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关于如何控制汽车列车制动稳定性问题的讨论

作者:吴东风 吉林省汽车维修行业协会 长春市浦东路4488号203室 邮编130033 联系电话:18686517469 邮箱:1176155207@qq.com

http://www.motorchina.com  2017-01-12 10:17:00   来源:   点击数:
  
 
   2016年11月21日上午9时许,京昆高速山西平阳段发生多车相撞交通事故,多辆汽车列车发生“折叠”,事故现场惨烈,造成56辆车辆受损,17人死亡,37人受伤为什么会发生如此惨烈的道路交通事故呢?车速控制不好、道路湿滑以及视线不佳是发生连环事故的重要因素,但不能忽视的另一个问题就是汽车列车制动稳定性对汽车列车行车安全的影响。在此笔者就汽车列车制动稳定性问题进行讨论,以期引起大家的关注。
    一、汽车列车制动稳定性问题
 
 
图1:汽车列车因制动响应时间问题引发的“折叠”事故现场资料
 
图1是一个典型的汽车列车“折叠”事故案例,此类问题严重影响运输生产安全,导致汽车列车驾驶员普遍采取解除牵引车转向轴制动、降低牵引车制动效率的方法来防范汽车列车在制动时牵引车与挂车的“折叠”事故发生,确保驾驶员自身安全。由于挂车车身长,发生事故后几乎会把道路“封住”,进而引发连环追尾事故。
(一)汽车列车牵引座的作用及结构
无论是半挂牵引车还是中置轴挂车或是全挂车,都是通过牵引连接装置来实现对挂车的牵引的。以常见的牵引车为例,牵引销与半挂车的连接方式主要有以下3种方式:1)牵引销与与固定座用螺钉连接;2)带椎体的牵引销与锥形固定座连接;3)牵引销用螺钉直接与牵引板连接。
 
图2:牵引销与固定座用螺钉连接1-连接螺钉;2-固定座;3-牵引板;4-牵引销
 
图3:带椎体的牵引销与锥形固定座连接 1-开口销;2-槽形螺母;3-垫圈;4-锥形固定座;5-带椎体牵引销;6-牵引板
 
图4:牵引销用螺栓直接与牵引板连接 1-牵引销;2-螺钉;3-牵引板
 
 
值得注意的问题是,汽车列车的牵引装置的结合部是圆柱状的,牵引座既要承受半挂车一部分垂直质量,又起连接半挂车的作用,同时又是挂车的转向装置。
(二)汽车列车制动时牵引车与挂车的运动受力分析
 由于牵引销是圆柱状,同时牵引拖盘又是挂车的转向装置,在汽车列车发生制动时,当牵引车的制动响应时间与挂车的制动相应时间不一致时,就势必在牵引销和牵引座之间产生作用力,为避免牵引车与挂车在汽车列车制动时生产相互作用力,影响汽车列车行驶的稳定性,因此就牵扯出汽车列车的牵引车和挂车的制动协调与匹配问题。牵引车与挂车的制动协调与匹配问题实质上就是汽车列车中的牵引车与挂车的制动时序问题,这个问题直接影响汽车列车制动的可靠性和稳定性。
当牵引车和挂车的纵向中心线不是处于同一直线上(此种状况应该是常态或高概率事件),牵引车和挂车的中线线就会形成一个夹角,这个夹角就会使挂车因为牵引车和挂车的制动响应时间不一致,而给牵引车和挂车一个相对的作用力,该作用力则会导致牵引车和挂车的运动轨迹发生变化。按照理论力学原理来对牵引车与挂车在不处于同一条直线上时的作用力合力方向进行分析,牵引车中心线与挂车中心线中显现存在夹角时,依据受力分析可以做出以下几种假设及结论。
第一种假设,当挂车的制动响应时间滞后于牵引车制动响应时间时。由于牵引车先于挂车制动,则汽车列车中的牵引车处于制动减速度状态,而挂车仍然处于正常行驶状态,在巨大的惯性力作用下挂车会给牵引车一个较大的作用力,而该作用力又是是向前推动牵引车的,由于挂车总质量要大于牵引车(尤其在载重状态下),挂车会左右牵引车的运动轨迹,加上牵引车与挂车中心线存在的夹角,促使汽车列车的牵引车与挂车结合部形成相互作用力,该作用力的合力会形成一个与汽车列车运行方向不一致的力,该合力必将引起牵引车和挂车的相向运动,形成牵引车与挂车的“折叠”(如图5)。
 
