基于动力性及制动性对SPMT液压平板车重载运输时道路极限坡度的研究.pdf

基于动力性及制动性对 S P MT液压平板车 重载运输时道路极限坡度的研究 樊巍巍王晓云 中国外运大件物流有限公 司 济南2 5 0 3 0 6 摘要S P MT液压平板车作为主要的大件货物运输设备 ，坡道通过能力及坡道安全制动能力是其主要的性 能参数。文中分别通过车辆行驶方程法和实验法分析得出S P MT通过坡道时车货总重 、驱动轮总数及行驶道路极 限坡度三者间的关系，并通过比较得到更适合实际使用的结论。同时通过对坡道制动力学模型的分析，得出 S P MT重载坡道制 动时车货 总重 、制动轮总数及制动道路极 限坡度三者 间的关 系。通过对 行驶极 限坡 度及制动极 限坡度进行比较，得出S P M T载运时安全坡度的确定方法。 关键词 车辆行驶方程分 析 ；实验 分析 ；行 驶极 限坡度 ；制动力学模型 ；制动极限坡度 中图分类号U 4 6 9 ． 5 4 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 6 0 1 0 0 6 1 0 4 Ab s t r a c t T h e S P MT h y d r a u l i c fl a t v e h i c l e i s a k i n d o f ma i n a w k wa r d c a r g o c o n v e y i n g ma c h i n e r y， a n d i t s r a mp p a s s - i n g c a p a c i t y a n d r a mp s a f e t y b r a k i n g c a p a c i t y a r e ma j o r p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s ．T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e r e l a t i o n s h i p o f t h e c a 曙o t o t a l we i g h t ，t h e t o t a l n u mb e r o f d r i v i n g wh e e l s ，a n d t h e r u n n i n g r o a d l i mi t i n g g r a d i e n t wh e n S P MT p a s s e s t h e r a mp w i t h t h e v e h i c l e e q u a t i o n me t h o d a n d e x p e ri me n t a l me t h o d，a n d r e a c h e s c o n c l u s i o n s u i t a b l e f o r a c t u a l p r a c t i c e t h r o u g h c o mp a r i s o n ．An a l y s i s o n t h e r a mp b r a k i n g me c h a n i c a l mo d e l h e l p s fi g u r e o u t t h e r e l a t i o n s h i p o f t h e c a r g o t o t a l we i g h t ，t h e t o t al n u mb e r o f b r a k i n g w h e e l s ，a n d t h e b r a k i n g r o a d l i mi t i n g g r a d i e n t d u rin g t h e b r a k i n g o f S P MT h e a v y l o a d r a mp ．