某重型多轴线汽车列车性能分析及使用注意事宜

摘要：某重型多轴线汽车列车专门承担重要大件货物运输工作，为满足大件货物运输的承载要求，实现大件货物的安全顺利运输，该汽车列车在组成结构、道路适应性、牵引能力、承载能力等方面都进行了针对性的设计，通过对该汽车列车的能力分析，提出了使用注意和后续型号改进建议。

关键词：汽车列车；半挂车；性能分析；建议

中图分类号：TH469.5  收稿日期：2022-09-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.008

1 前言

汽車列车是公路运输中重要的车种之一，具有其他运输方式无法替代的优势，能完成其他运输途径所不能完成的或难以完成的有特定要求的物资运输工作。为了安全、便捷完成特定的大件货物的公路运输工作，对一些特殊重要的大件货物，往往针对运输对象特点、运输道路特点和运输要求设计专用的大件货物运输汽车列车。大件货物运输汽车列车种类较多，特别是汽车半挂车运输列车在日常生产生活中经常可见，在一些超大尺寸、超大重量的特殊货物运输中，发挥了重要作用。

某重型多轴线汽车列车就是为完成某大件货物运输专门设计的，由专用牵引车和多轴线式半挂平板车构成。该汽车列车的设计既要考虑货物尺寸大、重量大、运输平稳性要求较高等，也要考虑运输道路狭窄、坡度较大、以及存在多处转弯等因素，因此在该汽车列车结构功能设计上做了大量工作，用来实现安全运输工作。

2 某重型液压悬挂汽车列车组成及结构设计特点

汽车列车是指一辆汽车（货车或牵引车）与一辆或一辆以上挂车的组合[1]。载货汽车和牵引车为汽车列车的驱动车节，简称主车，而被主车牵引的从动车节称为挂车。汽车列车按照结构不同分为全挂汽车列车、半挂汽车列车、双挂汽车列车、特种汽车列车等。半挂汽车列车是由一辆半挂牵引车和一辆半挂车组合而成的，由于半挂汽车列车具有操作性灵活、行驶的安全性和稳定性较好等突出优点，在汽车列车领域发展迅速，某重型多轴线汽车列车也采用了半挂汽车列车这种形式。

2.1 某重型汽车列车组成

某重型多轴线汽车列车由一台牵引车和一台半挂平板车组成，二者通过牵引销和牵引鞍座连接。牵引车采用8×8整体驱动结构，主要由驾驶室、动力系统、传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统、电气系统等组成，在动力系统、传动系统、行驶系统等方面突出货物重载要求和大功率牵引能力要求；半挂车采用双排六线12轴低平板半挂结构，主要由动力单元、液压系统、转向系统，车架、车桥、制动系统、电气系统等组成，动力单元安装在牵引鹅颈上方，通过液压控制系统连接控制半挂车液压悬挂支撑系统、行驶液压辅助驱动系统和液压转向系统。

2.2 某重型汽车列车结构设计特点

该汽车列车的整体设计和采用的结构，以实现大件货物在不同路面条件和气候环境下的安全可靠的牵引运输为主要关注点，同时兼顾操作维护的简洁方便。

2.2.1 牵引车设计特点

牵引车采用8×8整体驱动结构，主要为满足大吨位牵引需求；发动机选用WP13.550型直列六缸水冷大功率柴油发动机，国内重型牵引车主流发动机，功率指标满足大吨为货物运输的功率要求；采用自动挡变速器，以匹配液力变矩器，控制操作方便，速度变化平稳；车桥采用非独立整体驱动车桥，共四桥，分别为双转向驱动前桥一桥，重载驱动中桥和后桥，承载能力强，各驱动桥安装有轮间差数锁，以提高路面通行能力。采用带减震器的钢板弹簧前桥旋架和带平衡轴的倒置钢板弹簧后桥悬架，重载工况下减震性能平顺。采用两自由度牵引座，能够适应不同路面条件下横向和纵向两个方向的摆动量，提高了使用上的可靠性。

