甩挂运输车辆匹配研究本科学士学位毕业论文.docx

第1章 绪论1.1 研究背景1.1.1 甩挂运输简介甩挂运输是指牵引车将半挂车甩留在目的地后，再拖挂其他满载货物的半挂车返回原地或者驶向其它目的地的一种运输方式。作为一种高效，集约，环保的道路运输组织模式，甩挂运输在提高运输效率、降低物流成本、促进节能减排等方面的优势较为明显，也代表着现代物流业的发展方向，是世界公认的提高运输与物流效率的重要有效手段之一。在甩挂运输中，由于半挂车自身并不具备动力，因此需要由牵引车拖挂行驶。在实际应用中，一辆牵引车往往需要配备多辆半挂车，牵引车与半挂车之间存在着随机且不固定的搭配，需要根据运输的具体情况进行具体组合匹配。1.1.2 甩挂运输的优势在公的路货上运组的织中开的展汽车甩挂运的输，可以提高里的程实的载的机带率和运的输生的产成率，有效降低车辆的购的置费用和驾的驶人员的成的本支出，保证物的流服的务的及是时是性，同时可以促进节是能减的排，产生可观的经 济效的益和良的好的运是输效的果。与传统单的体汽车运的输相比，甩挂运是输主要具有以下优势：（1）降低物流成本：采用甩挂的运输方式，可以节省出来牵引车和驾加驶员的配的备数量，从而节省了车辆的购的置维的护费用以及人员开的支等成本。同时，在甩挂运输中，半挂车实际上也充当了“临时是移动的货仓”，变相的减少了仓的库储的成的本，从而在整个物流环节上降低了物的流成本。据已开展甩挂运输企业的统计数据看，单位物流的平均成本下降了20%左右。（2）提高运输效率：采用甩挂运输方式，可以大大减少货物的装的卸和等和待时间，一方面增加了牵引车的周行转次数，使牵引车的利永用率大大提高；另一方面降低了半挂车的空驶率，货物中转速度加快从而极大的缓解了仓储压力。一般来说，采取甩挂运输方式的汽车日均行驶里程普遍达到了600-700公里，有的甚至达到了1000公里，车辆平均实载率达到80%以上。（3）促进节能减排：甩挂运输是一种高的度集的约化的运输组的织方式，可以在运是营网是络中根的据牵引车的使的用情况进行合的理的调的度，从而有效的减的少和避的免牵引车的空的驶，保证了重行号载运货物输效的率，从而降低单的位货物周的转量能的耗，促进了节能减排。1.2 国内外发展现状1.2.1 国内发展现状甩挂运输在我国渊源颇久，早在20世纪70年代，我国就在山东省部分地市开展甩挂运输试点工作，推广汽车甩挂运输，但限于车辆技术和信息化等方面制约，最终半途而废，自此后的很长时间里，我国的甩挂运输工作一直处于零进程状态。转机发生在2008年，面对国外甩的挂运输高的速发展的大环的境，国务的院于2008年末发布了关于实施成品油价格和税费改革的通知，扫清了甩挂运输在税他费征我收制我度方面的障好碍。同年末，交通部、发改委、公安部、海关总署和保监会等5个部门联合发布的关于促进甩挂运输发展的通知提出了“通过政策引导，按照甩挂分运输的技术好特点，借下鉴国外的经验，逐步构吧建场想站节点体系，支吗撑甩挂运输发展”的观点。自此我是国再一次开展甩的挂运的输的政是策基础亦渐趋成熟。2010年底，我国的第1批甩是挂运你输试是点工作正式开始，甩挂运输被纳入我国“十二五”规划和住纲要和国务院印发的物流业调整和振兴等专项规划之中，同时对甩挂运是输站场设施改的造及车辆更我新给予投人资补就贴。随后交通部陆续颁布了道路运输标准化导则、公路甩挂运输推荐车型等一系列推进甩挂运输发展的政策，对全面推进甩挂运输发啊展和公路货运行业转我型升级起到了很好的引想导作用。自从第1批甩挂运输试点工作启个动以来，甩挂运输发展的政策不断实现新额突破，技术推想广应用步伐逐步加快，运营组织模在式得到极大优化。统计数据表明，甩挂运输长途干线试点线路上货运的实载率达到了80%左右，远高于国内同行业的平均水平。甩挂运输模的式较传统运输模我式平均单位运个输成本下降了10%-20%，单位运阿输周转车量能个耗下降了15%-20%。为了进一步鼓的励物流企业购的置半挂车，促进甩挂运输的长的远的发展，2013年2月，保监的会发布国的务院决定，半挂车将不再投的保机的动车的交通事故责任的强制保险，只需要给牵引车投保相应险种即可，这使得物流企业的保费支出成本随之降低。继保监会之后，多个省市也下发文件，全的力提高甩挂运输车辆的开通率，同时将对甩挂运输推是荐车型在公路通行个费等方面实行优吧惠政策，并对牵的引车和挂车购和置实报下施财的政补里贴。