混凝土攪拌運(yùn)輸車橫向坡道轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計(jì)算

朱為國(guó)，蔡良生

（1.淮陰工學(xué)院 江蘇省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yùn)輸車橫向坡道轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性計(jì)算

朱為國(guó)1，蔡良生2

（1.淮陰工學(xué)院 江蘇省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)家特種車輛設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選取混凝土攪拌運(yùn)輸車側(cè)翻穩(wěn)定性計(jì)算的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)具有橫向坡道路面不同轉(zhuǎn)向和旋向的混凝土攪拌運(yùn)輸車側(cè)翻穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可以為規(guī)范二類通用底盤型混凝土攪拌運(yùn)輸車安全行駛車速提供理論依據(jù)，控制混凝土攪拌運(yùn)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(yùn)輸車；橫向坡道；參數(shù)選擇；穩(wěn)定性計(jì)算

0 引 言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，中國(guó)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(yùn)輸車得到了大量的使用，同樣伴隨著大量混凝土攪拌運(yùn)輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻的交通事故的發(fā)生?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻問題既與行駛時(shí)攪拌筒帶動(dòng)筒內(nèi)混凝土旋轉(zhuǎn)，使其整車質(zhì)心朝某個(gè)確定方向偏移的情況有關(guān)，也與運(yùn)輸車行駛狀態(tài)有關(guān)。目前，在混凝土攪拌運(yùn)輸車轉(zhuǎn)向側(cè)翻穩(wěn)定性的計(jì)算上，多數(shù)只是提供一種穩(wěn)定性的計(jì)算方法或只對(duì)單一路況或單一工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行研究與計(jì)算，不足以形成統(tǒng)一的規(guī)范來保證混凝土攪拌運(yùn)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(guó)家特種車輛設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選取計(jì)算參數(shù)，對(duì)具有橫向坡道路況下不同轉(zhuǎn)向和旋向的混凝土攪拌運(yùn)輸車側(cè)翻穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，為混凝土攪拌運(yùn)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(yùn)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(jì)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(jì)算

1.1 重載左旋左轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(shí)，F(xiàn)Z1＝0，則

整理得

混凝土攪拌運(yùn)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(yùn)輸車攪拌筒對(duì)重心偏移度e的影響來決定的，即

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

重載時(shí)重心高度

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

由式（4）解得：Uamax≈28.96km·h－1。

根據(jù)國(guó)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(jì)算得βamax＝34.86°。

1.2 重載左旋右轉(zhuǎn)彎側(cè)翻計(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)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(yùn)輸車罐體內(nèi)無混凝土?xí)r，道路拱坡度對(duì)轉(zhuǎn)彎工況穩(wěn)定幅的影響值e1，對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車的重心偏移有很大程度的影響；在空載的時(shí)候旋轉(zhuǎn)扭矩對(duì)穩(wěn)定幅的影響值e2對(duì)混凝土攪拌運(yùn)輸車的重心偏移的影響相對(duì)較小，在計(jì)算過程中可以近似取為0；輪胎變形、懸架變形對(duì)穩(wěn)定幅的影響值e3、e4相對(duì)于重載時(shí)會(huì)有所下降，但還是對(duì)混凝土攪拌運(yùn)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(shí)的重心高度計(jì)算得

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

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)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(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(jì)算

混凝土攪拌運(yùn)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(yǔ)

圖8 空載右旋右轉(zhuǎn)彎受力

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

（1）混凝土攪拌運(yùn)輸車重載時(shí)，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(yùn)輸車空載時(shí)，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(shí)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(shí)基本無影響。

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

［2］胡素云，王窈惠，宋友發(fā).混凝土攪拌運(yùn)輸車行駛穩(wěn)定性分析［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)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(jī)械技術(shù)與管理，2006，19（9）：82－88.

［4］賀 勁，周潤(rùn)伽，帥國(guó)菊.論混凝土攪拌運(yùn)輸車的行駛速度限制［J］.建筑機(jī)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(jì)劃項(xiàng)目（SN13044）

［責(zé)任編輯：王玉玲］