2.2.2 半挂车设计特点

半挂车采用双排六线12轴低平板半挂结构，每轴两侧为双轮胎，主要为了合理分配货物运输轴荷，满足公路运输时路面对车辆轴荷的要求，实现利用普通路面的大范围运输保障，低平板结构使货物运输时的整体重心高度降低，保证对货物运输的安全影响。

安装在固定鹅颈上方动力单元采用独立的东风康明斯发动机带动柱塞变量泵，为半挂车提供液压动力源。半挂车的六线12轴采用液压悬挂系统，单侧六轴液压悬挂系统液压油互通，实现轴荷平均分配，液压悬挂采用油缸结构，通过压力调整油缸高度来调整运输平板高度。

半挂车从前到后的1～6桥可以实现悬挂浮动，其中第2、4桥具有低速液压辅助驱动功能，其他为从动桥，根据路面坡度和车辆承载状态进行调整各桥工作状态，以适应极限爬坡。半挂车转向通过安装在牵引销上方的转向圆盘带动液压缸，经由液压管路来驱动半挂车车轴上方的油缸，来实现半挂车车轮转向。转向传动机构主要包括转向油缸、转向拉杆、转向板等。半挂车各转向轮与回转中心要一致，最大限度地减小了汽车列车整车的转弯半径，使其具有良好的通过性。

3 某重型多轴线汽车列车性能分析

作为一种交通运输工具，汽车列车必须具备一定的性能和能力才能保证安全、高效完成相应的运输任务，这种能力体现在车辆满足法规要求、适应使用环境、发挥最佳运输效能等方面[2]。反映汽车性能的指标参数很多，如动力性能、经济性能、制动性能、操作稳定性、行驶平顺性、通过性能、安全性能等。

汽车作为一种现代生产生活中不可或缺的通用性较强的工业产品，对汽车性能指标的考核评判，国家及行业基本建立了完备的标准体系和检查检验方法。但不同种类汽车间其性能存在差异，这些差异是保障汽车完成特殊运输任务前提。

因此在汽车列车的使用中，必须认真研究分析汽车运用特殊条件、货物运输任务的特殊要求，对汽车的有关性能指标进行重点关注，才能保障汽车列车的安全高效的运用。下面对某重型多轴线汽车列车需要特殊关注的性能指标结合实际使用进行分析。

3.1 公路通过性能分析

某重型多轴线汽车列车在大件货物装载的条件下，即为超限运输车辆，超限车辆在公路上行驶，存在极大安全风险，因此汽车列车使用时必须对其公路通过性能进行分析，研究在现有的公路条件以及一定的载质量下，以一定的平均速度完成相应的运输任务的能力。

在暂不考虑汽车列车牵引能力的情况下，汽车列车的公路通过性能主要分析其设计参数与公路相关联的法律、标准和规章制度的符合程度，是否具备在公路上安全行驶的基本条件。在日常汽车列车使用中接触到的与公路相关的法律、标准和规章制度主要有《公路法》《GB 1589-2016汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》《超限运输车辆行驶公路管理规定（交通运输部2021年8月11日）》《公路工程技术标准》等。这些法律、标准、制度与汽车相关核心内容要求汽车列车的轴荷分布和车辆尺寸在规定的范围之内，才能保证汽车列车在公路上的行驶安全。

首先依据《GB 1589-2016汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》对某重型液压悬挂汽车列车的实际几何尺寸和轴荷分布进行核算，经查符合要求；其次依据《JTGB01-2014公路工程技术标准》对汽车列车拟行驶的公路种类等级进行分析，重点分析不同等级公路桥梁的承载能力，尤其要考虑公路桥梁承载能力；最后依据《超限运输车辆行驶公路管理规定》有关要求，制定超限运输有关方案，审批后开展运输工作。公路通过性能分析是保障安全运输的基本条件，必须在汽车列车论证、设计和实际使用全程贯彻。

