牵引车、拖车牵引机构坡道通过性研究

（安徽合力股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

目前牵引车和拖车被广泛应用到各种物流行业，例如火车站物流转运系统、机场物流转运系统、港口物流转运系统等；这些物流系统往往要经过下穿隧道，即牵引列车需要通过较大的坡道。如果拖车上的牵引机构和牵引车上的牵引机构匹配不合理，在运行过程中通过较大的坡道时，会影响牵引列车运行性能。通过对拖车牵引机构和牵引车牵引机构研究，优化牵引机构最优匹配关系。

2 牵引车和拖车牵引机构结构和工作原理

牵引车牵引拖车工作时，通常以组合列车工作方式进行，即一辆牵引车牵引一台或多台拖车；牵引车牵引机构和拖车牵引机构是保证组合列车能够正常运行重要机构。牵引车牵引机构主要包括牵引座、牵引销和牵引操纵机构。拖车牵引机构主要包括回转桥、连接销、牵引杆总成、板簧调节机构。牵引车牵引拖车工作原理是：拖车牵引机构中牵引杆上的连接孔挂接在牵引车牵引销上，牵引杆总成通过连接销与回转桥连接，其中牵引杆总成通过连接销能够实现上下摆动，即牵引车牵引拖车可以通过一定坡道；拖车回转桥上带回转支承，可以实现转向功能。板簧调节机构一端安装在回转桥上另一端安装在牵引杆总成上，主要作用用于调节拖车牵引杆总成高度，保证拖车牵引杆总成高度与牵引车牵引中心高度保持一致，以便牵引车与拖车顺利脱挂。驾驶员通过操作牵引操纵机构来实现牵引车与拖车脱挂。通过上述机构牵引车牵引拖车工作时能够通过一定坡道和实现转向功能（如图1所示）。

图1 牵引车、拖车牵引机构结构及工作简图

3 影响牵引车牵引拖车坡道通过性主要因素

影响牵引列车的坡道通过性因素很多，下面从牵引车、拖车牵引机构的结构和工作原理来分析影响牵引列车的坡道通过性主要因素。牵引车在水平路面上牵引车拖车时，由于拖车牵引杆的中心高度与牵引车的牵引座的中心高度处于同一高度位置，牵引杆连接孔与牵引销能够保持一定间隙，此间隙一般为4～5mm；该间隙不能太小，小了不方便牵引车对销；间隙不能太大，太大了牵引杆与牵引销撞击频率会增大，容易引起牵引销或牵引杆损坏。牵引车牵引拖车过坡道时最严重的状态是：拖车仍处于水平路面上，牵引车已处于坡道上，此时拖车的牵引杆和拖车的回转桥之间形成一定角度（如图2所示），拖车牵引杆连接孔和牵引销之间形成一定角度，当拖车牵引杆连接孔和牵引销之间夹角达到一定值时，牵引杆连接孔和牵引销之间会产生干涉现象（如图3所示）。通过牵引车、拖车坡道工作状态简图可发现拖车牵引杆连接孔和牵引车的牵引销之间夹角越小，此时牵引杆上的连接孔和牵引车的牵引销干涉的可能性就越小。影响拖车牵引杆连接孔和牵引车的牵引销之间角度相关结构有：牵引杆连接孔直径、牵引销直径、坡道角度、回转桥中心到连接销的中心水平距离、牵引杆总成工作长度、牵引杆厚度（如图4所示）。

图2 牵引车、拖车坡道工作状态简图

图3 牵引销和牵引杆坡道工作状态简图

图4 牵引杆简图

4 建立数学模型和分析

根据牵引车牵引拖车结构和工作原理建立运动简图和相关参数设定（如图5所示）。

图5 牵引车、拖车牵引机构运动简图

相关参数定义：

D：牵引杆连接孔直径

d：牵引车牵引销直径

α：坡道角度

θ：连接销中心到前轮与地面接触点连线与水平面夹角

β：拖车牵引杆总成与坡道夹角

h：牵引杆总成水平状态中心与地面高度

L1：回转桥中心到连接销中心水平距离

L2：牵引杆总成工作长度

t：牵引杆厚度

L：拖车牵引机构总的工作长度（L=L1+L2）

要保证牵引车牵引拖车通过α度坡道时牵引杆连接孔和牵引车的牵引销不干涉，必须满足的条件是：拖车牵引机构中的牵引杆连接孔直径孔径D减去牵引杆厚度在坡道上的投影尺寸要大于或等于牵引车牵引销的直径d，即D-t×tanβ≥d。

相关数学模型：

由上述数学模型可推导出β与D、d、t、L1、L2以及α之间的关系。

拖车牵引机构总的工作长度一般是根据拖车宽度和前悬来确定，一般是定值。从式（7）、式（8）可以看出β值与h、L1、θ、α、L2参数有关，其中β值与h、L1、θ、α成一定条件下的正比例关系，与L2成反比例关系，因此减小β值就可以提高牵引列车坡道的通过性。

通过excel表格可进行参数设定和计算，表1为实例计算结果（设 D=50mm；d=45mm；α=15°；t=40mm；h=450mm）。

表1 实例中长度的计算结果

5 结论

通过对牵引车、拖车牵引机构研究，可以对已确定的牵引机构相关参数进行设定，对不确定参数进行优化，得到较为准确设计数据；对设计准确性和设计效率有一定指导意义。另外采用优化后的参数可以快速测算出牵引列车所能通过的坡道能力。