城鎮(zhèn)燃?xì)鈭?chǎng)站內(nèi)汽車(chē)半掛槽車(chē)運(yùn)輸?shù)缆吩O(shè)計(jì)

上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)研究有限公司 余小虎

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、方便的能源。近年來(lái)，我國(guó)燃?xì)馐聵I(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。全國(guó)主要城市大部分區(qū)域均能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)供氣，但部分小城市及偏遠(yuǎn)地區(qū)，管網(wǎng)尚未覆蓋到位，城鎮(zhèn)居民和企業(yè)燃?xì)庵饕蒐PG罐裝站、LNG氣化站、LNG瓶組氣化站提供。無(wú)論是LPG供應(yīng)站還是LNG供應(yīng)站，其主要道路運(yùn)輸工具均為汽車(chē)槽車(chē)，在站址選擇和總平面布置過(guò)程中，運(yùn)輸線路和回車(chē)場(chǎng)地的布置尤為重要。本文按照法律法規(guī)，綜合考慮槽車(chē)運(yùn)輸特點(diǎn)，并結(jié)合軟件模擬情況，分析確定道路轉(zhuǎn)彎半徑和回車(chē)場(chǎng)地最小尺寸。

1 槽車(chē)類(lèi)型及服務(wù)對(duì)象

城鎮(zhèn)燃?xì)獠圮?chē)運(yùn)輸主要有LNG槽車(chē)、LPG槽車(chē)以及CNG槽車(chē)。LNG槽車(chē)主要用于液化天然氣運(yùn)輸，服務(wù)于液化天然氣終端站、液化天然氣氣化站。LPG槽車(chē)主要用于液化石油氣運(yùn)輸，主要服務(wù)于液化石油氣儲(chǔ)存站、儲(chǔ)配站、灌裝站、氣化站和混氣站。CNG槽車(chē)主要用于壓縮天然氣的輸配，主要服務(wù)于壓縮天然氣加壓站、供氣站和加氣站。

1.1 LNG槽車(chē)

LNG槽車(chē)作為L(zhǎng)NG陸地運(yùn)輸?shù)淖钪饕ぞ撸蚱渚哂泻軓?qiáng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，已得到了廣泛的應(yīng)用，LNG槽車(chē)主要有 LNG半掛式運(yùn)輸槽車(chē)和LNG集裝箱式罐車(chē)兩種形式。

半掛式槽車(chē)主要由牽引車(chē)、槽車(chē)罐和半掛車(chē)組成。30 m3半掛槽車(chē)整車(chē)長(zhǎng)度約4.6 m，45 m3和50 m3半掛槽車(chē)整車(chē)長(zhǎng)度≤16.5 m。

1.2 LPG槽車(chē)

LPG汽車(chē)槽車(chē)多數(shù)是將臥式圓筒形儲(chǔ)罐固定在汽車(chē)底盤(pán)上。罐體上有人孔、安全閥、液面指示計(jì)、梯子、平臺(tái)、氣相管、液相管等，汽車(chē)上還裝有供卸車(chē)用的LPG泵，泵靠汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。

隨著LPG需求的上升，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了類(lèi)似于LNG半掛式的槽車(chē)，其中車(chē)輛長(zhǎng)度及行駛參數(shù)也類(lèi)似于LNG槽車(chē)，整車(chē)長(zhǎng)度≤16.5 m。

1.3 CNG槽車(chē)

CNG槽車(chē)，采用瓶組式拖車(chē)作為槽車(chē)。典型的槽車(chē)單車(chē)瓶組由8只筒形鋼瓶組成，每只鋼瓶水容積為2.25 m3，單車(chē)運(yùn)輸氣量為4 550 m3。

CNG 槽車(chē)由牽引車(chē)和儲(chǔ)氣設(shè)備（瓶組掛箱）組成。儲(chǔ)氣設(shè)備箱由牽引車(chē)牽引，運(yùn)輸至目的地后分離，作為 CNG站的氣源或儲(chǔ)氣設(shè)備組使用；用完后再由牽引車(chē)牽引至 CNG加壓站充氣。瓶組掛箱外形尺寸為12.363 m×2.480 m×3.000 m。

