董金松 张红卫 张学礼 宋尚斌
摘要：根据牵引货车与牵引杆式挂车组成汽车列车结构特点，深入分析整车机械连接互换性开展，确定牵引杆连接器及牵引杆挂环安装的空间位置、最小间隙以及相应的回转半径，提出了不同互换性要求车辆的标识标牌要求。
关键词：道路运输;货车列车;机械连接;互换性
中图分类号：U463.91 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2021）02-0004-07
Abstract：
According to the structural characteristics of the goods road train composed of towing trucks and drawbar trailer or centre axle trailer， in-depth analysis was carried out for the whole vehicle interchangeability of the mechanical coupling， and the installation location including of distance and height of the drawbar coupling and the drawbar eye， minimum clearance and front corner radius of trailer were determined. In order to facilitate distinguishing the interchangeability of different requirements， the identification and label requirements were proposed.
Key Words：
Road Transportation; Goods Road Train; Mechanical Coupling; Interchangeability
引 言
近年来，随着道路基础设施网络化不断完善，道路货物运输在我国综合运输体系中的基础性作用不断增强，但运输成本依然较高[1][2]。为适应交通运输现代化发展需求，不断优化货物运输组织模式，提高车辆运输能效，降低物流成本，修订发布后的《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB 1589-2016）和《货运挂车系列型谱》（GB/T 6420-2017）中新增了货运中置轴挂车类型。
机械连接标准化是发展汽车列车的基础。车辆类型的增加虽然为道路运输业户用车提供了更为多样的选择空间，提供更为便利、多样的组合形式，但与国外已经具有机械连接互换性方面完善的标准要求不同，由于缺乏整车机械连接互换性的国家统一要求，给新增的中置轴挂车以及早就应用的牵引杆挂车的设计生产与实际应用带来了匹配困难，极易出现车辆不能互换以及互换后超长甚至运动干涉的情况。
为提高牵引货车与牵引杆类挂车的整车机械连接互换性水平，推动货运车辆的标准化发展，以牵引货车与牵引杆式挂车为研究对象，确定牵引货车与挂车间机械连接装置的安装位置以及相关互换性要求，为车辆设计与选用提供技术依据，提高牵引货车和挂车的匹配合理性。
1 道路货物运输车辆类型
道路货物运输车辆根据运输货物类别可分为道路普通货物运输车辆和道路危险货物运输车辆[3]。道路货物运输车辆按照功能与结构可分为载货汽车、牵引车辆与挂车。其中牵引车辆按照牵引对象不同可分为半挂牵引车和牵引货车[4];挂车按照结构类型可分为半挂车、中置轴挂车和牵引杆挂车，因中置轴挂车和牵引杆挂车均以牵引杆挂环作为机械连接装置，也可统称为牵引杆式挂车。牵引货车可与中置轴挂车或牵引杆挂车分别组成中置轴挂车列车和牵引杆挂车列车，上述列车统称为货车列车;半挂牵引车与半挂车组成铰接列车，货车列车和铰接列车统称汽车列车。按结构划分道路货物运输车辆类型见图1。
2 机械连接互换性标准现状
2.1 零部件机械连接
牽引车辆与挂车的机械连接装置互换性同强度要求一样至关重要，因此国内外车辆标准化管理部门都非常重视。机械连接互换性一般包括两个方面，一是机械连接装置的互换性要求，也就是零部件产品本身的互换性要求;二是零部件安装到车辆后的车辆互换性要求，也就是整车机械连接的互换性要求。根据车辆类型不同机械连接装置的名称和形式也不相同，用于半挂牵引车和半挂车的机械连接装置分别称为牵引座和牵引销，见图2。用于牵引货车和牵引杆类挂车的机械连接装置分别称为牵引杆连接器和牵引杆挂环，见图3;与牵引杆连接器连接的称为牵引杆连接器安装支架，与牵引杆挂环连接的称为牵引杆挂环刚性连接杆。
