牽引車(chē)、拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)坡道通過(guò)性研究

（安徽合力股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 前言

目前牽引車(chē)和拖車(chē)被廣泛應(yīng)用到各種物流行業(yè)，例如火車(chē)站物流轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)物流轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、港口物流轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等；這些物流系統(tǒng)往往要經(jīng)過(guò)下穿隧道，即牽引列車(chē)需要通過(guò)較大的坡道。如果拖車(chē)上的牽引機(jī)構(gòu)和牽引車(chē)上的牽引機(jī)構(gòu)匹配不合理，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)較大的坡道時(shí)，會(huì)影響牽引列車(chē)運(yùn)行性能。通過(guò)對(duì)拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)和牽引車(chē)牽引機(jī)構(gòu)研究，優(yōu)化牽引機(jī)構(gòu)最優(yōu)匹配關(guān)系。

2 牽引車(chē)和拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作原理

牽引車(chē)牽引拖車(chē)工作時(shí)，通常以組合列車(chē)工作方式進(jìn)行，即一輛牽引車(chē)牽引一臺(tái)或多臺(tái)拖車(chē)；牽引車(chē)牽引機(jī)構(gòu)和拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)是保證組合列車(chē)能夠正常運(yùn)行重要機(jī)構(gòu)。牽引車(chē)牽引機(jī)構(gòu)主要包括牽引座、牽引銷(xiāo)和牽引操縱機(jī)構(gòu)。拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)主要包括回轉(zhuǎn)橋、連接銷(xiāo)、牽引桿總成、板簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。牽引車(chē)牽引拖車(chē)工作原理是：拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)中牽引桿上的連接孔掛接在牽引車(chē)牽引銷(xiāo)上，牽引桿總成通過(guò)連接銷(xiāo)與回轉(zhuǎn)橋連接，其中牽引桿總成通過(guò)連接銷(xiāo)能夠?qū)崿F(xiàn)上下擺動(dòng)，即牽引車(chē)牽引拖車(chē)可以通過(guò)一定坡道；拖車(chē)回轉(zhuǎn)橋上帶回轉(zhuǎn)支承，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。板簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端安裝在回轉(zhuǎn)橋上另一端安裝在牽引桿總成上，主要作用用于調(diào)節(jié)拖車(chē)牽引桿總成高度，保證拖車(chē)牽引桿總成高度與牽引車(chē)牽引中心高度保持一致，以便牽引車(chē)與拖車(chē)順利脫掛。駕駛員通過(guò)操作牽引操縱機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)牽引車(chē)與拖車(chē)脫掛。通過(guò)上述機(jī)構(gòu)牽引車(chē)牽引拖車(chē)工作時(shí)能夠通過(guò)一定坡道和實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能（如圖1所示）。