上述3種燃?xì)膺\(yùn)輸槽車(chē)主要構(gòu)造均是由牽引車(chē)和掛車(chē)組成。牽引車(chē)長(zhǎng)度各汽車(chē)廠家生產(chǎn)尺寸稍有不同，但掛車(chē)（箱）長(zhǎng)度一般均在12.0～13.0 m之間。根據(jù)《公路安全保護(hù)條例》第三章相關(guān)規(guī)定，運(yùn)輸車(chē)輛技術(shù)參數(shù)必須符合有關(guān)車(chē)輛外廓尺寸標(biāo)準(zhǔn)。GB 1589—2016《汽車(chē)、掛車(chē)及汽車(chē)列車(chē)外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限制》中規(guī)定，半掛車(chē)長(zhǎng)度最大值為13.75 m、寬度2.55 m、高度4.00 m。同時(shí),半掛車(chē)牽引銷(xiāo)中心軸線到半掛車(chē)車(chē)輛長(zhǎng)度最后端的水平距離不應(yīng)大于12.00 m。后續(xù)分析均基于整車(chē)長(zhǎng)度不大于16.50 m的半掛槽車(chē)。

2 半掛槽車(chē)通過(guò)性分析

2.1 法規(guī)要求

各個(gè)國(guó)家對(duì)汽車(chē)列車(chē)的通過(guò)性都有具體要求。一般采用轉(zhuǎn)向通道寬度來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛轉(zhuǎn)向通過(guò)性的好壞。轉(zhuǎn)向通道寬度是指一輛汽車(chē)或汽車(chē)列車(chē)轉(zhuǎn)向需要的空間寬度。

歐盟規(guī)定所有機(jī)動(dòng)車(chē)和汽車(chē)列車(chē)必須能夠在一個(gè)外半徑12.50 m和內(nèi)半徑5.30 m的通道圓環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)向行駛。我國(guó)對(duì)車(chē)輛的通過(guò)性要求主要有 GB 1589—2016《汽車(chē)、掛車(chē)及汽車(chē)列車(chē)外輪廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限制》和QC/T 912—2013《半掛牽引車(chē)與半掛車(chē)匹配技術(shù)要求》，其中前者規(guī)定了通道圓的相關(guān)參數(shù)，后者規(guī)定了彎道通過(guò)性參數(shù)。

（1） 通道圓。在GB 1589—2016附錄B“車(chē)輛通道圓與外擺值測(cè)量方法”中給出了通道圓的測(cè)試方法。當(dāng)汽車(chē)列車(chē)處于空載、水平停置在平整地面上時(shí)，汽車(chē)列車(chē)以盡可能低的穩(wěn)定車(chē)速，進(jìn)入一個(gè)外圓直徑D1為25.0 m，內(nèi)圓直徑D2為10.6 m的水平同心圓周內(nèi)行駛，至少在圓周內(nèi)行駛一周（360°），見(jiàn)圖1。

圖1 通道圓測(cè)試示意

通過(guò)水平同心圓周的外圓曲線，做一個(gè)垂直于地面且向上無(wú)限延伸的圓柱形空間，即為汽車(chē)列車(chē)通道圓的外圓垂直空間。過(guò)水平同心圓周的內(nèi)圓曲線，做一個(gè)垂直于地面且向上無(wú)限延伸的圓柱形空間，即為汽車(chē)列車(chē)通道圓的內(nèi)圓垂直空間。上述過(guò)程順時(shí)針及逆時(shí)針各進(jìn)行一次。

