某重型多軸線汽車列車性能分析及使用注意事宜

摘要：某重型多軸線汽車列車專門承擔重要大件貨物運輸工作，為滿足大件貨物運輸的承載要求，實現大件貨物的安全順利運輸，該汽車列車在組成結構、道路適應性、牽引能力、承載能力等方面都進行了針對性的設計，通過對該汽車列車的能力分析，提出了使用注意和后續型號改進建議。

關鍵詞：汽車列車；半掛車；性能分析；建議

中圖分類號：TH469.5? 收稿日期：2022-09-16

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.008

1 前言

汽車列車是公路運輸中重要的車種之一，具有其他運輸方式無法替代的優勢，能完成其他運輸途徑所不能完成的或難以完成的有特定要求的物資運輸工作。為了安全、便捷完成特定的大件貨物的公路運輸工作，對一些特殊重要的大件貨物，往往針對運輸對象特點、運輸道路特點和運輸要求設計專用的大件貨物運輸汽車列車。大件貨物運輸汽車列車種類較多，特別是汽車半掛車運輸列車在日常生產生活中經常可見，在一些超大尺寸、超大重量的特殊貨物運輸中，發揮了重要作用。

某重型多軸線汽車列車就是為完成某大件貨物運輸專門設計的，由專用牽引車和多軸線式半掛平板車構成。該汽車列車的設計既要考慮貨物尺寸大、重量大、運輸平穩性要求較高等，也要考慮運輸道路狹窄、坡度較大、以及存在多處轉彎等因素，因此在該汽車列車結構功能設計上做了大量工作，用來實現安全運輸工作。

2 某重型液壓懸掛汽車列車組成及結構設計特點

汽車列車是指一輛汽車（貨車或牽引車）與一輛或一輛以上掛車的組合[1]。載貨汽車和牽引車為汽車列車的驅動車節，簡稱主車，而被主車牽引的從動車節稱為掛車。汽車列車按照結構不同分為全掛汽車列車、半掛汽車列車、雙掛汽車列車、特種汽車列車等。半掛汽車列車是由一輛半掛牽引車和一輛半掛車組合而成的，由于半掛汽車列車具有操作性靈活、行駛的安全性和穩定性較好等突出優點，在汽車列車領域發展迅速，某重型多軸線汽車列車也采用了半掛汽車列車這種形式。

2.1 某重型汽車列車組成

某重型多軸線汽車列車由一臺牽引車和一臺半掛平板車組成，二者通過牽引銷和牽引鞍座連接。牽引車采用8×8整體驅動結構，主要由駕駛室、動力系統、傳動系統、行駛系統、轉向系統、制動系統、電氣系統等組成，在動力系統、傳動系統、行駛系統等方面突出貨物重載要求和大功率牽引能力要求；半掛車采用雙排六線12軸低平板半掛結構，主要由動力單元、液壓系統、轉向系統，車架、車橋、制動系統、電氣系統等組成，動力單元安裝在牽引鵝頸上方，通過液壓控制系統連接控制半掛車液壓懸掛支撐系統、行駛液壓輔助驅動系統和液壓轉向系統。

2.2 某重型汽車列車結構設計特點

該汽車列車的整體設計和采用的結構，以實現大件貨物在不同路面條件和氣候環境下的安全可靠的牽引運輸為主要關注點，同時兼顧操作維護的簡潔方便。

2.2.1 牽引車設計特點

牽引車采用8×8整體驅動結構，主要為滿足大噸位牽引需求；發動機選用WP13.550型直列六缸水冷大功率柴油發動機，國內重型牽引車主流發動機，功率指標滿足大噸為貨物運輸的功率要求；采用自動擋變速器，以匹配液力變矩器，控制操作方便，速度變化平穩；車橋采用非獨立整體驅動車橋，共四橋，分別為雙轉向驅動前橋一橋，重載驅動中橋和后橋，承載能力強，各驅動橋安裝有輪間差數鎖，以提高路面通行能力。采用帶減震器的鋼板彈簧前橋旋架和帶平衡軸的倒置鋼板彈簧后橋懸架，重載工況下減震性能平順。采用兩自由度牽引座，能夠適應不同路面條件下橫向和縱向兩個方向的擺動量，提高了使用上的可靠性。

