较陡的坡道 处多为沥青或混凝土路面,因此爬坡能力校核时多取滚动阻力系数为〇。根据试验,在一定车速以下(约

(4)坡道阻力为车组在行驶坡道上的下滑力。

摩擦力作用于驱动轮与地面的切点,方向为车轮的前进方向,是驱动车辆的外力,称此力为牵引力。

根据牵引力的定义可以知道,牵引力来自于发动机的转矩,但是,是以车轮与地面的摩擦力来体现的,因此牵引力不能大于轮胎与地面之间的最大摩擦力,否则驱动轮会出现滑转。这就是我们经常看到在湿滑的路面上,汽车驱动轮与地面滑转,发动机动力难以发挥作用的原因。

附着系数,它是由路面与轮胎决定的,主要取决于路面的种类和状况。与绑扎计算中制动惯性力计算时所采用的附着系数概念相同但取值应不同,绑扎计算中为了绑扎安全应该取可能的最大制动力,因此附着系数取试验数据中的最大值,但是在牵引力计算中,为了确保牵引的可靠性,牵引力的数值应取同类型路面上所能保证的牵引力中最小值,因此附着系数应该取试验数据中的较小值。


三、全挂车组的牵引力

大件车组行驶过程中,对行使阻力影响较大的是道路纵坡。平原、丘陵、山区不同等级公路的纵坡常为4% ~9%,牵引车首先要保证车组在这些坡道上的爬坡能力。为了保证爬坡时有足够的牵引力,牵引车除了配备液力变矩器、轮边减速器,以较大的总减速比提高车轮的转矩,使发动机转矩传递到驱动轮的牵引力足够大以外,同时在牵引车靠近驱动轮的上方安装有配重箱,以便于加装配重来增加牵引车的附着力。

由此,牵引力校核的主要内容就是在最大纵坡上发动机转矩产生的最大牵引力校核(简称发动机牵引力校核)和牵引车的配重量计算。

有时,大件货物需要进行长途公路运输或在交通主干道上运输,为了提高运输的平均速度和减少对道路交通的影响,对运输车组有爬坡速度的要求,这时,对发动机转矩产生的牵引力的校核则应考虑在一定的车速下进行。


1、爬坡速度与发动机牵引力校核

根据汽车发动机特性,发动机的最大转矩是在转速一定的范围内发出,转速过高或过低,转矩都会大幅度降低。因此,为了保证牵引车从最低车速到最高车速发动机都可以输出最大转矩,设置了可变动传动比的变速器。这样,当发动机的转速和转矩一定,通过操作挡 位改变变速器传动比时,行车速度就会发生改变,发动机传递到驱动轮的牵引力也会发生改变。采用低挡位(对应于较大的变速器传动比),会使车速降低而牵引力加大,采用高挡位(对应于较小的变速器传动比)会使车速提高而牵引力减小。

液力传动可以增大转矩,但会损失效率,所以主要用在车辆起步、换挡和 低速需要大转矩的状态下;机械式闭锁是通过离合器将变矩器机械性锁死,发动机力矩可直 接向下传递而不是通过液力传递环节。变矩器有控制机构可手工或自动进行液力与机械闭锁之间的转化。

在一定道路纵坡上车组的行驶阻力比较行驶阻力和牵引车在各挡位下的最大牵引力取牵引力大于行驶阻力时的最高挡位(即速度较快的挡位)为爬坡时变矩器闭锁下的挡位,则该挡位所对应的车速《为车组爬坡时的最大速度。

当行驶阻力大于牵引车在变矩器闭锁情况下一挡时的牵引力F,时,就需要解除变矩器闭锁了。

当行驶阻力大于最大牵引力时,说明牵引车的发动机动力不足,必须更换或增加牵引车了。

现在的大件牵引车很多配备有充足的动力,其表现是:在附着系数最大的路面上(水泥 沥青路面),牵引车装满配重,当操作发动机以最大转矩工作,变速器采用最低前进挡(一挡)时,发动机传递到驱动轮的驱动力(驱动力矩在车轮圆周方向的分力)常常大于驱动轮 的附着力,如果这时将牵引车从后方与地面锚定,驱动车轮将在地面上滑转。因此,对于多数牵引车来说,最大发动机牵引力并不需要经常校核,而经常需要进行的是涉及到各挡牵引力的爬坡挡位和爬坡速度校核。