圖1 牽引車(chē)、拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作簡(jiǎn)圖

3 影響牽引車(chē)牽引拖車(chē)坡道通過(guò)性主要因素

影響牽引列車(chē)的坡道通過(guò)性因素很多，下面從牽引車(chē)、拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理來(lái)分析影響牽引列車(chē)的坡道通過(guò)性主要因素。牽引車(chē)在水平路面上牽引車(chē)拖車(chē)時(shí)，由于拖車(chē)牽引桿的中心高度與牽引車(chē)的牽引座的中心高度處于同一高度位置，牽引桿連接孔與牽引銷(xiāo)能夠保持一定間隙，此間隙一般為4～5mm；該間隙不能太小，小了不方便牽引車(chē)對(duì)銷(xiāo)；間隙不能太大，太大了牽引桿與牽引銷(xiāo)撞擊頻率會(huì)增大，容易引起牽引銷(xiāo)或牽引桿損壞。牽引車(chē)牽引拖車(chē)過(guò)坡道時(shí)最嚴(yán)重的狀態(tài)是：拖車(chē)仍處于水平路面上，牽引車(chē)已處于坡道上，此時(shí)拖車(chē)的牽引桿和拖車(chē)的回轉(zhuǎn)橋之間形成一定角度（如圖2所示），拖車(chē)牽引桿連接孔和牽引銷(xiāo)之間形成一定角度，當(dāng)拖車(chē)牽引桿連接孔和牽引銷(xiāo)之間夾角達(dá)到一定值時(shí)，牽引桿連接孔和牽引銷(xiāo)之間會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象（如圖3所示）。通過(guò)牽引車(chē)、拖車(chē)坡道工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖可發(fā)現(xiàn)拖車(chē)牽引桿連接孔和牽引車(chē)的牽引銷(xiāo)之間夾角越小，此時(shí)牽引桿上的連接孔和牽引車(chē)的牽引銷(xiāo)干涉的可能性就越小。影響拖車(chē)牽引桿連接孔和牽引車(chē)的牽引銷(xiāo)之間角度相關(guān)結(jié)構(gòu)有：牽引桿連接孔直徑、牽引銷(xiāo)直徑、坡道角度、回轉(zhuǎn)橋中心到連接銷(xiāo)的中心水平距離、牽引桿總成工作長(zhǎng)度、牽引桿厚度（如圖4所示）。

圖2 牽引車(chē)、拖車(chē)坡道工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖

圖3 牽引銷(xiāo)和牽引桿坡道工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖

圖4 牽引桿簡(jiǎn)圖

4 建立數(shù)學(xué)模型和分析

根據(jù)牽引車(chē)牽引拖車(chē)結(jié)構(gòu)和工作原理建立運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和相關(guān)參數(shù)設(shè)定（如圖5所示）。

圖5 牽引車(chē)、拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

相關(guān)參數(shù)定義：

D：牽引桿連接孔直徑

d：牽引車(chē)牽引銷(xiāo)直徑

α：坡道角度

θ：連接銷(xiāo)中心到前輪與地面接觸點(diǎn)連線與水平面夾角

β：拖車(chē)牽引桿總成與坡道夾角

h：牽引桿總成水平狀態(tài)中心與地面高度

L1：回轉(zhuǎn)橋中心到連接銷(xiāo)中心水平距離

L2：牽引桿總成工作長(zhǎng)度

t：牽引桿厚度

L：拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)總的工作長(zhǎng)度（L=L1+L2）

要保證牽引車(chē)牽引拖車(chē)通過(guò)α度坡道時(shí)牽引桿連接孔和牽引車(chē)的牽引銷(xiāo)不干涉，必須滿足的條件是：拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)中的牽引桿連接孔直徑孔徑D減去牽引桿厚度在坡道上的投影尺寸要大于或等于牽引車(chē)牽引銷(xiāo)的直徑d，即D-t×tanβ≥d。

相關(guān)數(shù)學(xué)模型：

由上述數(shù)學(xué)模型可推導(dǎo)出β與D、d、t、L1、L2以及α之間的關(guān)系。

拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)總的工作長(zhǎng)度一般是根據(jù)拖車(chē)寬度和前懸來(lái)確定，一般是定值。從式（7）、式（8）可以看出β值與h、L1、θ、α、L2參數(shù)有關(guān)，其中β值與h、L1、θ、α成一定條件下的正比例關(guān)系，與L2成反比例關(guān)系，因此減小β值就可以提高牽引列車(chē)坡道的通過(guò)性。

通過(guò)excel表格可進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和計(jì)算，表1為實(shí)例計(jì)算結(jié)果（設(shè) D=50mm；d=45mm；α=15°；t=40mm；h=450mm）。

表1 實(shí)例中長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)牽引車(chē)、拖車(chē)牽引機(jī)構(gòu)研究，可以對(duì)已確定的牽引機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)不確定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到較為準(zhǔn)確設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)效率有一定指導(dǎo)意義。另外采用優(yōu)化后的參數(shù)可以快速測(cè)算出牽引列車(chē)所能通過(guò)的坡道能力。