2.2.2 半掛車設計特點

半掛車采用雙排六線12軸低平板半掛結構，每軸兩側為雙輪胎，主要為了合理分配貨物運輸軸荷，滿足公路運輸時路面對車輛軸荷的要求，實現利用普通路面的大范圍運輸保障，低平板結構使貨物運輸時的整體重心高度降低，保證對貨物運輸的安全影響。

安裝在固定鵝頸上方動力單元采用獨立的東風康明斯發動機帶動柱塞變量泵，為半掛車提供液壓動力源。半掛車的六線12軸采用液壓懸掛系統，單側六軸液壓懸掛系統液壓油互通，實現軸荷平均分配，液壓懸掛采用油缸結構，通過壓力調整油缸高度來調整運輸平板高度。

半掛車從前到后的1～6橋可以實現懸掛浮動，其中第2、4橋具有低速液壓輔助驅動功能，其他為從動橋，根據路面坡度和車輛承載狀態進行調整各橋工作狀態，以適應極限爬坡。半掛車轉向通過安裝在牽引銷上方的轉向圓盤帶動液壓缸，經由液壓管路來驅動半掛車車軸上方的油缸，來實現半掛車車輪轉向。轉向傳動機構主要包括轉向油缸、轉向拉桿、轉向板等。半掛車各轉向輪與回轉中心要一致，最大限度地減小了汽車列車整車的轉彎半徑，使其具有良好的通過性。

3 某重型多軸線汽車列車性能分析

作為一種交通運輸工具，汽車列車必須具備一定的性能和能力才能保證安全、高效完成相應的運輸任務，這種能力體現在車輛滿足法規要求、適應使用環境、發揮最佳運輸效能等方面[2]。反映汽車性能的指標參數很多，如動力性能、經濟性能、制動性能、操作穩定性、行駛平順性、通過性能、安全性能等。

汽車作為一種現代生產生活中不可或缺的通用性較強的工業產品，對汽車性能指標的考核評判，國家及行業基本建立了完備的標準體系和檢查檢驗方法。但不同種類汽車間其性能存在差異，這些差異是保障汽車完成特殊運輸任務前提。

因此在汽車列車的使用中，必須認真研究分析汽車運用特殊條件、貨物運輸任務的特殊要求，對汽車的有關性能指標進行重點關注，才能保障汽車列車的安全高效的運用。下面對某重型多軸線汽車列車需要特殊關注的性能指標結合實際使用進行分析。

3.1 公路通過性能分析

某重型多軸線汽車列車在大件貨物裝載的條件下，即為超限運輸車輛，超限車輛在公路上行駛，存在極大安全風險，因此汽車列車使用時必須對其公路通過性能進行分析，研究在現有的公路條件以及一定的載質量下，以一定的平均速度完成相應的運輸任務的能力。

在暫不考慮汽車列車牽引能力的情況下，汽車列車的公路通過性能主要分析其設計參數與公路相關聯的法律、標準和規章制度的符合程度，是否具備在公路上安全行駛的基本條件。在日常汽車列車使用中接觸到的與公路相關的法律、標準和規章制度主要有《公路法》《GB 1589-2016汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》《超限運輸車輛行駛公路管理規定（交通運輸部2021年8月11日）》《公路工程技術標準》等。這些法律、標準、制度與汽車相關核心內容要求汽車列車的軸荷分布和車輛尺寸在規定的范圍之內，才能保證汽車列車在公路上的行駛安全。

首先依據《GB 1589-2016汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》對某重型液壓懸掛汽車列車的實際幾何尺寸和軸荷分布進行核算，經查符合要求；其次依據《JTGB01-2014公路工程技術標準》對汽車列車擬行駛的公路種類等級進行分析，重點分析不同等級公路橋梁的承載能力，尤其要考慮公路橋梁承載能力；最后依據《超限運輸車輛行駛公路管理規定》有關要求，制定超限運輸有關方案，審批后開展運輸工作。公路通過性能分析是保障安全運輸的基本條件，必須在汽車列車論證、設計和實際使用全程貫徹。