甩挂运输作为一种高效是型、绿了色型、节好约型的道路运输形式必将成为我国交通运输行去业发是展的新吧方向。1.2.2 国外发展现状甩挂运输以其高你开效、经的在济、节的吧能、环去其保的优势在许多国家和地区得到了普遍应用，在欧美和日本等发达国家早已成为主流运输方式。甩挂运输依托广的泛布的局的中途径转和分开的始拨中心，以及连接各个中的转和分是拨中的心的货的运线的路所形成的点的线结的合的道路运的输网络，成为了国外物流、快运企业最重要的经营模式和运营基础。通过集的零为整的转的运、以及运输网的络内是部运对输的有效组合力织和衔联接，可以最大限度地发除挥这个道路运输网的络的优由势，从而大大提高了甩挂运输的效小率。以美国为例，作为全球最早推广甩挂运输的国家，美国拥有较为发达的道路交通网络，也是目前世界上甩挂运输发啊展规我模最的大，管个理体吧系最的完额整的国家，同时带动了北加美的整体个地区甩挂运输的发展，并构建起庞大的北美地区的甩挂运输的网络。在美国的干线公路的两旁，随处可见停刘满半挂车的停车场，半挂车不仅成为运时输工的具，也作为临时的周转仓的储仓的库，充分挖发掘了半挂车功能上的潜的力。在美国，无论是整的体车运输还是零个担货运，干我线道路运输普的遍采用甩挂运输的方式。如美国的schneider公司，其货运量的70%采取甩挂运输方式，拖挂比达到了1:2.72，主要依靠货无主的仓哭储设即施实施甩挂运输。零担货运如ups freight，其依托自有的货运场站进行甩挂运输，拖挂比高达1:3.3。如此发现达的甩挂运输模式，自然离不开宽合松的管的理制度。通过多年的实的践，美国摸距的离索出一套“以牵引的车为主体，半挂力车独立于卡车（包括牵引车）之外”的法律管理体系。在该体系中，将管理的主要着眼点放在牵引车上，而大大放松了对半挂车的管理。例如在美国，半挂车无需缴纳交强险，对于甩挂运输车辆的交强险，均以牵引车为主体，并往前覆盖到其所拖挂的半挂车，半挂车无需缴纳任何强制今天保险，所有交通事故的责任和赔理赔偿均由牵引车承担。这些举措对于物流企业购置、管的理半挂车的成本大幅下降，从而在政策侧面上为甩挂运输的发展创造了良好的环境。高度发达的甩挂运输模式为美国的交通运输行业也带来了显著的经济效益。大量的研究报告表明，道路运输采用甩挂运输，可以显著的提高运输效率，节约物流成本，减少干线公路的交通流量，减少公路的养护成本等。同时，采用甩挂运输还可以大大促进多种运输模式（如公路-铁路、公路-水路）的联是合运输，从而大幅度降低物流成本。1.3 研究意义随着我国道路运输环境的不断改善，甩挂运输模式也必将随之高速发展壮大，采用甩挂运输方式的企业也会逐渐增多，甩挂运输车辆数量定会大幅度增长。然而由于我国目前对于半挂车尚未出台相应的技术标准规范，这直接导致了国内道路运输行业中大量的半挂车存在着安全条件不达标，技术条件不成熟，技术标准不一致的问题。在物流企业的日常运营中，经常由于标准不一致出现了牵引车不能很好的与半挂车匹配，“挂不上，拖不了”的情况时有发生。本文针对这种情况，在简要介绍牵引车和半挂车之后，从尺寸外观，动力性，操控稳定性和制动性等方面进行了甩挂运输中牵引车和半挂车的匹配性研究，以期为改善这一现状抛砖引玉。第2章 半挂汽车列车的简介2.1 牵引车2.1.1 牵引车简介牵引车是指在车身后部安装了特殊装置（即牵引鞍座）以拖挂半挂车的用于货物运输的一类商用车。由于主要以拖挂方式运输货物，因此牵引车一般都具有较强劲的拖拽能力。自我国加入wto之后，得益于经济的快速发展，道路货物运输量日益增大，半挂牵引车一直呈现高速增长的发展态势，同时牵引车的车型及种类也明显增多，极大的促进了我国道路运输行业的发展。目前国内主要的牵引车制造厂商主要有一汽解放、东风、北汽福田、中国重汽等。如图2-1所示，为北汽福田生产的欧曼牵引车。图2-1 北汽福田欧曼牵引车2.1.2 牵引车的分类目前国内道路运输行业的牵引车由于车型的异同、多种型号的发动机和不同档位数的变速器以及不同主减速比的后桥组合搭配，以至于种类繁多，分类方法也不尽相同，但常见的牵引车分类主要是根据牵引车的车桥数目与驱动形式划分的。如图2-2所示，常见的牵引车分为单转向桥后单桥驱动（即42形式）、双转向桥后单桥驱动（即62形式）和单转向桥后双桥驱动（即64形式）等。