为适应我国铰接列车和中置轴挂车列车的推广和使用，我国先后吸收转化ISO系列标准制定了牵引杆挂环、牵引座、牵引销和牵引杆连接器等零部件产品的机械连接装置互换性国家标准（见表1），以指导零部件企业的设计与生产。目前关于机械连接装置零部件产品的互换性标准及要求与国际接轨，是全面和适用的。
2.2 整车机械连接
与较为完善的机械连接装置零部件产品互换性标准相比，我国关于整车的机械连接互换性标准进展相对滞后，现行标准主要适用于半挂引车及半挂车，见表2。为满足当前行业发展需求，国家标准化管理部门和研究机构及时立项启动了牵引货车与牵引杆式挂车（牵引杆挂车和中置轴挂车）的整车机械连接互换性国家标准制定工作[5][6]。
3 牵引货车与牵引杆挂车机械连接互换性
3.1 牵引杆连接器与牵引杆挂环位置
对于牵引牵引杆挂车的牵引货车而言，牵引杆连接器通常安装在牵引货车纵梁的末端或尾端且在车辆宽度方向居中位置。此时决定牵引杆连接器的空间位置参数为牵引杆连接器销轴中心距牵引货车最后端的距离和牵引杆连接器销轴中心距地面高度两个参数（见图4）。受车辆结构影响通常牵引杆连接器销轴中心距牵引货车最后端的距离（A）不应超过550 mm;牵引货车牵引杆连接器销轴中心距地面的高度（H）需要根据总质量不同选择不同的数值，见表3。牵引杆挂车的牵引杆挂环中心高度（H"）应与牵引货车的牵引杆连接器销轴中心距地面的高度相同，以保证车辆运行平稳。
3.2 牵引杆挂车前回转半径
牵引杆挂车相对于牵引货车的前回转半径是指牵引杆连接器销轴中心至牵引杆挂车厢体最前端的水平距离（C），见图5。通常情况下牵引货车与牵引杆挂车的间隙半径不应小于80mm，否则影响驾驶体验且不能消除在用车车体轻微变形的影响，导致牵引车辆与挂车发生运动干涉，从而损害车辆部件，影响行车安全。
确定间隙半径后，根据几何关系即可通过公式（1）计算牵引杆挂车相对于牵引货车前回转半径的最小值：
式中：W为牵引货车宽度（单位为mm，冷藏保温车辆宽度最大值为2600mm，一般厢式货车宽度最大值为2550mm），A为牵引杆连接器销轴中心距牵引货车最后端的距离（单位为mm），S为牵引车辆和挂车间最小间隙（单位为mm）。
4 牵引货车与中置轴挂车机械连接互换性
4.1 牵引杆连接器与牵引杆挂环位置
牵引中置轴挂车和牵引牵引杆挂车的牵引货车的牵引杆连接器安装位置具有较大区别，如前所述后者一般安装在牵引货车纵梁尾部。因中置轴挂车具有更低的盘底高度以提升其运行稳定性，因此对应牵引货车的牵引杆连接器一般安装在纵梁尾部下方。为了提高汽车列车行驶稳定性，避免高速行驶时由于路面不平以及侧向风等因素影响导致中置轴挂车相对于牵引货车摆动幅度过大，影响汽车列车的行驶安全，研究结果表明安装位置越靠近牵引车辆的后轴位置越安全[7]。因此，该位置通常需要深入到牵引货车纵梁下方后轴附近。由于该位置低于牵引货车底盘，因此需要借助牵引杆连接器安装支架以降低安装高度。牵引杆连接器安装位置与安装支架示意图见图6和图7。
为了便于牵引货车与不同中置轴挂车进行匹配，提高车型适应性，将牵引杆连接器销轴中心距牵引货车最后端距离（A）划分为三个类别并确定了表4所示对应参数。由于深入量较大，人在车后和车侧很难直接操作机械装置，给牵引货车与中置轴挂车的耦合操作带来不便，因此应采取辅助装置以便对机械连接装置进行操作，辅助装置的操纵位置距离车辆侧边不应超过420mm，该数值的制定参考了人手臂的长度，见图8。
为了提高货物装卸效率，降低从业人员工作强度，国内外在牵引货车上普遍采用装卸尾板。由于尾板的存在，一般需要占用牵引车辆后悬下部部分空间，因此牵引杆挂环刚性连接杆结构将影响中置轴挂车相对于牵引车辆的前倾角大小;为适应不同中置轴挂车牵引需求，牵引货车根据机械连接互换性要求不同分为高位和低位两类，见图7和图9。但为了便于车辆设计与互换性应用，无论是否安装尾板，牵引货车牵引杆连接器销轴中心距牵引车辆最后端的距离与距地高度，以及与之对应的中置轴挂车挂环孔中心距地面的高度（380mm±25mm）均应保持一致，具体尺寸见图7、图9和图10。
4.2 牵引杆挂环刚性连接杆
相对于牵引杆连接器的高低位类别而言，中置轴挂车牵引杆挂环刚性连接杆也分为高位和低位两种，其形状应满足不同的尺寸要求，见图11。基于目前国内材料、加工工艺以及超限超载现象尚未完全杜绝等综合因素，牵引杆挂环刚性连接杆宽度与国际标准相比由250mm增大至300mm，并且该参数也参考了欧洲主要机械连接装置生产厂家的意见和建议，为车辆行驶安全提供了有利保障。
4.3 中置轴挂车前回转半径