（2） 彎道通過(guò)性。在QC/T 912—2013中規(guī)定了彎道通過(guò)性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)路面應(yīng)為平坦、整潔、干燥、無(wú)障礙物的鋪裝路面，輪胎和路面的接觸表面的摩擦因數(shù)應(yīng)不大于0.80。試驗(yàn)規(guī)定的路線由3部分組成：直線駛?cè)肼范巍霃綖?2.5 m的90°圓弧路段以及直線駛出路段。兩直線路段分別在與90°圓弧路段的交點(diǎn)處與圓弧相切，如圖2所示。汽車(chē)水平靜止放置在彎道前，前外側(cè)轉(zhuǎn)向車(chē)輪輪胎在地面上的參考點(diǎn)在直線駛?cè)肼范紊希?chē)身在地面的投影與直線駛?cè)肼范纹叫小Ｓ涗浲鈧?cè)車(chē)身在地面上的垂直投影，作為測(cè)量后擺值的基準(zhǔn)線。試驗(yàn)車(chē)輛起動(dòng)并按規(guī)定的路線行駛時(shí)，車(chē)速不應(yīng)超過(guò)5 km/h。在駛?cè)搿⑥D(zhuǎn)彎和駛出過(guò)程中應(yīng)保證車(chē)輛前外側(cè)轉(zhuǎn)向輪輪胎在地面上的參考點(diǎn)與規(guī)定的路線一致，且軌跡偏差不應(yīng)超過(guò)50 mm。轉(zhuǎn)彎結(jié)束后，試驗(yàn)車(chē)輛應(yīng)沿直線駛出路段繼續(xù)行駛一段距離，以保證試驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)得車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎通道最大寬度。

圖2 試驗(yàn)路線示意圖

2.2 汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑

汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin是汽車(chē)機(jī)動(dòng)性能的主要參數(shù)。Rmin是指當(dāng)轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，由轉(zhuǎn)向中心至前外輪接地中心的距離，反映了汽車(chē)通過(guò)小曲率半徑彎曲道路的能力和在狹窄路面上或場(chǎng)地上調(diào)頭的能力。Rmin的值與汽車(chē)的軸距、輪距及轉(zhuǎn)向車(chē)輪最大轉(zhuǎn)角等有關(guān)，并根據(jù)汽車(chē)的類(lèi)型、用途、道路條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及軸距等尺寸選取。表1為最小轉(zhuǎn)彎半徑的統(tǒng)計(jì)值范圍[1]。其中貨車(chē)Rmin值的下限對(duì)應(yīng)于短軸距汽車(chē)；輕型及以下的貨車(chē)（總質(zhì)量≤6 t）要求有較高的機(jī)動(dòng)性，因此這類(lèi)汽車(chē)的Rmin應(yīng)盡可能小些。大型鞍式牽引半掛車(chē)的 Rmin一般在5.5～7.5 m以內(nèi)，6×4驅(qū)動(dòng)型式的可達(dá)10 m左右。

表1 常見(jiàn)汽車(chē)最小轉(zhuǎn)彎半徑的統(tǒng)計(jì)值

在槽車(chē)選型時(shí)，一般情況下掛車(chē)型號(hào)尺寸相對(duì)固定，牽引車(chē)的可選型號(hào)則比較多，但具體數(shù)據(jù)相差不大。根據(jù)“2019解放卡車(chē)產(chǎn)品型譜”中牽引車(chē)產(chǎn)品系列J6P 6X4平頭柴油半掛牽引車(chē)性能參數(shù)，車(chē)輛最小轉(zhuǎn)彎半徑為15 m，牽引車(chē)總長(zhǎng)為7.05 m，車(chē)頭至牽引銷(xiāo)距離為5.25 m，見(jiàn)圖3。手冊(cè)中J6P 6X4各種車(chē)型中，最小的轉(zhuǎn)彎半徑均不小于15 m，僅J6P 4X2車(chē)型出現(xiàn)了13 m的轉(zhuǎn)彎半徑。

圖3 J6P 6X4 平頭柴油半掛牽引車(chē)示意

2.3 半掛槽車(chē)通過(guò)性工程設(shè)計(jì)要求

（1） 燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊(cè)要求。LNG運(yùn)輸槽車(chē)的拐彎彎曲半徑不宜小于12 m，槽車(chē)應(yīng)盡量在站內(nèi)卸車(chē)區(qū)回轉(zhuǎn)，其回車(chē)場(chǎng)地面積不應(yīng)小于20 m×20 m；當(dāng)受場(chǎng)地制約無(wú)法在站內(nèi)回車(chē)時(shí)，可借助站區(qū)外道路進(jìn)行槽車(chē)回轉(zhuǎn)，但事先須征得當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T(mén)的許可[2]。

