非轉向雙掛車軸半掛汽車的轉彎過程分析

趙云鶴

(北安農墾交通局)

1 汽車列車的轉彎過程

由牽引車帶單掛車軸半掛車組成的汽車在轉彎行駛時所有車軸都能繞同一瞬時轉向中心轉動，各輪胎處于純滾動轉動。具有非轉向雙掛車軸半軸半掛車與牽引車組成的汽車列車在直線行駛時，其運動狀況與一般的單掛車軸半掛列車并無什么不同。而在轉彎過程中，由于半掛車所有車輪繞同一轉動中心轉動的運動學規律，即軸轉向受到了破壞，而在雙軸車輪上產生了側向反作用力，這種側向反作用力到一定數值時將引起半掛車車輪的側向滑轉，從而加劇了輪胎磨損。本文在下面的討論過程中，假定列車以低速轉彎，忽略由于離心力所引起的側滑和非幾何約束以往造成的輪胎變形引起的側向滑轉。

2 掛車軸采用串聯式平衡懸掛結構的汽車列車的轉彎過程分析

目前，國內外在半掛列車中普遍采用的非轉向雙掛車軸的典型結構為串聯式鋼板彈簧懸掛結構。圖1為該型“非轉向列車”轉彎過程中某一瞬間的運動狀況簡圖。

圖1 非轉向列車的運動狀況簡圖

根據前面假定可知，牽引車車輪均處于純滾動狀態，過牽引車各輪中心做該點速度方向的垂線，所做垂線的交點Ot即是牽引車的瞬間時轉向中心。此時，轉向輪內外輪轉角由轉向梯形保證其相互關系。當方向盤向一個方向打死即a最大時，前外輪中心到Ot間距離就是牽引車的最小轉變半徑。

根據設計要求，該車型主要用于干線上集裝箱疏遠，經常使用的路面以二級公路為主。我們以城鎮附近緣石半徑10m為參考，取牽引車前輪輪轉彎半徑Rx=14m。一般輪胎側偏角不超過3°～4°時可認為側偏力與側偏角呈線性關系。當側偏角達到10℃左右時，側偏力達到最大值，輪胎與地面開始出現滑移趨向，根據上述結果判斷，該半掛列車在上述使用條件下不會因輪胎側滑造成磨損。

3 半掛汽車列車彎道行駛仿真分析

3.1 半掛汽車列車側翻試驗

汽車側翻是指汽車在行駛過程中繞其縱軸線轉動90°角或更大角度，以至車身與地面相接觸的一種及其危險的側向運動。側翻是半掛汽車列車易發生的一種危險工況，對于高速行駛車輛，最后軸車輪離地通常被認為是車輛側翻前的第一征兆。本實驗仿真工況:根據國家標準 JT/T426-2000，使半掛汽車以60m/s的速度做直線運動，在第1s對轉向盤進行正玄輸入。

在轉向盤正玄輸入后，牽引車與半掛車的橫角速度也按正玄形式變化，而半掛車橫擺角速度滯后牽引車0.5s;轉向盤正弦后，牽引車與半掛車的側向加速度按近似正弦的情況變化，且半掛車的側向加速度滯后于牽引車;轉向盤正弦輸入后，半掛汽車列車右側車輪的垂直載荷隨著轉向盤轉角的變化先增加后減少，在此過程中，半掛車右后輪的變化尤為明顯，半掛車后輪垂直載荷迅速增加到53kN，然后迅速減小到零，此時半掛車右后輪離地，進入臨界側翻狀態。

3.2 半掛汽車列車甩尾試驗

牽引車與半掛車的側向加速度趨近于穩定值;在汽車突然轉向的初始階段，牽引車與半掛車的橫擺角速度以幾乎相同的速度增大，牽引車橫擺角速度略大于半掛車，隨著時間的增加，半掛車的橫擺角速度增速不變，而牽引車的橫擺角速度則快速減小，初步分析可以得知這是由于半掛車的甩尾現象造成的，隨著時間的增加，牽引車的橫擺角速度有增大的趨勢;在轉向的初始時刻，牽引車與半掛車的折疊角增加，在2.5s左右，情況發生變化，牽引車與半掛車間的夾角變為負值，且已接近線性的速度增加，由此可知，牽引車與半掛汽車橫擺角速度的差異。

4 結論

(1)由于半掛汽車轉彎列車轉彎時主、掛車之間產生折疊角，從而使掛車車軸半輪的轉彎半徑大大小于主車車輪的轉彎半徑。而非轉向雙掛車軸車輪的側偏角大小主要取決于該車輛的轉彎半徑，這就使得在單車上輪胎偏磨現象已經比較嚴重的擺臂式平衡懸掛結構在半掛車上很少采用。

(2)從輪胎偏磨考慮，設計非轉向掛車軸時優先采用串聯式平衡懸掛結構，只有對軸距L1可以較小時才考慮采用擺臂式平衡懸掛結構。

(3)合理確定半掛車結構參數L1、L2、W，可保證半掛車在正常轉彎行駛時雙軸輪胎在路面上不做橫向滑移。

[1] 左建令，陳慧，余卓平.車輛轉向輕便性人-車-路閉環系統計算機仿真研究[J].汽車技術，2006，(4).

[2] 王軍.重型汽車轉向系統的結構分析與設計方法研究[D].武漢理工大學，2006.

[3] 黃朝勝.重型載貨汽車底盤性能設計參數控制研究[D].吉林大學，2005.