2、牵引车配重计算

牵引车的驱动形式分为半驱动和全驱动,并以车轮总数乘以驱动轮数来描述驱动形式,如8 x4为半驱动,8 x8为全驱动。

半驱动牵引车一般只有后部车轮连接动力,全驱动牵引车所有车轮都连接动力。而全驱动牵引车在连接前轴的动力传动装置上一般有离合器,也可根据情况变动为半驱动^由于半驱动时,牵引车重量只有部分分配到驱动轮,而全驱动时,牵引车重量全部分配到驱动轮,因此附着力和配重的计算方法不同。

1). 全驱动时牵引车配重计算

全驱动时牵引车各车轮均起驱动作用,附着力充分利用了牵引车重量,相比半驱动牵引车来说相同车重下的附着力更大。牵引车的最大牵引力很多情况下取决于附着力,因此全驱动牵引车是目前使用最多的牵引车形式。

由于全驱动牵引车前、后驱动桥之间一般不安装差速器(平衡前后轴驱动力矩的装置), 发动机向前、后驱动桥等转速而不是等驱动力矩传递动力,因此,在前后桥轴重不同的情况下,前驱动桥车轮与地面发生滑转产生最大车轮附着力时,后驱动桥则可以继续加大驱动力矩,直至发生滑转产生最大车轮附着力,因此可根据式附着力计算公式,推导出全驱动

2). 全驱动牵引车配重简易计算法 式(7-14)比较难记忆,工程上现场计算时也常常使用简易计算法。可推导出配重的另一计算公式式可简单的描述为:全驱动牵引车的配重等于车组在坡道上的行驶阻力除以附着系数再减去牵引车自重。这概念上容易理解,也就方便记忆。但m为车组总质量,在公式右侧,计算时由于牵引车的配重量尚未确定,因此m值不确定。这里可取牵引车最大配重量 计算牵引车质量—般配重质量受货物质量大的影响相比车组总质量很小,因此对行驶阻力的影响较小,其简化对计算结果影响不大且偏于安全。

3). 半驱动牵引车配重计算


3、牵引车驱动稳定性校核

牵引车一般在前部和后部都设置有牵引钩,前端用于顶推挂车,后段用于牵拉挂车。由于牵引钩有一定高度,受挂车牵引座高度影响有时牵引杆也不是水平状态,因此,牵引杆力会对牵引车的轴载造成影响。如果影响的结果使牵引车的前轴或后轴轴载加大,将有可能 使轴载超过牵引车允许轴载;如果影响的结果使前轴或后轴轴载减小,将有可能影响到牵引车的最低附着力要求,严重时会造成牵引车纵向失稳或失去方向控制能力。


4、转弯时牵引力的损失问题

以上的牵引力计算均是假设牵引车、挂车、牵引杆在纵向同处于一个直线上,当大件车组在有弯道的坡道上行驶时,牵引车、牵引杆、挂车之间纵向存在一定的夹角,牵引车的牵引力作用效果是否相同,需要进行分析。

一般情况下,由于牵引座设置在挂车正前方的中间,不同转弯半径时,牵引座距瞬时转向中心距离均略大于各悬架距瞬时转向中心距离的平均值,当采用牵引转向方式时(即由牵引杆驱动挂车转向),挂车内部的转向机构将使牵引杆方向约为牵引座处的速度方向,转弯所需牵引力与直线行驶时基本相同。

所需牵引杆力会大于直线行驶状态下牵引杆的受力。


5、多台牵引车联合牵引问题

当货物超重,一台牵引车牵引力不够时,可采用多台牵引车联合牵引

当多台牵引车联合牵引时,由于牵引车安装有液力变矩器,在车辆起步、低速状态下变矩器进行液力传动,因此各牵引车均可以独立控制发动机转速,使其发挥出较大的转矩。即各牵引车均可实现最大牵引力牵引,一般不需要考虑配合时的牵引力折减。但联合牵引时 常常有以下需要注意的问题。