（2） 廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范要求。廠內(nèi)道路交叉口路面內(nèi)邊緣轉(zhuǎn)彎半徑，不應(yīng)小于表2的相關(guān)規(guī)定[3]。

表2 廠礦道路最小轉(zhuǎn)彎半徑

該規(guī)范的條文說(shuō)明中詳細(xì)解釋了該轉(zhuǎn)彎半徑的確定依據(jù)。表格中的數(shù)據(jù)是按照15 km/h的行車(chē)速度、給定的正常情況的最小轉(zhuǎn)彎半徑。對(duì)于載重15～25 t平板掛車(chē)，困難情況下最小轉(zhuǎn)彎半徑可以減小至12 m，特殊困難情況下可以減小至9 m。

從上述規(guī)定可以看出，原則上該規(guī)定與通道圓規(guī)定要求一致，所測(cè)定結(jié)果基本滿足25 m的通道圓外圓直徑要求；且該測(cè)定速度高于通道圓的試驗(yàn)速度，速度降低可進(jìn)一步減小最小轉(zhuǎn)彎半徑值。

綜上所述，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和手冊(cè)中對(duì)半掛車(chē)的平面轉(zhuǎn)彎半徑的規(guī)定，當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑為15 m時(shí)，車(chē)輛轉(zhuǎn)彎比較順利，適用于運(yùn)輸量比較大的場(chǎng)地；當(dāng)場(chǎng)地狹小且運(yùn)輸量很少情況下，轉(zhuǎn)彎半徑可取9 m，20 m×20 m的場(chǎng)地亦可滿足槽車(chē)回轉(zhuǎn)要求。

3 半掛槽車(chē)通過(guò)性模擬驗(yàn)證

通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，結(jié)合法規(guī)要求和車(chē)輛生產(chǎn)參數(shù)，建立車(chē)輛模型，對(duì)其通道圓和 90°轉(zhuǎn)彎的行駛軌跡進(jìn)行分析，確定合適的道路轉(zhuǎn)彎半徑。

3.1 半掛槽車(chē)模型建立

半掛槽車(chē)車(chē)輛寬度2 496 mm，具體參數(shù)見(jiàn)圖4。

圖4 車(chē)輛參數(shù)示意

半掛槽車(chē)參考燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)手冊(cè)50 m3液化天然氣槽車(chē)尺寸（與目前市場(chǎng)上52.6 m3的槽罐車(chē)參數(shù)基本一致），半掛牽引車(chē)參考解放J6P 6×4榮耀版標(biāo)載型平頭柴油半掛牽引車(chē)。

3.2 通道圓模擬

根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)定車(chē)輛行駛速度為 5 km/h,在既定車(chē)輛模型參數(shù)中，影響車(chē)輛通道圓半徑的決定參數(shù)為車(chē)輛前輪最大轉(zhuǎn)角值。當(dāng)最大轉(zhuǎn)角為21.8°時(shí)，模擬車(chē)輛通道圓與規(guī)范要求近似；當(dāng)轉(zhuǎn)角加大時(shí)，通道內(nèi)外圓直徑逐步降低，所需回轉(zhuǎn)場(chǎng)地減小，為保證模擬數(shù)據(jù)的通用性，模擬車(chē)輛最大轉(zhuǎn)角參數(shù)確定為21.8°。通道圓模擬情況見(jiàn)圖5。

圖5 車(chē)輛通道圓模擬

3.3 道路90°轉(zhuǎn)彎模擬

根據(jù)廠區(qū)運(yùn)輸量多少，結(jié)合規(guī)范要求，取道路寬度4～12 m、轉(zhuǎn)彎半徑6～15 m。下面分別就4 m、6 m、9 m和12 m這4種道路寬度的轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行分析。根據(jù)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎是否借用對(duì)向車(chē)道路寬，分成兩種情況進(jìn)行模擬。