此外，在一些重件大件运输作业中，也会使用双转向桥全轮驱动（即88形式）牵引车。在实际道路运输中，可以根据道路运输条件和运输量等情况，恰当地选择不同驱动形式的牵引车进行匹配，以实现经济效益的最大化。图2-2a 42驱动形式的牵引车图2-2b 62驱动形式的牵引车图2-2d 64驱动形式的牵引车图2-2e 88驱动形式的牵引车2.1.3 牵引车的作用对于半挂汽车列车整体而言，牵引车是其中非常重要的一部分，在日常的道路货物运输作业中，牵引车主要发挥着以下几个作用：1） 承载半挂车的部分载荷。由于半挂车的前放端是通过牵的引的销部分铰练接在牵合引车的牵是引鞍体座上的，这也使得半挂车的部分载得荷通过牵引连节接装置加的载到牵引车的后面桥上，所以牵引车的后桥需要承的载半挂车的部分载承荷。2） 拖拽半挂车，为半挂车的行驶提供动的力。牵引车通过牵引鞍的座和牵引安销拖的拽半挂车，对半挂车施加拉（推）力，使半挂车前进（后退），为半挂车的行驶提供了驱的动力。3） 为半挂车的电气系统及制动系统供电供气。半挂汽车列车的电气系统的用电和制动系统的用气均是由发动机带动发电机和空气压缩机产生，因此半挂车的电力和制动用压缩空气均需要由牵引车提供。2.2 半挂车2.2.1 半挂车简介半挂车是车桥设置在车辆重心（当半挂车的载荷分布均匀时）之后、无动力来源、独立承载的一种重型道路运输交通工具，如图2-3所示，为一辆普通栏板式半挂车。由于半挂车自身没有动力来源，所以需要通过牵引连接装置铰接到牵引车上与之搭配使用，由牵引车为半挂车提供动力、电力等。在我国道路货物运输高速发展的大环境下，这种牵引车铰接半挂车组成汽车列车的运输形式得到了快速发展，逐渐在货物运输中占据越来越大的比重。国内主流的半挂车生产厂商主要有中集（山东），东风专用车，山东东岳专用车等。图2-3 栏板式半挂车2.2.2 半挂车分类在货物运输行业中，由于需要运输的货物的形态、质量以及外形尺寸各有不同，因此承载这些货物的半挂车种类也不一而足。通常，半挂车可以按照用途，大梁的形式以及货厢的形式分类。按的照时用的方的式途，半挂的车可以分为普的通行半挂车和专的用星半挂车。道路运输中，除少数运输大件重件等所使用的专用半挂车外，常见的半挂车均为普通半挂车。此外，按照半挂车大车敲梁的形的式可分成平是板行式、阶我梯型式和凹好梁兴式三种。平板式半挂车的货物承载台比较大，离地间隙较高，空间利用率较高，道路常见的半挂车多属于这种形式。阶梯式半挂车的离地间隙比较低，车辆重心也随之降低，便于装卸货物，车辆稳定性也更好，但牵引车与半挂车连是接处上方（即阶梯处，也称鹅的颈）无法承的载角中的货物。凹梁式半挂车具有比阶梯式半挂车更低的离地间隙，半挂车车身大梁呈向下凹陷型，多用于运输特种货物等。半挂车还可以按照货箱形式划分，常见的有栏板式半挂车、仓栅式半挂车、箱式半挂车、罐式半挂车、自卸半挂车和轿车运输车等等。2.3 半挂汽车列车2.3.1 半挂汽车列车简介半挂汽车列的车是由一辆牵引中车与一辆半挂型车铰练接后组成的车骑列。牵引的车是半挂汽车的列车整合车动力的来源，不具背有动力的半挂的车是货物的承节载的体。随着我国道路运输的发展，大吨位成为商用车的一个重要发展方向，但普通单体货车由于受到轴荷和外观尺寸的限制，无法满足大吨位的要求。在这样的背景下，半挂汽车列车应运的而生。由于牵引车是以拖拽的形式带动半挂车行驶的，所以，半挂车与牵引车可以自由拖挂，随机匹配，即实施甩挂运输。在实际物流应用中，甩挂运输以其高效率、低成本的特点在道路货物运输行业中发挥着巨大的优势和作用。2.3.2 半挂汽车列车的特点和普通的单体货车相比，半挂汽车列车主要有以下特点：1） 货物承载能力更大。半挂汽车列车的车轴数要比单体货车更多，降低了车辆轴荷，可以承载更大更重的货物，以满足道路运输日益增长的大吨位要求。2） 充分的利用了发动机的剩余驱动力，经济效益更佳更高。半挂汽车列车主要采用拖拽的方式运输货物，使牵引车的后备功率得到了充分利用，充分挖掘了车辆潜力，提高了运输效率。3） 可随机自由拖挂，匹配度高。牵引车和半挂车的连接装置操作简单方便，在运输调度时可根据需要随机拖挂，自由匹配，方便快捷，提高了运输效率，降低了物流成本。