3.2 牽引能力分析

當汽車列車沿水平路面直線行駛時，其牽引動力是從牽引車發動機發出的，經由變速器、分動器等傳動系統傳至驅動車輪，并通過輪胎轉化為地面摩擦力的驅動力Ft牽引車，此外某重型多軸線汽車列車的掛車部分配有液壓驅動裝置，在掛車驅動輪端液壓油以一定壓強作用在液壓馬達活塞端面，形成轉矩驅動掛車車輪，同樣通過輪胎轉化為地面摩擦力的驅動力Ft掛車，牽引車和掛車驅動力之和構成汽車列車牽引力Ft，即：

Ft=Ft牽引車+Ft掛車? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

這里汽車列車的牽引車發動機與掛車液壓動力源的發動機為兩個獨立工作的發動機，其中，

Ft牽引車=Ttqigi0ηT/r牽引車? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

這里，Ttq為發動機輸出的扭距，igi0為牽引車傳動系統傳動比，ηT為傳動系統的機械效率，r牽引車為牽引車驅動輪胎半徑。

Ft掛車=T掛車N驅動/r掛車? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

這里，T掛車為單個掛車液壓馬達輸出的扭距，N驅動為掛車液壓驅動輪參與工作數量，r掛車為掛車液壓驅動輪半徑。

可見，汽車列車的牽引能力與牽引車發動機輸出特性、傳動系統的傳動比及傳動效率、掛車液壓系統壓強及液壓馬達特性、牽引車輪和掛車驅動輪半徑相關。

根據汽車行駛方程，有，

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

式中，Ff為滾動阻力；Fw為空氣阻力；Fi為坡道阻力；Fj為加速阻力。

汽車正常行駛的判定條件為汽車開始運動，即加速阻力Fj≥0，即

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

可推出

Ft≥F?+Fw+Fi? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

汽車驅動輪上的主動力必須大于或者等于行駛阻力，是汽車行駛的必要條件。汽車驅動力是地面提供給驅動輪的摩擦力，它一方面依靠發動機提供動力來保障，另一方面也會受到地面與輪胎之間的摩擦特性所決定汽車行駛的附著條件約束，附著條件是表示地面能夠提供給驅動輪胎反作用力的極限值，用附著力Fφ表示，且Fφ≥Ft。

滾動阻力F?可用汽車重力G、坡道角度α和路面滾動阻力系數?表示，Ff=G?cosα；坡道阻力Fi用汽車重力G、坡道角度α表示，Fi=Gtanα。綜合以上可以得到下式：

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

通過上式分析可以得到，對一輛出廠的汽車列車來講，汽車列車行駛所需驅動力的大小與汽車列車的自重、路面坡度及車輛與路面的接觸狀態相關；汽車列車所提供的動力大小與汽車發動機狀態、傳動系統狀態及汽車驅動輪輪胎尺寸相關，汽車列車將所提供的動力轉化為牽引力能力，與汽車列車和行駛道路的附著條件相關。利用此公式，還可以推算出汽車列車的爬坡能力。

3.3 承載能力分析

半掛平板車是汽車列車大件貨物運輸的承載平臺，本汽車列車半掛車采用低平板結構，半掛車通過車架、懸掛、輪胎實現貨物的承載，貨物載荷通過車架和鵝頸分別傳遞，通過車架將部分貨物載荷傳遞給掛車懸掛系統及輪胎至路面，通過半掛車鵝頸傳遞給牽引車鞍座，進而傳遞給牽引車懸掛及輪胎到達路面[3]。