B y c o mp a rin g t h e r u n n i n g l i mi t i n g g r a d i e n t a n d b r a k i n g l i mi t i n g g r a d i e n t ，t h e me t h o d t o d e t e r mi n e d t h e s a f e t y g r a d i e n t w h e n t r a n s p o r t i n g b y S P MT i s g a i n e d ． Ke y wo r d s v e h i c l e t r a v e l e q u a t i o n a n a l y s i s ；e x p e r i me n t a l a n a l y s i s ； r u n n i n g l i mi t i n g g r a d i e n t ；b r a k i n g mo d e l ； b r a k i n g l i mi t i n g g r a d i e n t 1 S P MT液压 平板 车及 其 动 力性 和制 动性 特征简介 自行式模块化平板车 S P MT由不 同规格的模块 组成 ，常 见 规 格 为 4轴 线 模 块 和 6轴 线 模 块。 S P MT配置动力头 P P U、电器系统 、控制系统 、液 压系统等。为 了运载宽体货 物，平板车 可以横 向 拼接组成 4纵列、6纵列 、8纵列等 ，为了运输超 长货物 ，平板 车可以纵 向拼接成所需数 量轴线 的 车组 ，拼接的平 板车越 多，载重量 越大。图 1所 示为 P P U及 6轴线 2纵列模块。 图 1 P P U及 S P M T平板车示意图 起 重运输机械 2 0 1 6 1 P P U为平板 车的升降 、转 向、驱动 、制动及 控制等提供液压源动力 。S P MT液压平板车轮轴由 驱动轮 轴 、制 动轮 轴 和 自由轮轴组 成 ，其 驱 动、 制动原理如图 2所示 ，本 文以 目前我 国保有 型号 S c h e u e r l e的 Z 3 5 0型 P P U和 P E K Z型 S P M T平板车 为例进行研究。 1 ．发动机2 ．制 动泵3 ． 驱 动泵4 ．液压 马达 5 ．变速箱6 ．制动器 图 2 S P MT驱动及制 动原理示 意图 拼接完成后的 S P M T液压平板车组总驱动力及 一 61 总制动力分别为 Ft Fl N1 FbF2 N2 1 2 式中 为各模块拼接组合后车组的总驱动 力 ；F 为各模块拼接组合后车组的总制动力；N 、 Ⅳ 2 分别 为组合车组 中驱动 轮、制动轮 轴总数 量； F 、F 分别为每个驱动轮轴 、制动轮轴的驱动力 和制动力 ，F 】 6 0 k N ／ 轴 ，F 2 5 5 k N ／ 轴 。 2 车辆行驶 方程特征分 析 在车辆行驶 中，车辆 的总驱 动力与行驶 阻力 总和保持平衡是保证车辆行驶的前提 ，有 FtFfF Fi F 式 中F 为 驱动 力 ， 为行 驶 阻力 ，F 为 空气阻力 ，F 。 为行驶 时 的坡 度 阻力 ，F 为 加速 阻力。 代人各阻力参数 ，有 Gs i n06 m d _d_ Eu 考虑 到实际道路的坡道角 0很小 ，c o s O 1 ， 则 s i n t a n Oi ，i 为 坡 道角 0对 应 道 路坡 度 ， 有 崛 6 m 在实际大件运输 中，因被运载货 物多 为千吨 级 以上 ，运载速度一般为 5 k m ／ h左右 一，固车组空 ．／ 而 CD Au 2 极小 ，接近 于 0 。而大件运输行驶 中 要求匀速行驶 ，固其加速阻力 m d u0 。此时车 辆 的运动方程为 F G i 1 3 式中G为车货 总重力 ；i 为行驶道路 坡度 ； 为滚动阻力系数 ，不 同道路的滚动阻力系数如表 1所示 。 表 1 不同道路 滚动 阻力 系数 路面类型 滚动阻力系数_厂 路面类型 滚动阻力系数I厂 良好沥青或混凝土 O ． 