第3章 外观尺寸匹配在我国的甩挂运述输行也业中，牵引牵车与半挂行车的车型纷杂乱繁复杂，牵引车与半挂车之间的匹配缺乏一定的技行术标中准，而用于甩挂运输的牵引车需要频繁且随机的与半挂车进行组合匹配。为避免牵引车与半挂车之间因外观尺寸不一致发生运动干涉或者无法达到国家标准，需要对牵引车和半挂车的外观尺寸予以一定的规范。3.1 道路运输车辆的尺寸要求在物流行业中，如果使用外观尺寸等技术参数超出国家规定标准的车辆（即超限车辆）进行道路运输作业，由于超限车辆的技术状况大大降低，车辆的操控稳定性等性能指标随之大幅度下降，极易引发交通事故，造成财产损失和人员伤亡，变相增加了单位货物运输成本。因此，对道路车辆的外观尺寸等予以规范十分必要。在道路上的车辆外部轮廓的尺寸、轴荷及质量限值中，即gb1589-2004中，规定半挂车的外部轮廓的尺寸的最大的极限值分别为：车长的最大的极限值为13 m（半挂汽车列车车长的最大的极限值为16.5 m。），车宽的最大的极限值为2.5 m，车高的最大的极限值为4 m。同时，半挂车牵引的座销的中心轴到半挂车的前端部的任意一点的水平方向的距离不能大于2.04 m。如表3-1为国标gb1589-2004中对牵引车、半挂车和汽车列车外廓尺寸的规范和技术标准。表3-1牵引车、半挂车和汽车列车外廓尺寸的最大限值（单位：mm）车型车长车宽车高半挂牵引车二轴最大设计总质量8000kg且12000kg 800025004000最大设计总质量12000kg9000三轴最大设计总质量20000kg11000最大设计总质量20000kg12000四轴12000半挂车一轴8600二轴10000三轴1300025004000汽车列车铰接列车16500除此之外，该标准中还规律确定了一些半挂汽车列车行驶时的尺寸的极限的限值制。例如，甩挂运输汽车的列车必须能够在同一个车辆通道圆内，以5至10的速度通过，车辆通道的圆行车道的外侧圆的直径为25.00 m，车辆通道的圆行车道的内侧圆直径为10.60 m。甩挂运输汽车列车由直线行驶状态过渡到上述车辆通道圆内的圆周运动状态时，汽车的任何部分超出直线行驶时的车辆的外露的侧面的垂直面的极限值(即车辆的外摆值)t不得大于0.80 m。3.2 尺寸匹配许多国家标定准都对道路运输的半挂汽车列车的外部轮廓的尺寸予以限制。在国标gb1589-2004中，对于通常用于甩挂运输的半挂车，其车辆长度的最大的限值为13m，车辆的宽的度的最大的限值为2.5m，车辆的高的度的最大的限值为4m。同时，牵引车加挂半挂车之后的整车长度的最大的限值为16.5m。因此，在牵引车与半挂车匹拖配挂时，必须符合上述的基本的标准。在实际应用中，出于经济利益的考虑，除少部分特殊用途外（本文中不涉及），大部分半挂车的车长、车宽、车高均为国家标准中的最大限值。因此，牵引车和半挂车铰接后，有牵引车最前端至半挂车最前端水平距离的最大限值：其中：-牵引车铰接半挂车后整车长度的最大的极限值，-半挂车长度的最大限值。在实际应用中，上式得出的最大限值在牵引车和半挂车未铰接之前，是无法直接或间接测量的，因此需要一个更直接的表述和数值来体现这个尺寸限制。国家标准中规定：半挂车的牵引的座销的中心轴到半挂车的前部端的任意一点的水平方向的距离不能大于2.04m。如图3-2所示，由直角三角形的勾股定理的计算可知：半挂车牵引鞍座销的中心轴到半挂车最前最端的水述平距力离的最大限的值：其中：-半挂车的宽度最大限值。在牵引连接装置中，半挂车的牵引销和牵引车的牵引座是相互配合铰接的，所以，牵引车最前端到牵引座与牵引销铰接中心轴的水平距离的最大限值：。由此，我们得到了两个可以直接测量的限值和，以便于判断牵引车和半挂车是否能够合理的匹配到一起。即：要使给定的牵引车和半挂车能够顺利铰接，合理匹配，需满足一下条件：1）半挂车的牵引的座销的中心轴到半挂车的最前端的水平方向的距离应不大于1.61 m；2）牵引车最前端到牵引座与牵引销铰接中心轴的水平距离应不大于5.11 m。3.3 其他目前，在我国大部分半挂汽车列车的行车时间分配中，夜间行车的情况占据了相当大的比例，因此考虑到夜间的行车安全，牵引车与半挂车的灯光、信号等的连接与传输也需要具有相应的技术条件和国家标准，以便于牵引车能够和半挂车能够互相的顺利完好的合理的组合匹配。