图5:挂车制动响应时间滞后于牵引车使得受力及运动状况
 
第二种假设,当汽车列车正处于转弯状态,且挂车的制动响应时间滞后于牵引车制动响应时间时,由于牵引车中心线与挂车中心线的夹角要相对较大,此时作用力的合力方向与汽车列车运行方向的差异性会非常大,则发生汽车列车牵引车与挂车的“折叠”事故的概率将大幅度提高。
第三种假如,当牵引车制动响应时间滞后于挂车制动响应时间时,在牵引车与挂车相互作用力的合力作用下,牵引车和挂车也势必发生相对位移。但由于挂车制动响应时早于牵引车制动响应时间,使得挂车给牵引车一个与行车方向相反的作用力合力,同样由于挂车总质量要大于牵引车(尤其在载重状态下),挂车会左右牵引车的运动轨迹,加上牵引车与挂车中心线之间存在的夹角,牵引车与挂车见得相互运动就会产生一个与汽车列车运动方向相反的合力,该合力必也将引起牵引车和挂车的相向运动,但此时牵引车和挂车会向“折叠”相反方向运动(与图5运动方向相反),相对保持汽车列车原有行驶状态,则不会引起牵引车与挂车的“折叠”事故发生。
第四种假设,当汽车列车正处于转弯状态,且牵引车制动响应时间滞后于挂车制动响应时间时,由于上述原因也将会对汽车列车的正常转弯产生影响,但而此时驾驶员可以通过方向盘加以控制汽车列车行驶方向,也不会引发汽车列车牵引车与挂车的“折叠”事故发生。
综上所述,要避免汽车列车制动时牵引车与挂车“折叠”事故的发生,必须解决好汽车列车制动时序问题,即牵引车和挂车的制动响应时间问题。从力学分析的角度切入问题,汽车列车在制动时能够完全达到同步,让牵引车与挂车之间不产生任何作用力则是最理想的状态,即汽车列车运行时,牵引车的制动响应时间应该等于或滞后于挂车的制动响应时间。其实这个道理比较好理解,过去我们乘坐普通列车(火车)时,在列车制动停车时都会明显感到车厢间的“耸动”,其实这就是各车厢制动响应时间不一致因相互作用力所引起的引起的现象,而现在的动车车组由于采取了自动控制程序,每一节车厢都是独立的动力源,列车制动时也是各车厢同时制动,这样各车厢的牵引装置间就不会出现因制动时序问题产生相互作用力的问题,由于制动响应时间一致了,牵引装置之间没有作用力,车厢间的“耸动”也就消失了。
二、汽车列车牵引车与挂车选配及其相关技术标准问题
    (一)汽车列车选配和使用中存在的问题
尽管交通运输部有甩挂运输推荐车型制度,也有相关国家和行业技术标准在规范牵引车和挂车生产,但是就目前状况看挂车生产相对秩序混乱,鱼目混珠、产品质量参差不齐。相对来讲,汽车牵引车生产企业的产品质量检验制度和措施相对比较完善,能够按照国家和行业技术标准(或规范)实施必要的检验。而挂车生产企业对产品质量的控制在某种程度上却存在这样或那样的问题,对挂车的制动响应时间检验做的非常不到位,难以保证挂车的制动响应时间符合相关技术标准要求。再一个问题就是在牵引车出厂和挂车出厂时均未在车辆上标注车辆的制动响应时间,用户在购置车辆时未能按照制动响应时间来进行牵引车与挂车的选配。再有就是对汽车列车使用缺乏规范性技术要求,没有标准来约束牵引车与挂车的匹配,汽车牵引车和挂车选配使用存在安全隐患。上述因素综合起来,导致目前牵引车和挂车选配的随意性和不科学,引发牵引车与挂车配套时的制动时序不匹配,为汽车列车安全运行埋下隐患。
(二)相关技术标准对汽车列车中的牵引车及挂车制动响应时间的要求
    从国家现行有效技术标准角度考察,对牵引车、挂车和汽车列车的制动响应时间,即制动时序是有明确规定的。对于牵引车和挂车的制动响应时间问题国家强制标准GB 12676《商用车辆和挂车制动系统建设要求及试验方法》(以下简称GB 12676)做出了规定,欧洲经济委员会汽车标准法规中的ECE R13《M、N和O类车辆制动系统型式认证的统一规定》(以下简称ECE R13)也有相应的规定。下面我们梳理一下2个标准对汽车列车制动时序的描述:
