对西南地区粉粒物料运输车的研究设计

朱德见

关键词：粉粒物料运输车行驶方程重心布置

1前言

2003年.建设部等四部委联合发布《关于限期禁止在城市城区现场搅拌混凝土的通知》.2004年七部委又出台了《散装水泥管理办法》。迄今为止.粉粒物料运输车在政策推动下，经过近20年的发展，产品有了长足的进步。2016年7月26日.GB 1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》正式发布。后续交通运输部联合多部委.又接连发布《关于进一步做好货车非法改装和超限超载治理工作的意见》和《车辆运输车治理工作方案》。

在产品标准、国家政策等多重引导下.粉粒物料运输车的发展越来越规范。目前市场上主流产品的容积基本在30-45m3之间。且车型以半挂车为主。

虽然我国的高等级公路里程数远居世界第一.但在西南区域.很多地方仍然存在局部路段坡度大、乡村道路宽度狭小、多雨湿滑等路况，受道路条件影响，这些地区的粉粒物料运输单车及粉粒物料运输半挂车并存。单车的整备质量大，以标准的40m3罐体为例，整备质量一般在18t，在标准限值内的允许载货量仅为13t;半挂牵引车按9t计，当前挂车重量一般在5.8t左右.则半挂车允许载货量为34.2t，比单车载货量大很多。尽管单车相比挂车劣势不少。仍然有不少用户选择单车.其主要原因是在一些路段半挂车容易打滑，行驶困难。

根据这些问题，现针对西南区域的粉粒物料运输车的设计提出一些匹配方案以供参考。

2总布置对驱动的影响

图1为某款底盘的粉罐单车，底盘轴距为1800mm+4600mm+1400mm，底盘整备质量为11900kg双前桥轴荷为7400kg，中后桥轴荷为4500kg;罐体容积40m，罐体重量6200kg;罐体中心（重心）距离平衡悬挂为1335mm。

载荷状态考虑两种情况，一种是标准载荷，即整车总重31000kg，此时罐体含介质的重量为19100kg;另一种超载载荷，按容积拉特殊介质，介质载荷考虑为40000kg，此时罐体含介质的重量为46200kg。

图2为某款牵引车匹配的35m3半挂车，牵引车轴距为3300mm+1350mm，鞍座前置距为300mm;罐体牵引销距第一挂车轴为4750mm，罐体重心距挂车悬挂重心2340mm。

牵引车整备质量8850kg前桥轴荷5060kg，中后桥轴荷3790kg;罐车自重5800kg。载荷状态考虑为满载，即列车总重为49000kg，此时介质质量为34350kg。

目前无论是粉粒物料运输单车，还是粉粒物料运输半挂车，其所匹配发动机功率都很大，一般选择450马力及以上，变速箱一般选择12档，头档速比都很大。

按发动机动力传递正向核算，驱动力都远远大于起步阻力，但实际在坡道起步时打滑，是受限于路面提供的摩擦力不足。

车辆起步时.其驱动力来源于路面与驱动桥轮胎的摩擦，此时，驱动轮胎处于滑移状态，非驱动轮处于滚动状态。如图1、图2，其驱动均是中后桥驱动，则应分析这两类产品在多种负荷状态下路面驱动力的大小及起步阻力，其中起步阻力包括滚动阻力与坡道阻力，坡道低速启动时，忽略风阻，重载车辆缓慢起步时加速阻力考虑为零。

正常干燥混凝土路面的摩擦因数为0.6.雨天路面摩擦因数降为0.4，雪天则为0.28，结冰路面就更低，只有0.1。根据道路使用要求。三级道路坡度不大于8%.即a=4.6°（见表1）;等外公路坡度不大于12%，即a=6.8°（见表2）。

从表1和表2计算可知，对于粉粒物料单车，在湿滑的混凝土路面，即使坡度为12%时，路面提供的附着力也远远大于阻力才能得以顺利起步。但对于粉粒物料半挂车.在大坡度情况下，即使在额定载荷范围内，其路面的附着力裕量已经很小，坡道起步已经比较困难，因此车辆打滑的情况频频发生。

西南区域雨天较多，冬季时常伴有零星积雪，根据表3，在道路条件很差时，考虑路面摩擦因数取中间值0.35，计算结果见表4。从表4数据可以看出，粉粒物料单车附着力仍然足够，但对于粉粒物料半挂车，空载状态时，驱动力为19963N，仅略大于起步阻力19963-19793=170N，已经出现起步困难现象;满载状态时，驱动力61727N已经小于起步阻力66200N，车辆不能起步。

表4中牵引销轴距设置为4750mm，现将牵引销轴距予以调整，减少为4200mm，其余计算条件同表4，最终计算结果见表5。

从表5数据可以看出，当牵引销轴距缩短后：空载状态时，驱动力为20664N，比轴距为4750mm时增加了701N;满载状态时，驱动力为66601N，比轴距为4750mm时增加了4874N，虽然仅略大于起步阻力，也已经表明总体趋势是随着轴距的缩短。能有效改善粉粒物料运输半挂车打滑的情况。

3罐体的系列化设计

许多粉粒物料运输半挂车罐体设计为前后封头直径一致，或者是后封头直径大于前封头直径，根据前述分析，这类产品在西南区域的适应性将打折扣。

考虑整车高度不超过4m.在牵引销位置与挂车悬挂位置尽量靠近的情况下，结合物料安息角的考虑，已经构成了一个立体框架空间，在此空间内考虑罐体的系列化如下：

a.前后封头直径一致，或者选择前封头直径略大，更有利于驱动力的发挥。

b.标载是发展的主流.卧式半挂车主要运输介质为水泥、石粉、生石灰等.则罐体容积设定在30～35m3综合效益更佳，其中33m3居于中位.应作为首选。

c.罐体封头的选择、筒体的布置，应结合制造工藝充分考虑，主要考虑焊缝成形的质量控制，考虑板料下料的利用率等。

4结语

通过对车辆行驶方程的分析，计算了粉粒物料运输单车与半挂车在实际使用中驱动力一阻力平衡的情况.表明在半挂罐车设计时应考虑的布置是重心分布应尽量靠近牵引车，从而能有效提高产品的地域适应性、气象适应性。