3.2 牵引能力分析

当汽车列车沿水平路面直线行驶时，其牵引动力是从牵引车发动机发出的，经由变速器、分动器等传动系统传至驱动车轮，并通过轮胎转化为地面摩擦力的驱动力Ft牵引车，此外某重型多轴线汽车列车的挂车部分配有液压驱动装置，在挂车驱动轮端液压油以一定压强作用在液压马达活塞端面，形成转矩驱动挂车车轮，同样通过轮胎转化为地面摩擦力的驱动力Ft挂车，牵引车和挂车驱动力之和构成汽车列车牵引力Ft，即：

Ft=Ft牵引车+Ft挂车                         （1）

这里汽车列车的牵引车发动机与挂车液压动力源的发动机为两个独立工作的发动机，其中，

Ft牵引车=Ttqigi0ηT/r牵引车                       （2）

这里，Ttq为发动机输出的扭距，igi0为牵引车传动系统传动比，ηT为传动系统的机械效率，r牵引车为牵引车驱动轮胎半径。

Ft挂车=T挂车N驱动/r挂车                      （3）

这里，T挂车为单个挂车液压马达输出的扭距，N驱动为挂车液压驱动轮参与工作数量，r挂车为挂车液压驱动轮半径。

可见，汽车列车的牵引能力与牵引车发动机输出特性、传动系统的传动比及传动效率、挂车液压系统压强及液压马达特性、牵引车轮和挂车驱动轮半径相关。

根据汽车行驶方程，有，

Ft=F?+Fw+Fi+Fj                          （4）

式中，Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；Fi为坡道阻力；Fj为加速阻力。

汽车正常行驶的判定条件为汽车开始运动，即加速阻力Fj≥0，即

Ft-F?-Fw-Fi=Fj≥0                        （5）

可推出

Ft≥F?+Fw+Fi                             （6）

汽车驱动轮上的主动力必须大于或者等于行驶阻力，是汽车行驶的必要条件。汽车驱动力是地面提供给驱动轮的摩擦力，它一方面依靠发动机提供动力来保障，另一方面也会受到地面与轮胎之间的摩擦特性所决定汽车行驶的附着条件约束，附着条件是表示地面能够提供给驱动轮胎反作用力的极限值，用附着力Fφ表示，且Fφ≥Ft。

滚动阻力F?可用汽车重力G、坡道角度α和路面滚动阻力系数?表示，Ff=G?cosα；坡道阻力Fi用汽车重力G、坡道角度α表示，Fi=Gtanα。综合以上可以得到下式：

Fφ≥Ft≥G?cosα+Fw+Gtanα                       （7）

通过上式分析可以得到，对一辆出厂的汽车列车来讲，汽车列车行驶所需驱动力的大小与汽車列车的自重、路面坡度及车辆与路面的接触状态相关；汽车列车所提供的动力大小与汽车发动机状态、传动系统状态及汽车驱动轮轮胎尺寸相关，汽车列车将所提供的动力转化为牵引力能力，与汽车列车和行驶道路的附着条件相关。利用此公式，还可以推算出汽车列车的爬坡能力。

3.3 承载能力分析

半挂平板车是汽车列车大件货物运输的承载平台，本汽车列车半挂车采用低平板结构，半挂车通过车架、悬挂、轮胎实现货物的承载，货物载荷通过车架和鹅颈分别传递，通过车架将部分货物载荷传递给挂车悬挂系统及轮胎至路面，通过半挂车鹅颈传递给牵引车鞍座，进而传递给牵引车悬挂及轮胎到达路面[3]。