中置轴挂车相对于牵引货车的前回转半径是指牵引货车牵引杆连接器销轴中心至中置轴挂车厢体最前端的距离，见图12。经验表明，一般情况下在牵引货车与中置轴挂车相对前倾角度α为4°、铰接角β为40°时，牵引车辆与中置轴挂车的间隙半径不应小于250mm，否则将不能确保组成汽车列车时牵引车辆与中置轴挂车不发生运动干涉。如果前倾角达到极限情况下6°且铰接角在90°内任意位置都确保车辆不发生干涉，则间隙半径应至少为365mm。在确定间隙半径的情况下，将车辆参数带入公示（1）即可求得中置轴挂车相对于牵引货车前回转半径Cmin。
4.4 前倾角和铰接角
在行驶条件下，牵引货车与中置轴挂车铰接角β应大于等于90°，中置轴挂车相对于牵引货车前倾角α应不小于6°，牵引货车与中置轴挂车之间除连接装置外不应有其他部位相接触。该值与我国道路条件是相适应，前倾角小于等于6°对应道路纵坡为10%;而根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）规定，我国道路设计的最大纵坡为9%，因此在该条件下能够通过所有道路。铰接角与车辆转弯半径有关，当车辆铰接角最大值过小时，明显需要更大的通道圆半径，因此很难满足GB 1589的相关要求;而且该值与车辆机动性有关，能够体现操作车辆的灵活性。
4.5 車辆的匹配
因牵引货车和中置轴挂车根据机械连接装置位置参数不同而分为高位和低位，且不能实现完全互换;因此牵引车与挂车应进行高低位类别合理匹配，原则就是高位牵引货车可与不高于其级别的中置轴挂车进行匹配，同时要保证中置轴挂车的A级别不小于牵引车的A级别，相同类别相同尺寸优先匹配，具体见表5：
4.6 車辆互换性标识
由于牵引货车与中置轴挂车不同类别无法完全匹配，因此需要在牵引车辆和中置轴挂车上增加标识，以便在实际选用时能够选择合适车辆。标识尺寸一般不应小于150mm×150mm且分别固定于牵引车辆的后部和中置轴挂车的前部易见位置，以方便观察。标识还规定了具体标识内容，对于牵引车辆上的标识应标注牵引车辆，中置轴挂车应标注中置轴挂车，不仅要标识本车辆类别和具体系列，还应标识出适配挂车类别和系列，见图13。
5 结语
整车机械连接互换性对牵引货车和牵引杆式挂车的设计和正确选用至关重要。本文分别提出了牵引货车和与之匹配的牵引杆挂车/中置轴挂车的牵引杆连接器及牵引杆挂环的空间位置要求、间隙半径要求和回转半径要求，可显著提升我国道路货物运输车辆的标准化水平，适应交通强国建设以及安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系需要。
参考文献：
[1]胡焓，李可. 物流成本偏高的原因及对策[J]. 宏观经济管理，2019（5）：
57-58.
[2]龚雪. 降低物流成本的理论与政策研究：文献综述与研究展望[J]. 河北经贸大学学报，2018（1）：
91-93.
[3]中华人民共和国交通运输部. 交通运输部关于修改《道路运输车辆技术管理规定》的决定（中华人民共和国交通运输部令2019年第19号）[Z]. 北京：
交通运输部办公厅，2019.
[4]全国道路运输标准化技术委员会. 营运货车安全技术条件 第2部分：
牵引车辆与挂车：
JT/T 1178.2-019[S]. 北京：
人民交通出版社，2019.
[5]Road vehicles Technical Committee. Commercial road vehicles-Mechanical coupling between towing vehicles， with coupling mounted forward and below， and centre-axle trailers-Interchangeability：
ISO 11407-2004[S]. Geneva：
International Organization for Standardization， 2004.
[6]Road vehicles Technical Committee. Commercial road vehicles-Mechanical coupling between towing vehicles with rear-mounted coupling and drawbar trailers-Interchangeability：
ISO 11406-2001[S]. Geneva：
International Organization for Standardization， 2001.
[7]John Aurell， Thomas Wadman. Vehicle combinations based on the modular Concept Background and analysis[R]. Copenhagen：
Vehicles and Transports Committee， 2007.