0 1 0～ 0 ． 0 1 8 泥泞土路 雨季或解冻期 0 ． 1 0 0～ 0 ． 2 5 0 一 般沥青或混凝土 O ． 0 1 8～ 0 ． 0 2 0 干砂 0 ． 1 0 0～ 0 ． 3 0 0 碎石路面 0 ． 0 2 0 0 ． 0 2 5 湿砂 0 ． 0 6 0～ 0 ． 1 5 0 良好卵石路 0 ． 0 2 5～ 0 ． 0 3 0 结冰路面 0 ． 0 1 5～ 0 ． 0 3 0 坑洼卵石路 0 ． 0 3 5～ 0 ． 0 5 0 压紧的雪路 0 ． 0 3 0～ 0 ． 0 5 0 干燥的压紧土路 0 ． 0 2 5～ 0 ． 0 3 5 雨后的压紧土路 0 ． 0 5 0 0 ． 1 5 0 3行驶道路坡度与驱动轮数量和车货总质 量 的关 系 3 ． 1 依据车辆行驶方程法进行分析 根据式 1 和式 3 ，结 合 G垤 ，通过 计算可得 ，在车货总质量及驱 动轮总数量确定时 ， S P MT车组能行驶通过的最大坡度 i I 6 NI ／ M f 4 式 中M 为车货总质 量 ， -厂为滚动阻力 系数 ， 一 62 一 i 为道路极限行驶坡度 ，Ⅳl 为所需驱动轮总数量。 3 ． 2 依据实际实验法进行分析 根据实验可得不 同行 驶坡度下驱 动轮总数量 与车货总质量 之间的实验数据 ，如表 2所示 。结 合表 2数据 ，根据式 5 n N ／ M 5 可分别计算 得到不 同行驶坡度 下每吨质量对 应需要的驱动轮数量系数 n ，如表 3所示。 起重运输机械 2 0 1 6 1 表 2 行驶坡度与 车货 总重及驱动轮总数量实验数据 坡度 质量 驱动轮 坡度 质量 驱 动轮 坡度 质量 驱动轮 i ， ／ ％ M， t 数量 Ⅳl i ， ／ ％ M／ t 数量 Ⅳ i ， ／ ％ M／ t 数量 Ⅳ 。 2 04 0 1 0 1 80 0 1 2 1 9 20 1 6 1 6 0 0 8 1 5 0 0 1 0 1 6 8 0 1 4 O 1 2 0 0 6 1 1 2 0 0 8 2 1 4 4 0 1 2 8 0o 4 9 0 0 6 l 2 00 1 0 4 00 2 6 0 0 4 9 6 0 8 1 8 0 0 1 8 1 8 8 0 2 2 1 8 0 o 2 4 1 6 0 0 1 6 1 7 1 O 2 0 1 5 0 0 2 0 3 1 4 0 0 1 4 4 1 5 4 0 1 8 5 1 2 0 0 1 6 1 2 0 0 1 2 1 2 0 0 1 4 9 0 0 1 2 9 0 0 9 8 5 5 1 0 6 0 0 8 1 8 o o 2 7 1 9 2 0 3 2 1 9 6 0 3 6 1 6 0 0 2 4 1 6 8 0 2 8 1 6 6 0 3 0 6 1 2 o o 1 8 7 1 4 4 0 2 4 8 1 4 2 0 2 6 9 30 1 4 1 20 0 20 1 2 60 2 3 6 6 0 1 0 9 6 0 1 6 1 0 00 1 8 ● 1 8 0 0 3 6 1 9 8 0 4 3 1 5 0 0 3 0 1 8 4 0 4 0 9 1 2 0 0 2 4 1 0 1 4 8 0 3 2 1 o 00 2 0 1 3 00 28 8 0 0 l 6 1 1 2 0 2 4 表 3 行驶坡道和驱 动轮数 量系数对应表 坡度 i l ／ ％ 数量系数 坡度 i l ／ ％ 数量系数 坡度 1 ／ ％ 数量系数 ．0 0 ． 0 o 5 0 1 0 ． 0 0 6 7 2 0 ． 0 0 8 3 3 0 ． 0 1 0 0 4 0 ． O l 1 7 5 0 ． 0 1 3 3 6 O ． 0 1 5 O 7 0 ． 0 1 6 7 8 0 ． 0 1 8 3 9 0 ． 0 2 0 0 1 0 0 ． 0 21 7 通过对表 3数 据进行拟合分析 ，可得驱动轮 数量系数 n与行 驶坡度 i 之间的关 系曲线及 函数 关系式 ，分别如图 3及式 6 所示 。 