車架的作用就是承擔載荷并合理分配載荷到每個車橋，并保持一定的剛度要求。車架主要由固定鵝頸、連接端梁、單根縱梁、10根橫梁、20根翼梁、兩根側邊梁焊接而成，鵝頸、端梁、縱梁、橫梁、翼梁橫截面均為箱形結構。掛車采用固定鵝頸結構，鵝頸安裝90牽引銷，保證牽引力傳遞[4]。鵝頸通過端梁與縱梁相連，并起到橫梁的作用。縱梁是車架的主要承載部件，在材料和尺寸的設計上，充分考慮了大噸位貨物的承載強度和剛度要求，能夠承受在汽車列車貨物運輸行駛中產生的較大彎曲應力。為了提高車架的整體剛度，橫梁采取同時與縱梁上翼緣及腹板相連接的方式，同時在橫梁下面與縱梁側面間焊接加強板，提高了橫梁的強度與剛度，翼梁與橫梁間也采取了相同的連接方式，車架的這種整體結構保證了貨物運輸的承載強度要求和車架變形量較小的剛度要求。

液壓懸掛裝置是掛車的主要支撐裝置，主要由懸臂、擺臂和懸架油缸等組成，懸掛立軸用螺栓安裝在車架橫梁上，液壓懸掛裝置通過油缸液壓油量的變化，實現舉升和降落運動，可以實現車架高度可調，適應凹凸不平路面，通過障礙物平穩，有利于降低震動和沖擊負荷。懸掛裝置通過控制閥組可以實現單側懸架油缸相互連通，油缸連通后掛車各軸載荷相同。根據預載貨物質量，通過調整液壓懸掛裝置高度，設置車架高度，使牽引車與半掛車軸荷的合理分布，實現汽車列車的承載行駛。

4 某重型多軸線汽車列車實車使用注意事宜

某重型多軸線汽車列車承擔的運輸工作，因貨物性質特殊，要實現安全順利的貨物運輸工作，必須要保持良好的車輛技術狀態、正確的使用操作、周密的運輸籌劃，因此該汽車列車在使用時重點關注以下幾個方面。

4.1 運輸路線勘察

承運貨物的特殊性和重要性使某重型多軸線汽車列車承擔貨物的運輸過程較為復雜，需要籌劃和考慮運輸路線[5]，汽車與公路相輔相生，選擇合適的運輸路徑，是保證汽車列車運輸任務完成的基礎。

a.對運輸路線進行選擇。重點考慮路面承載能力、空障通過性、橋梁通過性、轉彎半徑通過性、坡度通過性等，綜合汽車列車加載貨物后的性能指標與運輸道路通過能力，選擇合理運輸路線，必要時要有備份路線，對必須經過路線的道路指標不滿足安全通過要求的，要進行加固和改造，如路面加固、橋梁加固、障礙拆除、路面拓寬等。也可對汽車列車采取加強措施，提高行駛能力，如增加配合牽引車輛，提高爬坡能力等。路線選擇的原則是保證貨物運輸的安全、可靠和時效，盡量減少對運輸道路橋梁的維修加固工作。

b.對運輸時機進行選擇。汽車列車運輸大件貨物在路面上行駛屬于超限車輛行駛，盡量減少因交通堵塞等造成不良社會影響，按照有關要求將運輸工作提前報請有關部門。

c.注意合理的環境時機。不同環境時機對車輛在路面的附著條件和風阻有一定的影響，如雨雪天氣、寒暑天氣、大風天氣等，可能改變汽車列車臨界能力，進而影響貨物運輸能力，應充分考慮。對選定的運輸路線必須實際踏勘，有條件的可進行汽車列車空車踏勘和計算機仿真模擬。

4.2 車輛維護檢查

做好汽車列車維護檢查，保持其良好技術狀態，是大件貨物運輸工作安全順利的基礎。重型多軸線汽車列車的維護檢查除了按汽車維護規定內容開展外，尤其要重視汽車列車的液壓氣壓系統的檢查維護。重型多軸線汽車列車的液壓系統主要包括掛車懸掛支撐、掛車輔助轉向、掛車輔助動力等部分，各種液壓管路、接頭、閥門油缸遍布掛車，易發生高壓油爆管、爆缸和泄露，故障后果輕則車輛停駛，重則車輛傾覆。