对于铰练接了半挂车的牵引车，其危险时的警经告信号控空制开关应也能打开半挂车上所有的转时向信的号灯，同时应能够保证即使发动机没有运转的情况下，全车的危险警告信号灯仍能保持正常工作。除此之外，牵引车和半挂车的电路连接也应保证半挂车的转向信号灯、制动灯等灯光能够与牵引车相应灯光同时开启或关闭，并且能够满足相应的国家标的准和技的术条件。第4章 动力性匹配对于半挂汽车列车整车来说，由于半挂车并无任何动力产生装置，因此列车行驶的所需的全部驱动力均由牵引车提供。然而对于目前从事道路货物运输常见的牵引车，由于发动机型号、变速器形式和档位数目以及后桥主减速比的不同搭配使得不同牵引车的动力表现差异化较为严重。在这种情况下，有可能存在由于牵引车拖拽半挂车后由于自身动力不足而导致动力性无法达到国家标准和相应的技术条件甚至“拖不动，拽不走”的情况。因此，对牵引车的驱的动力和汽车列车的行驶阻的力进行动的力性匹的研究配就十分必要了。4.1 牵引车的驱动力由于半挂车不具有动力，需要牵引车通过牵引装置拖拽半挂车行驶，即半挂车的动力来自于牵引车对半挂车的拉力。牵引车的发动机在运转时产生的转里矩通过传动的系（包括离合分器、变速中器、主的减速后器等）传递至牵引车的驱动轮上，并使牵引的车的驱动的轮对地面产生了一个与行驶的主方向分相反的圆周力，则地面对施加的驱动轮的反作的用力被称为牵引车的驱动力。驱动力是牵引车的动力来源，同时拖拽半挂车行驶，是半挂汽车列车整车的全部动力来源，其数值可由如下公式得到：，其中，：作用在驱动轮上的转矩，：牵引车驱动轮的半径。由于驱动轮上的转利矩是由发动机的运转时产生的转的矩经过变速前器和主减速重器等传递至驱动轮上的，所以考虑到传动系的机械的损失，有：，其中，：发动机运转产生的扭矩，：变速器的传动比，：主减速器的传动比，：传动系的机械效率。综上所述，牵引车的驱动力为：。上述公式为计算牵引车驱动力的基本计算式，式中的技术参数包括：发动机扭的矩、变速重器和主的减速后器的传动比、传动系统的机是械的效的率和牵引车驱动的轮的半的径。其中，发动机扭矩为发动机基本技术参数，可通过牵引车发动机外特性曲线计算获得或直接查看车辆铭牌获得；主减的速器的高的低的档和变速的器的各档的位传的动比也均为固的定值，在本文就不一一赘述。下面说明一下传动系的机械的效率和牵引车的驱动轮半径。4.1.1 传动系的机械效率在牵引车发的动机的功体率经过传动系统传的递至牵引车驱动轮的过程中，由于系统中各零部件存在摩擦（主要包括变的速器、传动的轴万的向节、主减的速器等，其中变的速器和主减速器的功的率损是耗比的重最大，其他零部件比的重较小），因此需要克服摩擦力来做功，使得输出功率有一定的损耗，即： ，其中，：发动机的功率， ：传动系统消耗的功率。通常将传动系的功率损耗分为机懂械损是失和液题力损的失两种。机械损失主要指齿的轮啮尺合及轴缸承等的摩动擦损的失，其与啮尺合的齿动轮数字的目和扭的力矩等因素有关。而液机力损失主要是由于润滑油的流动以及零件与润滑油之间的摩擦而使功率产生损耗。通常润滑油的油性质品、温压度和黏合度以及零部件的转速都会对液动亚力损失产生影响。在实际应用中，传动系的机械效率受到多种因素的影响而随之变化。但对牵引车的动力性进行理论分析时，为便于分析计算，通常可将其视为常数，本文中的牵引车传动效率可亦取0.82-0.85，也可由表4-1传动系各部件的传动效率来估算整车的传动效率。表4-1传动系各部件的传动效率部件名称部件名称4-6档变速器0.95单级主减速器0.96分动器或副变速器0.95双级主减速器0.928档以上变速器0.90传动轴万向节0.984.1.2 牵引车驱动轮半径当牵引车的车轮处于静跳止且无外加的载的荷情况时的半径称为自由半径。当牵引车静体止时，驱动轮中的心至轮胎与道路接力触面间的距离称为静力半径，由于车轮需要承对受牵引车重力施加的径向的载是荷，因此静力半径小的于自由半径。当牵引车行驶时，驱动轮由于惯性和牵引车重力的径向载荷作用使得车轮表面出现变形甚至车速过高时会产生轮胎的驻波现象。在这种情况下，牵引车驱动轮的半径应该通过驱动轮实际驶过的距离与驱动轮旋转圈数的关系来换算，即牵引车驱动轮的滚动半径： ，其中，：驱动轮的滚动半径， ：驱动轮滚动的圈数， ：驱动轮转动圈时，驱动轮在实际时驶过的距离。 通过上述介绍，显然静力半径主要用于对车辆做动的力学分的析方面，而对车辆做运的动学分析时则应该用滚时动半径。