n 0 ． 1 6 7 i l 0 ． 0 0 5 6 结合式 5 和式 6 可计算得行驶坡度 与 驱动轮总数及车货总重之间的关系 i 。 5 ． 9 9 N ／ M 一 0 ． 0 3 7 起重运输机械 2 0 1 6 1 3 ． 3两种分析方法结果比较及结论 通过对车辆行驶方程法和实验法式 4 和式 7 进行分析 比较，根据滚动阻力系数表 1 ， f l 取 最小值 0 ． 0 1 ， f 2取最大值 0 ． 1 5 ，所得 曲线 如图 4 所示 。虽然实验法结果更 加精确 ，但此结果 只针 对实验条 件下 的特定路面 ，要得 到不同路面 的结 论需要进行重 复实验 ，在实 际应用 中实现的可能 一 63 跫 藉 1 咖 暴 福 I ． 【 6 6 7 】 I ． 1 0 I ◆ 】 { ● I r J l ， I l l l l I l J l l l l l l I I I l f f 0 0 ． 0 2 0 ． 0 4 0 ．0 6 0 ． 0 8 0 ． 1 0 ． 1 2 行驶道路坡度i t 图 3 道路坡度与驱动轮系数关系曲线图 性较小。而车辆行驶方程法 的结论在不 同路 面状 况下都可 以进行 直接计算 ，并且误差结果 在安全 范围之内，相 对而言 ，此方 法更加 方便简 洁，更 适合实际应用 。 Z i ． ⋯ M N M 1 ／ M 一 图 4不同方法 下曲线 比较 0 3 在实际应用中取行驶方程法的结论进行计算。 若道路坡度 i i 时 ，S P MT车组 的驱动力不足 以 保证车组通过此坡度 ，当道路坡度 i ≤i 时 ，车组 可以安全通过此坡道。 4 总制动力与制动极 限坡度 的关 系 图 5所示 为车辆坡道制动 时 的力学模 型，当 总制动力 F 和下滑力 F 平衡时 ，可保证车组在坡 道上静止制动 。 - - - 6 4 --- 图 5 坡道 制动力 学模型图 图 5中F G s i n 0 ，通过上文分析 已知 s i n 0 t a n 0 i 2 ，则 F G i 2 ． 8 综上 ，只有 F ≥F 时，才能保证运载车组在 坡道安全制动。结合式 2 和式 8 可计 算得 到制动时道路坡度 i 与车货总质量 及制动轮总 数 ， v 7 之间的关系为 i 2 5 ． 5 N2 ／ M 9 在 S P M T车组实 际使用 中，若实 际道路 坡度 i i ，车组 在坡道制动 时存 在安全 隐患 ，只有实 际道路坡度 i ≤i 时 ，车组在坡道上才能安全制动。 5 结论 通过 以上分析 ，S P MT液压平板 车重载时 ，驱 动力 只决定车组能否顺利通过坡道 ，而车组作业 时 ，安全重于一切 ，所 以制动性能是必须 考虑 的 因素 。综上 ，车组通过坡道 时 的极 限坡度 同时受 制动力和驱动力的影响，具体如下 当i i 时，行驶极限坡度 i 等于制动极限坡 度 i ，此时路面坡度可按行驶极限坡度 i 或制动 极限坡度 i ， 进行计算 ； 当 i i 时 ，行驶极 限坡度 i 大 于制 动极 限 坡度 i ，此时 路 面坡 度 按制 动 极 限坡 度 i 进 行 计算 ； 当 i i 时 ，行驶 极 限坡度 i 。 小 于制动 极限 坡度 i ，此时 路 面坡 度 按行 驶 极 限坡 度 i 进 行 计 算 。 参考文献 [ 1 ]余 志 生 ．汽 车 理论 [ M] ． 北 京机 械 丁 业 出版 社 ．2 0 0 0 ． [ 2]李 庆扬 ．数值 分 析 [ M] ． 北 京清 华 大学 出版 社 ，2 0 0 8 ． [ 3 ]樊巍巍，李荣遵 ．S P M T液压平板车在大件称重中的 应用研究[ J ] 起重运输机械，2 0 1 5 5 1 0 71 1 1 作 者 樊巍巍 地 址 山东省济南市长清区同兴路 2 7 7号 邮 编 2 5 0 3 0 6 收稿 日期 2 0 1 5 0 7 2 0 起重运输机械 2 0 1 6 1 吣 Ⅲ 0 0 0