对于牵引车的制动响应时间,GB 12676附录B第B.2.4条是这样规定的:“从开始促动制动系统控制装置至制动气室压力达到稳态最大压力值的75%所经历的时间不超过0.6s
与其对应的欧盟标准ECE R13也有明确规定。ECE R13 附录6第2.4条规定:“从制动系统控制装置开始促动,到制动气室压力达到规定的渐进值的75%所经历的时间不超过0.6s。(规定值渐进值:装备调速器的系统,储气筒压力为调速器供给压力;未装备调速器的系统,储气筒压力为额定压力的90%)
而对于主车/牵引车GB 12676也是有规定。GB 12676附录B第B.2.5、B.2.6条规定:“对于装有挂车用气压制动管路的机动车辆,从促动制动踏板开始至与行车制动系统控制管路接头相连的长度为2.5m,内径为13mm的管路末端气压达到目标值的75%所经历的时间不应超过0.4s
欧盟标准ECE R13 附录6第2.5、2.6条则规定:“对于安装有用于挂车的气压制动管路的车辆,从开始促动制动踏板,到与行车制动系统控制管路接头相连的长度为2.5m,内径为13mm的管路末端气压达到渐进值的75%所经过的时间不应超过0.4s。”ECE R13 附录6第2.7条还规定:“对于允许牵引装备有气制动系统的O4或O3类挂车的机动车辆,也应符合上条之要求
对于挂车的制动响应时间检验问题,GB 21676GB 12676附录B第B.3.5条a款有这样的规定:“对装有气压制动管路的挂车,模拟装置从控制管路中产生的压力达到65kPa起,至挂车制动气室压力达到目标压力的75%所经历的时间不应超过0.4s
欧盟标准ECE R13ECE R13 附录6第3.5.1条则有这样的规定“对安装有气压制动管路的挂车,从控制管路内由模拟器产生的压力达到65kPa,到挂车制动促动器中的压力达到渐进值的75%,所经历的时间不应超过0.4s”。
请注意,上述条款均规定用模拟装置模拟器替代牵引车做测试。对于与实验验证方法标准也有明确规定:
对于普通汽车(非拖挂用车辆)GB 18565-2016第4.4.3.3.2条款规定汽车列车的制动时序应满足:挂车各轴的制动动作应不滞后于牵引车各轴的制动动作,汽车列车的制动协调时间不大于0.80s。” GB 12676附录B第B.2.7条还规定对于允许挂接装有气制动系统的O3或O4类挂车的机动车辆,也应符合上条之要求
(四)关于汽车列车中的牵引车和挂车制动响应时间试验方法
关于试验方法标准明确做出以下规定:
1)对于普通车辆(非拖挂用车辆
GB 12676附录B第B.2.4条规定“测量制动气室压力”。ECE R13 附录6第2.4条规定“测量制动气室压力”。
2)对于主车/牵引车
GB 12676附录B第B.2.5条规定在与行车制动系统控制管路接头相连的长度为2.5m,内径为13mm的管路末端测量气压”,且ECE R13 附录6第2.5条还要求“在与行车制动系统控制管路接头相连的长度为2.5m,内径为13mm的管路末端测量气压”。
3)对于挂车
GB 12676附录B第B3.1条规定与牵引车断开连接后进行试验,用模拟装置代替牵引车,同时GB 12676附录B第B3.3a条还规定模拟装置在制动控制装置出气口应有一个直径4mm~4.3mm
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