汽車列車使用時首先要確認液壓油質量和容量是否滿足要求，及時更換變質液壓油，補充不足液壓油。要認真檢查液壓管路，特別是高壓軟管，如有磨損、劃傷、凸起等不正常現象必須拆換。對照使用規程檢查液壓管路上各類閥門及其電控系統的技術狀態和工作狀態，避免因閥門誤動作和誤操作引起液壓系統故障。

汽車列車的高壓氣體管路、儲氣筒承擔汽車列車剎車制動，作用也十分重要，應參照液壓管路模式，重點檢查維護。汽車列車輪胎技術狀態也十分關鍵，大件運輸屬于超重運輸，載荷重量最后通過車輪傳遞給路面，要關注輪胎的胎壓狀況、磨損程度及輪胎間狀態一致程度等。

4.3 大件貨物裝載位置

汽車列車用于貨物運輸時，如果貨物質量遠小于汽車列車的額定運輸質量，則貨物裝載位置可以不作詳細要求，通常選定半掛車左右居中，前后合適位置即可，汽車列車軸荷分布因貨物位置改變不大。對于完成特定大件貨物的運輸工作，大件貨物質量通常接近汽車列車額定運輸質量，此時必須提前計算確定大件貨物裝載位置，通常要求大件貨物的質心位置與汽車列車裝載位置重合。

某重型多軸線汽車列車采用固定鵝頸，計算貨物裝載位置時，主要依據裝載貨物時液壓懸掛變形量輪胎變形量，計算出大件貨物裝載前半掛車貨臺預設高度，裝載貨物后，將半掛車鵝頸下平面低于牽引車鞍座上平面控制在1～3 cm，并實現汽車列車軸荷合理分布。大件貨物裝載位置的變化會引起汽車列車的軸荷分布不均，可能引起運輸車輛損壞，通過的路面橋梁坍塌或牽引車因附著力不夠，無法提供足夠的驅動力牽引汽車列車行駛。

4.4 行駛狀態變換

某重型多軸線汽車列車的牽引車設置了軸間差數鎖功能，半掛車將六軸線的2、4軸設置為輔助驅動軸，以適應爬坡和通過惡劣路面的需要。汽車列車在通行不同路段時，可將汽車列車設置為不同運行狀態，牽引車正常狀態+半掛車2、4橋提升、牽引車軸鎖工作+半掛車2、4橋提升、牽引車軸鎖工作+半掛車2、4橋輔助驅動等，在行駛狀態變化過程中，手動操作半掛車2、4橋升降要注意操作安全，選擇上坡前和上坡后操作，不可在坡上操作，半掛車輔助驅動工作，要控制牽引車低速運行，前后車速協調。

半掛車在液壓隨動轉向的基礎上，設置了左右強制轉向功能，可強制減小汽車列車的轉彎半徑，可提高特殊路段的通過能力，手動操作強制轉向時牽引車要控制車速，操作人員注意觀察半掛車車身狀態，避免安全事故發生。

5 結語

使用某重型多軸線汽車列車運輸特定大件貨物是眾多汽車列車運輸大件貨物中的個案，特定大件貨物運輸工作是復雜的系統性工作，需要熟悉掌握運輸車輛結構性能、準確無誤操作使用及合理應對路面情況。后續類似型號的汽車列車半掛車若將固定鵝頸結構改為動力鵝頸結構、半掛車輔助驅動輪升降手動控制改為自動控制，對該型汽車列車的運輸能力和使用安全性會有較大提高。

參考文獻：

［1］《汽車工程手冊》編輯委員會汽車工程手冊（基礎篇）［M］北京：人民交通出版社，2001

［2］馮晉祥專用汽車設計［M］.北京：人民交通出版社，2001

［3］唐曉兵配置動力鵝頸的多軸線液壓掛車軸荷分布的計算方法［J］專用汽車，2019（7）：80-83

［4］金明新半掛車使用安全性與車輛結構要求［J］商用汽車，2005（7）：87-89

［5］張風云重大貨物運輸管理［J］國際工程與勞務，2018（5）：76-79

作者簡介：

張強，男1973年生，高級工程師，研究方向為裝備試驗地面設備保障。