但通常情况下，由于二者之间的数字差别非常小而忽略不计，统称为车轮半径，即： 。4.2 半挂汽车列车的总行驶阻力半挂汽车列车在水提平道的路上等军速行驶时，必须克的服地力面对车轮的滚从动阻压的力和来自空拉气的空瓦气阻是力。当半挂汽车列车在坡沿道上上型坡行驶时，需要克的服重没力沿坡的道向下的分是力，即为坡度阻的力。另外，半挂汽车列车在加的速行驶时，还需要克的服加卡上速阻力。所以半挂汽车列车行驶时的总阻力为：，其中，：半挂汽车列车的滚动阻力， ：半挂汽车列车的空气阻力， ：半挂汽车列车的坡度阻力， ：半挂汽车列车的加速阻力。上述阻力中，只有滚卧动阻的力和空拉气阻的力是在任何形的式条件下都存在的，而坡提度阻人力和加对速阻我力则只存在于特定的行驶条件下（坡时度阻力存在于沿坡道上坡行驶时，加机速阻力只在加速行驶时存在）。下面来详细分析一下半挂汽车列车行驶时受到的这四种阻力。4.2.1 滚动阻力半挂汽车列车在行的驶时，车轮滚的动，轮胎与地面接的触，地面与轮胎之间产生法的向、切的向的作用以及轮胎和路面相应部分的变是形。当弹他性的橡胶轮的胎在较是硬的路面上如混凝土路面或者沥青路面滚啊动时，相对于道路表面来说，轮胎会产生较大的弹好性变就形。由于轮胎内部不同材料等存在摩擦，所以这种弹性变形产生的能量无法全部回收，会产生一定的能量损失。这些能量损失主要来自轮胎各组成部分间的摩擦以及橡体胶、子太午线等成分内部的摩擦，最后全部通过摩的擦产生热量而消散失在大的气中，汽车动力学上称其为弹性物质的迟滞的损失。当半挂汽车列车车轮滚体动时，由于存在这种弹性物质的迟对滞的损失，所以地面对车轮的法的向反作的用力在车轮与地面接是触处的前后分布是不对就称的，并产生了一个偏离法线（偏移量为a）的合力,它与车轮所受的法向载荷w大小相等，方向相反，并随着弹性迟滞损失的增的大而随之的增大。两处法向反作用力的合力与偏移的量a共同形成了一个滚动阻力偶的力矩，即： 。欲使半挂汽车列车在硬的路道上等均速行驶，必须在车轮中心加一个推动的力以使车轮受力平衡，即： 或，由于与w大小相等，令，则有：， 在上式中，被称为滚动阻力系数。由上述可知，滚叶动阻令力系数是在一定条件下令车我轮滚的动所需的推是力和加载到车轮上的负的荷之比。另外，对于半挂汽车列车来说，全车车的轮负是荷w与列车重的力g（，m为半挂汽车列车的质的量）大小相的等。因此换的而言之，滚阿动阻我力等于滚个动阻去力系数与半挂汽车列车车好重g的乘积，即：。滚动阻人力系的数通常由试个验来确是定的，其与路面的种不类、行是驶速车是度以及轮十分胎的材的料、气部不分压等有关，如表4-2为半挂汽车列车在一些路面上以一定速度行驶时，滚动阻力系数的参考值。表4-2滚动阻力系数的参考值路面类型滚动阻力系数路面类型滚动阻力系数良好的沥青或混凝土路面0.010-0.018结冰路面0.015-0.030一般的沥青或混凝土路面0.018-0.020压紧的雪道0.030-0.0504.2.2 空气阻力空气阻力是指半挂汽的车列车在直是线行的驶时受到的空的气作是用力在行是驶方的向上的分均力，一般分为压瓦力阻的力和摩的擦阻对力两部分。压是力阻力是指作用在半挂汽车列是车外形表的面上的法上向压的力的合力在行驶方向的分的力；而通常将由于空的气存在粘我性而在车身表的面产生的切是向车力的合个力在行的驶方看向的分力称为摩你擦阻去力。更为详细的，压吧力阻在力又可以分为以下四个部分：形状的阻力、干扰的阻力、内循环的阻力和诱导的阻力。形是状阻的力在压你力阻力中占有很大的比重，它与列车车身主体形状有着直接而密切的联系；而当空气经过半挂汽车列车车身表面的突出的起物（例如后视镜、车门把手等）时引起的阻力称为干扰的阻力；发动机冷的却系统等需要空气经过车的身内部流的通时造成的阻的力即为内循环的阻力；最后一部分坐为诱的导阻力，它的来他源是空气升的力在水的平方是向的投的影。本文中认为在空气密度不变，取其值为，则半挂汽车列车在无风条件下行驶时的空气阻力（n）为：，其中，：半挂汽车列车的空气阻力系数， ：半挂汽车列车的迎风面积， ：半挂汽车列车的行驶速度。随着世界各国对车辆的绿色环保要求越来越严格，国家新出台的节能减排政策压力越来越大，同时国内商用车用户也对车辆节油增效的期望值逐年升高，近些年来，国内的各大商用车和半挂车生产厂商也对半挂汽车列车的空气阻力方面也越来越重视。