混凝土攪拌運輸車橫向坡道轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計算

朱為國，蔡良生

（1.淮陰工學(xué)院 江蘇省先進制造技術(shù)重點實驗室，江蘇 淮安 223003；2.山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

混凝土攪拌運輸車橫向坡道轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計算

朱為國1，蔡良生2

（1.淮陰工學(xué)院 江蘇省先進制造技術(shù)重點實驗室，江蘇 淮安 223003；2.山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

根據(jù)國家特種車輛設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選取混凝土攪拌運輸車側(cè)翻穩(wěn)定性計算的各項參數(shù)，對具有橫向坡道路面不同轉(zhuǎn)向和旋向的混凝土攪拌運輸車側(cè)翻穩(wěn)定性進行計算。計算結(jié)果可以為規(guī)范二類通用底盤型混凝土攪拌運輸車安全行駛車速提供理論依據(jù)，控制混凝土攪拌運輸車在橫向坡道上轉(zhuǎn)向側(cè)翻的最高行駛車速。

混凝土攪拌運輸車；橫向坡道；參數(shù)選擇；穩(wěn)定性計算

0 引 言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，中國房地產(chǎn)行業(yè)以及道路建設(shè)工程遍地開花，這也使得混凝土攪拌運輸車得到了大量的使用，同樣伴隨著大量混凝土攪拌運輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻的交通事故的發(fā)生。混凝土攪拌運輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻問題既與行駛時攪拌筒帶動筒內(nèi)混凝土旋轉(zhuǎn)，使其整車質(zhì)心朝某個確定方向偏移的情況有關(guān)，也與運輸車行駛狀態(tài)有關(guān)。目前，在混凝土攪拌運輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性的計算上，多數(shù)只是提供一種穩(wěn)定性的計算方法或只對單一路況或單一工況下的穩(wěn)定性進行研究與計算，不足以形成統(tǒng)一的規(guī)范來保證混凝土攪拌運輸車的轉(zhuǎn)向安全，尤其是在具有橫向坡道的道路上。本文根據(jù)國家特種車輛設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，選取計算參數(shù)，對具有橫向坡道路況下不同轉(zhuǎn)向和旋向的混凝土攪拌運輸車側(cè)翻穩(wěn)定性進行計算，為混凝土攪拌運輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性控制提供理論依據(jù)［1－4］。

混凝土攪拌運輸車在具有橫向坡道的路面上轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性的計算可以分為重載、空載兩種工況。

1 重載轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計算

1.1 重載左旋左轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車重載在橫向坡道左旋左轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖1所示。

根據(jù)受力平衡

圖1 重載左旋左轉(zhuǎn)彎受力

發(fā)生側(cè)翻時，F(xiàn)Z1＝0，則

整理得

混凝土攪拌運輸車不發(fā)生側(cè)翻的極限車速

本文取g＝9.8m·s－2，R＝15m，B＝1 820mm。重心距離側(cè)翻外側(cè)車輪平面的距離x是由混凝土攪拌運輸車攪拌筒對重心偏移度e的影響來決定的，即

式中：e1為道路拱坡度對穩(wěn)定幅的影響值；e2為混凝土攪拌過程中的偏心力矩對穩(wěn)定幅的影響值；e3為輪胎變形對穩(wěn)定幅的影響值；e4為懸掛變形對穩(wěn)定幅的影響值。本文取e1＝38mm，e2＝52mm，e3＝78mm，e4＝256mm。

重載時重心高度

式中：攪拌桶半徑φ＝2 432mm；前端載荷作用點高度h1＝1 500mm。

由式（4）解得：Uamax≈28.96km·h－1。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，專用車轉(zhuǎn)彎安全車速不大于45km·h－1，可計算得βamax＝34.86°。

1.2 重載左旋右轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車重載在橫向坡道左旋右轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖2所示。

圖2 重載左旋右轉(zhuǎn)彎受力

1.3 重載右旋左轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車重載在橫向坡道路右旋左轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖3所示。

圖3 重載右旋左轉(zhuǎn)彎受力

1.4 重載右旋右轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車重載在橫向坡道路右旋右轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖4所示。