（1） 借用路寬。考慮車(chē)輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)借用對(duì)向車(chē)道，即車(chē)輛可以按照其性能的極限最小轉(zhuǎn)彎半徑行駛，此處取通道圓中的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)缆穼挾取? m時(shí)，即使道路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎處為直角，槽車(chē)亦可通過(guò)該彎道，見(jiàn)圖6。

圖6 槽車(chē)右轉(zhuǎn)彎模擬（m）

根據(jù)模擬情況，要保證車(chē)輛順利轉(zhuǎn)彎，道路寬度與其內(nèi)側(cè)邊線半徑對(duì)應(yīng)情況見(jiàn)表3。

表3 道路寬度與其內(nèi)側(cè)圓弧半徑對(duì)應(yīng)關(guān)系

（2） 不借用路寬。當(dāng)交通量比較大時(shí)，道路上可能存在會(huì)車(chē)情況，考慮最不利情況，當(dāng)會(huì)車(chē)發(fā)生在道路轉(zhuǎn)彎處時(shí)，占用轉(zhuǎn)彎通道最大。一般情況下，考慮槽車(chē)雙向會(huì)車(chē)時(shí)，道路寬度取值一般都≥9 m。此處針對(duì)9 m寬道路和12 m寬道路分別進(jìn)行分析，見(jiàn)圖7和圖8。道路寬度與其內(nèi)側(cè)邊線半徑對(duì)應(yīng)情況見(jiàn)表4。

圖7 9 m寬道路彎道處會(huì)車(chē)分析（m）

圖8 12 m寬道路彎道處會(huì)車(chē)分析（m）

表4 道路寬度與其內(nèi)側(cè)圓弧半徑對(duì)應(yīng)關(guān)系表

通過(guò)上述兩種情況的分析可以看出，借用路寬可以在很大程度上減小道路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑。在具體選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)交通量大小確定合適的運(yùn)輸方案，盡量避免車(chē)輛在彎道處會(huì)車(chē)。當(dāng)場(chǎng)站用地受限，道路寬度較小時(shí)，可以考慮在轉(zhuǎn)彎處局部拓寬道路，以方便槽車(chē)過(guò)彎。根據(jù)上海市消防局滬消（防）字[2001]65號(hào)《關(guān)于高層建筑消防撲救場(chǎng)地設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的處理意見(jiàn)》，上海地區(qū)消防車(chē)道內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑校核時(shí)就采用了（14 m－道寬）的方法。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)法律規(guī)范對(duì)半掛車(chē)生產(chǎn)要求中通道圓的規(guī)定，可確定在直徑為25 m的圓形場(chǎng)地內(nèi)，運(yùn)輸LNG、LPG和CNG的半掛槽車(chē)（整車(chē)長(zhǎng)度≤16.5 m）可以順利回轉(zhuǎn)。場(chǎng)地狹小時(shí)，可以結(jié)合車(chē)輛運(yùn)輸頻次，適當(dāng)減小回轉(zhuǎn)場(chǎng)地面積。確定道路內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)彎半徑時(shí)應(yīng)考慮車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)的通道寬度，在道路較窄時(shí)，僅滿足規(guī)范中規(guī)定的轉(zhuǎn)彎半徑要求可能會(huì)導(dǎo)致掛車(chē)后輪通過(guò)困難，需考慮后輪對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑的影響。盡量避免在彎道處會(huì)車(chē)，運(yùn)輸量較少時(shí)，可以考慮在轉(zhuǎn)彎處借用對(duì)向車(chē)道轉(zhuǎn)彎。列車(chē)尺寸對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑的影響較大，當(dāng)整車(chē)長(zhǎng)度＞16.5 m時(shí)，應(yīng)詳細(xì)了解車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)，結(jié)合實(shí)際情況確定轉(zhuǎn)彎通道及回轉(zhuǎn)場(chǎng)地大小。