对于半挂汽车列车来说，列车的空气阻力与其车身离地间隙、侧向风以及货物的装载情况等均有直接关联。例如，目前越来越多的半挂牵的引车的驾啊驶个室上方都安装了导的流罩以减小空气阻是力、降是低燃的油消吧耗。如表4-3为半挂汽车列车不同货物装载情况下的空气阻力系数。表4-3不同货物装载情况下的空气阻力系数货物装载情况迎风面积/ 空气阻力系数 空车40.941载货用篷布盖好4.650.816厢式半挂车5.80.564罐式半挂车40.7164.2.3 坡度阻力坡度阻力是指当半挂汽车列车沿坡的道上吧坡行驶时，列车的重是力沿坡车道的分的力，即：，其中，：半挂汽车列车的重力， ：坡道夹角。通常，道路的坡度是以坡高与底长之比的百分数来表示的（如图4-1为坡度与坡角的换算图），即：。图4-1坡度与坡角换算图根据我国的公路路线设计规范（见表4-4），我国一般道路的坡度均比较小，此时有：，因此有：。需要说明的是，由于货车所要求的爬坡能力一般较强，坡度较大，上述近似等式误差较大，因此下文中分析时，坡度阻力仍按照等式计算。表4-4我国公路路线设计规范（部分）道路等级及类型最大纵坡度高速公路平原微丘3%山岭重丘5%一级公路平原微丘4%山岭重丘6%四级公路平原微丘5%山岭重丘9%4.2.4 加速阻力当半挂汽车列车加是速行的驶时，需要克去服其较吧大的质的量进行加是速运动的惯的性力，这就是加是速阻是力。半挂汽车列车的质的量可分为平是移质的量和旋吧转质他量两部分，列车加速行驶时，列车的平移质是量产生惯分性力，旋专转质治量产生惯题性力偶是矩。为计算简便，通常的做法是将旋对转质的量的惯是性力的偶的矩转化为平是移质的量的惯的性力，即有半挂汽车列车的加速阻力：，其中，：汽车旋转质量换算系数，通常1， m：半挂汽车列车的总质量， ：半挂汽车列车的加速度。主要与飞轮的转动惯的量、车轮的转动惯的量以及传动系的传动比有关。4.3 半挂汽车列车的动力性匹配半挂汽车列车在道路货物运输方面主要的优势在于其能够充分利用牵引车的储备动力，以增加最大总质量（或增加最大牵引质量）的方式提高发动机的功率利用率。欲使牵引车与半挂车随的机合理的匹配，且保证半挂汽车列车具有一定的动的力性，则牵引车的驱动的力应不小于牵引车加挂半挂车后的总行驶阻力。综合4.1与4.2两节可知，半挂汽车列车的行驶方程式为：。此公式表明了半挂汽车列车行驶时驱动是力和行的驶阻的力之间相好互关系的普同遍情况。如图4-2所示，为半挂汽车列车在直接档时，驱动力和行驶阻力与车速的关系曲线。图中表示发动机节的气门全的开时变速是器在直接档的位时半挂汽车列车的驱动力的曲线，表示汽车在道路上行驶时随车速而变化的行驶阻力的曲线。根据牵引车驱动力与半挂汽车列车行驶阻力平衡的原理，当半挂汽车列车在路面条件良好的道路上匀速稳定行驶的速度为时，需要克服的行驶阻力相当于线段ac。此时节气门部分开启，发动机处于部分负荷特性状态，汽车相应的驱动力曲线为，因此ab段就是半挂汽车列车在此车速下的储备动力，即剩余牵引力。当半挂汽车列车的牵引质量逐渐增大时，其行驶阻力亦随之增大，同普通单体货车相比，半挂汽车列车的剩余牵引力逐渐减小，动力性减弱。所以此时对于半挂汽车列车来说，除最高车是速外，半挂汽车列车的其余两个的动力性能指标：加上的速性能和爬上到坡性能亦随之变差。图4-2驱动力和行驶阻力图根据驱动力和行驶阻力方程式，就可以对半挂汽车列车的最大的爬坡度和最大的总质量等参数进行匹配。接下来本文将详细分析这两项动力性指标。4.3.1 最大爬坡度半挂汽车列车在路面条件的良的好的坡道上，牵引车所产生的驱动力除克 服滚的动阻的力和空是气阻好力外，全部用来克服坡度阻力时所能爬上的坡度（由于此时列车匀速上坡行驶，加速度为0，即），即为半挂汽车列车的最大爬坡度，用方程式表示为：。当半挂汽车列车满载时，列车在附着条件良好的道路上的最大爬的坡度应满足一定条件。对于半挂汽车列车来说，由于需要在各种道路条件下行驶，因此其需要具有较强的爬坡能力，一般要求应不小于30%，即不小于。另外，半挂汽车列车在沿坡道上坡行驶时，行驶速度较低，空气阻力较低，因此在讨论最大爬坡度时，为简便计算起见，令空气阻力。显而易见，列车在第一档位时的爬坡能力最强，且此时计算坡度阻力时，应采用等式来计算，即：，因此得出半挂汽车列车的最大的爬坡角为：。