1). 牵引杆过栽问题

当牵引车串联牵引时,需要校核第二台牵引车以后的牵引杆强度,防止牵引杆过载。

2). 配重合理分配问题

当多台牵引车的型号、牵引总重不同时,各牵引车需要合理的分配配重,即配重满载率应尽量相等,使各牵引车的工作负荷尽量相等。

3). 转弯时防止中间牵引车横向滑动问题

当多台牵引车串联牵引并进行转弯爬坡时,中间牵引车的配重在满足自身牵引力的基础上,还需要考虑传递前牵引车力时力转向的影响。

横向力是额外增加到第二台牵引车上的,为了防止第二台牵引车发生横向滑动,第二台牵引车则必须在满足自身牵引附着条件的基础上附加对横向力。作用时的附着条件, 即第二台牵引车要额外增加配重。

由上述可知,在爬坡又转弯的情况下,采用多台牵引车串联牵引时,后牵引车需要额外增加配重。但有些情况下该方法不能实施,由于后牵引车有时为了发挥自身最大牵引力已 经满配重,无法继续增加配重了。在这种情况下,如果坡道上的弯道曲率较大,可不采用两台以上牵引车串联牵引的方式,而是采用一推一拉或并排牵引的方式。


四、半挂车组的牵引力較


用于大件运输的半挂车组一般由牵引车、液压鹅颈、液压挂车组成,也有在液 压鹅颈与挂车之间再加装一个刚性承载平台组成。液压鹅颈、刚性承载平台和挂车连接为一个整体,纵向可以承受弯矩。

液压鹅颈通过竖销与牵引车鞍座相连,除了在水平方向传递牵引力外,铅垂方向将挂车 部分荷载作用于牵引车(也称第五轮作用力),通过增加牵引车驱动轮重量,满足了牵引车驱 动车组行驶所必须的附着力要求。鹅颈的第五轮的作用力不能过小和过大,过小将使牵引 车驱动轮打滑造成牵引失效,过大将使牵引车悬架系统超载。

液压鹅颈上安装有液压缸用于调节鹅颈高度,同时液压缸的油路与挂车悬架液压缸油路相连接,组成液压支撑回路,将第五轮作用力与悬架荷载关联起来。


五、自走式车组的牵引力

自走式挂车的驱动模块由一个包含发动机、液压泵的液压动力箱和一个包含许多驱动悬架的挂车模块组成。机械拉杆转向的自走式挂车,驱动悬架一般为4 ~7轴线,并集中于挂车的前部。全回转自走式挂车,约每隔一轴一个轴线的驱动悬架。发动机带动液压泵旋转产生高压油流,通过液压油管驱动挂车悬架上的液压马达旋转,液压马达通过减速器与车轮相连,使车轮产生驱动力矩7;驱动车组行驶。

受液压马达转速一负荷特性曲线的影响,自走式挂车的驱动模块有与液压马达转矩特性相似形状的速度一牵引力特性曲线(也称牵引力特性曲线)。

液压泵在额定油压下所输出的液压油流量不同、驱动悬架的数量不同,曲线不同。自走式挂车的牵引力随着车速提高逐渐减小,当很低车速时产生最大牵引力。速度一牵引力曲线是自走式挂车牵引力校核的重要依据,一个可供使用的曲线图应该留有余量,以使挂车在坡道上可以安全起步和行驶。

为了保证有足够的牵引力储备,行驶阻力线在牵引力线中的位置不应过高,最大牵引力与行驶阻力差应留有一定的余量,通常不应小于最大牵引力的25%。同时也应保持一定的爬坡速度,一般不小于lkm/h。当牵引力不足时,需要增加驱动模块,可采用双驱动模块或更多的驱动模块(包括液压动力箱和驱动挂车)。

自走式挂车驱动轮同时要满足附着力要求。驱动轮悬架所受铅垂荷载心与挂车承载后的总重和悬架总数有关。

由于自走式挂车的附着力和行驶阻力都与运输货物的质量有关,当货物质量大时行驶阻力大,需要更大的牵引力时相应的附着力也大,所以一般情况下附着力不是影响牵引力的限制因素。当挂车轴数较多而驱动轴数较少时,或货物的重心位置偏离车辆的装载重心时,附着力可能会不足。当附着力不足时,可通过调整货物重心装载位置或减少挂车非驱动轴数的方法来解决。


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