2 空載轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計算

圖4 重載右旋右轉(zhuǎn)彎受力

在具有橫向坡道的路面上，混凝土攪拌運輸車罐體內(nèi)無混凝土?xí)r，道路拱坡度對轉(zhuǎn)彎工況穩(wěn)定幅的影響值e1，對混凝土攪拌運輸車的重心偏移有很大程度的影響；在空載的時候旋轉(zhuǎn)扭矩對穩(wěn)定幅的影響值e2對混凝土攪拌運輸車的重心偏移的影響相對較小，在計算過程中可以近似取為0；輪胎變形、懸架變形對穩(wěn)定幅的影響值e3、e4相對于重載時會有所下降，但還是對混凝土攪拌運輸車的重心偏移有一定程度的影響。本文取e1＝38mm，e2＝0mm，e3＝26mm，e4＝84mm。

空載時的重心高度計算得

式中：前端載荷作用點高度h1＝1 500mm，后端載荷作用點高度h2＝2 500mm。

混凝土攪拌運輸車在具有橫向坡道的路面上空載轉(zhuǎn)向的側(cè)翻穩(wěn)定性計算還必須考慮到以下情況。

2.1 空載左旋左轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車空載在橫向坡道路左旋左轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖5所示。

圖5 空載左旋左轉(zhuǎn)彎受力

由式（4）解得Uamax≈43.24km·h－1，βamax≈24.51°。

2.2 空載左旋右轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車空載在橫向坡道路左旋右轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖6所示。

圖6 空載左旋右轉(zhuǎn)彎受力

2.3 空載右旋左轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車空載在橫向坡道路右旋左轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖7所示。

圖7 空載右旋左轉(zhuǎn)彎受力

2.4 空載右旋右轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計算

混凝土攪拌運輸車空載在橫向坡道路右旋右轉(zhuǎn)彎的受力情況如圖8所示。

3 結(jié) 語

圖8 空載右旋右轉(zhuǎn)彎受力

根據(jù)混凝土攪拌運輸車設(shè)計國家標(biāo)準(zhǔn)選取計算所需的各項參數(shù)，通過計算得到了混凝土攪拌運輸車在具有橫向坡道的路面上轉(zhuǎn)向行駛時最高行駛速度以及最大橫向坡度。

（1）混凝土攪拌運輸車重載時，左旋左轉(zhuǎn)彎最大行駛速度為28.96km·h－1，最大橫向坡度為34.86°；左旋右轉(zhuǎn)彎最大行駛速度為31.83km·h－1，最大橫向坡度為32.75°；右旋左轉(zhuǎn)彎最大行駛速度為31.83km·h－1，最大橫向坡度為32.75°；右旋右轉(zhuǎn)彎最大行駛速度為28.96km·h－1，最大橫向坡度為34.86°。

（2）混凝土攪拌運輸車空載時，左旋左轉(zhuǎn)彎、左旋右轉(zhuǎn)彎、右旋左轉(zhuǎn)彎、右旋右轉(zhuǎn)彎的最大行駛速度均為43.24km·h－1，最大橫向坡度均為24.51°。

可見，重載時轉(zhuǎn)向和旋向?qū)囁俸偷缆窓M向坡度角均有影響，而空載時基本無影響。

［1］蔡良生，朱為國.混凝土攪拌運輸車水平道路轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計算［J］.筑路機械與施工機械化，2004，31（3）：84－86.

［2］胡素云，王窈惠，宋友發(fā).混凝土攪拌運輸車行駛穩(wěn)定性分析［J］.筑路機械與施工機械化，2010，27（11）：78－81.

［3］黃躍申.混凝土攪拌車穩(wěn)定性分析［J］.建筑機械技術(shù)與管理，2006，19（9）：82－88.

［4］賀 勁，周潤伽，帥國菊.論混凝土攪拌運輸車的行駛速度限制［J］.建筑機械，2003（7）：36－38.

Rollover Stability Calculation of Transit Mixing Truck on Transverse Slope

ZHU Wei－guo1，CAI Liang－sheng2
（1.Jiangsu Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology，Huaiyin Institute of Technology，Huai'an 223003，Jiangsu，China；2.School of Transportation and Vehicle Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，Shandong，China）

According to the special vehicle design standard，the parameters were selected to calculate the rollover stability of transit mixing truck on the transverse slope with different directions of steering and rotation.The results could provide a theoretical basis for regulating the safe driving speed of transit mixing trucks with general chassis in category 2，and controlling the highest speed of transit mixing truck while steering.

transit mixing truck；transverse slope；parameter selection；stability calculation

U415.52

B

1000－033X（2015）08－0086－03

2015－01－10

淮安市科技支撐計劃項目（SN13044）

［責(zé)任編輯：王玉玲］