车架的作用就是承担载荷并合理分配载荷到每个车桥，并保持一定的刚度要求。车架主要由固定鹅颈、连接端梁、单根纵梁、10根横梁、20根翼梁、两根侧边梁焊接而成，鹅颈、端梁、纵梁、横梁、翼梁横截面均为箱形结构。挂车采用固定鹅颈结构，鹅颈安装90牵引销，保证牵引力传递[4]。鹅颈通过端梁与纵梁相连，并起到横梁的作用。纵梁是车架的主要承载部件，在材料和尺寸的设计上，充分考虑了大吨位货物的承载强度和刚度要求，能够承受在汽车列车货物运输行驶中产生的较大弯曲应力。为了提高车架的整体刚度，横梁采取同时与纵梁上翼缘及腹板相连接的方式，同时在横梁下面与纵梁侧面间焊接加强板，提高了横梁的强度与刚度，翼梁与横梁间也采取了相同的连接方式，车架的这种整体结构保证了货物运输的承载强度要求和车架变形量较小的刚度要求。

液压悬挂装置是挂车的主要支撑装置，主要由悬臂、摆臂和悬架油缸等组成，悬挂立轴用螺栓安装在车架横梁上，液压悬挂装置通过油缸液压油量的变化，实现举升和降落运动，可以实现车架高度可调，适应凹凸不平路面，通过障碍物平稳，有利于降低震动和冲击负荷。悬挂装置通过控制阀组可以实现单侧悬架油缸相互连通，油缸连通后挂车各轴载荷相同。根据预载货物质量，通过调整液压悬挂装置高度，设置车架高度，使牵引车与半挂车轴荷的合理分布，实现汽车列车的承载行驶。

4 某重型多轴线汽车列车实车使用注意事宜

某重型多轴线汽车列车承担的运输工作，因货物性质特殊，要实现安全顺利的货物运输工作，必须要保持良好的车辆技术状态、正确的使用操作、周密的运输筹划，因此该汽车列车在使用时重点关注以下几个方面。

4.1 运输路线勘察

承运货物的特殊性和重要性使某重型多轴线汽车列车承担货物的运输过程较为复杂，需要筹划和考虑运输路线[5]，汽车与公路相辅相生，选择合适的运输路径，是保证汽车列车运输任务完成的基础。

a.对运输路线进行选择。重点考虑路面承载能力、空障通过性、桥梁通过性、转弯半径通过性、坡度通过性等，综合汽车列车加载货物后的性能指标与运输道路通过能力，选择合理运输路线，必要时要有备份路线，对必须经过路线的道路指标不满足安全通过要求的，要进行加固和改造，如路面加固、桥梁加固、障碍拆除、路面拓宽等。也可对汽车列车采取加强措施，提高行驶能力，如增加配合牵引车辆，提高爬坡能力等。路线选择的原则是保证货物运输的安全、可靠和时效，尽量减少对运输道路桥梁的维修加固工作。

b.对运输时机进行选择。汽车列车运输大件货物在路面上行驶属于超限车辆行驶，尽量减少因交通堵塞等造成不良社会影响，按照有关要求将运输工作提前报请有关部门。

c.注意合理的环境时机。不同环境时机对车辆在路面的附着条件和风阻有一定的影响，如雨雪天气、寒暑天气、大风天气等，可能改变汽车列车临界能力，进而影响货物运输能力，应充分考虑。对选定的运输路线必须实际踏勘，有条件的可进行汽车列车空车踏勘和计算机仿真模拟。

4.2 车辆维护检查

做好汽车列车维护检查，保持其良好技术状态，是大件货物运输工作安全顺利的基础。重型多轴线汽车列车的维护检查除了按汽车维护规定内容开展外，尤其要重视汽车列车的液压气压系统的检查维护。重型多轴线汽车列车的液压系统主要包括挂车悬挂支撑、挂车辅助转向、挂车辅助动力等部分，各种液压管路、接头、阀门油缸遍布挂车，易发生高压油爆管、爆缸和泄露，故障后果轻则车辆停驶，重则车辆倾覆。