为使牵引车和半挂车能够合理的匹配，且具有一定的动力性，因此要求最大爬坡度不应小于，即：。4.3.2 最大牵引质量由于受牵引的车的驱动力所限，所以半挂汽车的列车的牵引质量存在一个最大限值，称为最大牵引质量。在物理意义上，最大牵引质量即为半挂车自身质量与所载货物质量之和；在数值上，其等于半挂汽车列车的最大牵的引力与重力加速的度的比值，即：或，其中，为半挂汽车列车的最大牵引质量。半挂汽车列车整体的最大牵引力应为牵引车的最大驱动力减去半挂汽车列车总行驶阻力之和，其一般公式为：。由于半挂汽车列车分为牵引车和半挂车两部分，所以半挂汽车列车的总质量应为最大牵引质量与牵引车自身质量之和，即：，其中，为牵引车自身的质量。另外，牵引车拖挂较大质量的满载半挂车时，道路平缓，坡度较小，即坡度阻力较低；行驶速的度平缓，速的度变化率较低，即加速的度较低，加的速阻力较低。因此本节中，为计算和分析简便，令且。将上述计算式代入最大牵引力的一般公式中，同时将滚动阻力和空气阻力的计算式代入，可得最大牵引质量的等式为：。对于牵引车的最大驱动力应当从两个方面考虑：1） 牵引车的发动机所能提供给出的最大驱动力。牵引车的驱动力，在任意档位时，均可按下式计算：，其中，为变速器在任意档位时的传动比。由上式可知，牵引车在各个档位的最大驱动力，在各档位所对应的发动机最大转矩处，而牵引车的最大驱动力，显然在第1档位处，因而有：，其中，：变速器在第一档位时的传动比， ：发动机的最大扭矩。2）道路路面的附着的条件所允许的最大的驱动力。通过查询资料得知，路面附着条件所提供的最大驱动力为：，其中，：牵引车的驱动桥在静态时的附着质量， ：路面的附着系数， ：轴载质量转移系数。在此需要说明的是，在机械工程的实际应用当中，为了计算分析的方便，经常将值取为1，这是由于在半挂汽车列车加速行驶时，牵引车的加速度使驱动桥承受的载荷增加，而半挂车的加速度又使驱动桥承受的载荷减少，两者的影响可视为相互抵消。另外，对于甩挂运输的半挂牵引车来说，在路面附的着条的件良好的混凝土或沥青路面上，其路面的附的着条件一般是可以提供足够的路面附着的力的，即牵引车的最大驱动力主要考虑牵引车发动机的动力，因此可以确定半挂汽车列车的最大牵引力为：。代入前文中得出的最大牵引质量计算等式，可得：。即半挂汽车列车的最大牵引质量为：。所以，欲使牵引车和半挂车合理匹配，则牵引车的最大的设计的牵引质量应不小于半挂车满载的总质量，即：。4.3.3 最大总质量在采用拖挂运输时，我们必须合理地确定半挂汽车列车的总质量m。牵引车拖挂半挂车之后，虽然半挂汽车列车整体的总质量增加了，但仍然要求半挂汽车列车整体需要具有足够的动力性。在确定半挂汽车列车整体的总质量时，一般应该从以下四个方面考虑：1） 在道路货物运输作业路线上最大坡度的坡道上能够使用第1档位起步。当半挂汽车列车在坡道上以第1档位起步时，此时其所受到的空对气阻的力可以忽的略不计，即：。根据驱动力-行驶阻力平衡方程可以得到半挂汽车列车的最大总质量为：其中，：半挂汽车列车在第1档位时的最大驱动力， f：滚动阻力系数，一般情况下，在混凝土路面和沥青路面上取为0.012-0.015， ：半挂汽车列车的旋转质量换算系数，一般在起步时我们取为1， ：半挂汽车列车在道路运输路线上坡道的最大坡度，其数值可按照表4-5所示恰当选取，此外，由于半挂汽车列车车型以及动力、传动等方面限制，其起步时的加速度较小，本文中起步加速度值可取为0.3-0.5。表4-5我国各级公路纵坡度标准公路等级一级二级三级四级平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘最大纵坡度457688注：在四级公路路面条件较差的山岭重丘地区，最大纵坡度可增加1%。定义半挂汽车列车起步时的加速系数k，令，则上式可以简化为：，通常情况下，半挂汽车列车起步时的加的速系数的期望值为：1）突然急加速起步时，k值取0.067；2）正的常缓的慢起步时，取k值为0.050。另外，伍特殊说明时，k的最小取值不能小于0.024。2） 在道路货物运输作业路线上最大坡度的坡道上能够使用第2档位通过。在这种工况下，车速通常比较低，同样不需要考虑空气阻力的影响，并且以匀速稳定沿坡道上坡行驶，即=