汽车列车使用时首先要确认液压油质量和容量是否满足要求，及时更换变质液压油，补充不足液压油。要认真检查液压管路，特别是高压软管，如有磨损、划伤、凸起等不正常现象必须拆换。对照使用规程检查液压管路上各类阀门及其电控系统的技术状态和工作狀态，避免因阀门误动作和误操作引起液压系统故障。

汽车列车的高压气体管路、储气筒承担汽车列车刹车制动，作用也十分重要，应参照液压管路模式，重点检查维护。汽车列车轮胎技术状态也十分关键，大件运输属于超重运输，载荷重量最后通过车轮传递给路面，要关注轮胎的胎压状况、磨损程度及轮胎间状态一致程度等。

4.3 大件货物装载位置

汽车列车用于货物运输时，如果货物质量远小于汽车列车的额定运输质量，则货物装载位置可以不作详细要求，通常选定半挂车左右居中，前后合适位置即可，汽车列车轴荷分布因货物位置改变不大。对于完成特定大件货物的运输工作，大件货物质量通常接近汽车列车额定运输质量，此时必须提前计算确定大件货物装载位置，通常要求大件货物的质心位置与汽车列车装载位置重合。

某重型多轴线汽车列车采用固定鹅颈，计算货物装载位置时，主要依据装载货物时液压悬挂变形量轮胎变形量，计算出大件货物装载前半挂车货台预设高度，装载货物后，将半挂车鹅颈下平面低于牵引车鞍座上平面控制在1～3 cm，并实现汽车列车轴荷合理分布。大件货物装载位置的变化会引起汽车列车的轴荷分布不均，可能引起运输车辆损坏，通过的路面桥梁坍塌或牵引车因附着力不够，无法提供足够的驱动力牵引汽车列车行驶。

4.4 行驶状态变换

某重型多轴线汽车列车的牵引车设置了轴间差数锁功能，半挂车将六轴线的2、4轴设置为辅助驱动轴，以适应爬坡和通过恶劣路面的需要。汽车列车在通行不同路段时，可将汽车列车设置为不同运行状态，牵引车正常状态+半挂车2、4桥提升、牵引车轴锁工作+半挂车2、4桥提升、牵引车轴锁工作+半挂车2、4桥辅助驱动等，在行驶状态变化过程中，手动操作半挂车2、4桥升降要注意操作安全，选择上坡前和上坡后操作，不可在坡上操作，半挂车辅助驱动工作，要控制牵引车低速运行，前后车速协调。

半挂车在液压随动转向的基础上，设置了左右强制转向功能，可强制减小汽车列车的转弯半径，可提高特殊路段的通过能力，手动操作强制转向时牵引车要控制车速，操作人员注意观察半挂车车身状态，避免安全事故发生。

5 结语

使用某重型多轴线汽车列车运输特定大件货物是众多汽车列车运输大件货物中的个案，特定大件货物运输工作是复杂的系统性工作，需要熟悉掌握运输车辆结构性能、准确无误操作使用及合理应对路面情况。后续类似型号的汽车列车半挂车若将固定鹅颈结构改为动力鹅颈结构、半挂车辅助驱动轮升降手动控制改为自动控制，对该型汽车列车的运输能力和使用安全性会有较大提高。

参考文献：

［1］《汽车工程手册》编辑委员会汽车工程手册（基础篇）［M］北京：人民交通出版社，2001

［2］冯晋祥专用汽车设计［M］.北京：人民交通出版社，2001

［3］唐晓兵配置动力鹅颈的多轴线液压挂车轴荷分布的计算方法［J］专用汽车，2019（7）：80-83

［4］金明新半挂车使用安全性与车辆结构要求［J］商用汽车，2005（7）：87-89

［5］张风云重大货物运输管理［J］国际工程与劳务，2018（5）：76-79

作者简介：

张强，男1973年生，高级工程师，研究方向为装备试验地面设备保障。