长大纵坡路段重型车辆动荷载研究.doc

长大纵坡路段重型车辆动荷载研究.doc长大纵坡路段重型车辆动荷载研究摘要:为了研究长大纵坡路段的水平荷载和垂直荷载特性,结合长大纵坡路段的受力特点以及上坡过程中发动机动力的变化情况,应用车辆系统动力学方法,建立一种适合长大纵坡路段特点的重型车辆动力学模型。研究为长大纵坡路段的道路设计提供了理论指导。关键词:长大纵坡;重型车辆;垂直荷载;水平荷载中图分类号::B0引言近年来,随着道路建设中长大纵坡的增多,其早期破坏现象也越来越严重,主要表现为车辙和滑移,这与其承受的荷载特点有直接关系[13]。车辆在爬坡过程中,为了克服行驶阻力,需要不断的换挡操作来提高驱动力,在此过程中,车辆会对路面产生较大的水平作用力。而长大纵坡路段的水平荷载与垂直荷载会受到坡度和坡长、轴重、入坡速度等因素的影响。因此,在进行长大纵坡路段路面设计时,应考虑水平荷载与垂直荷载的组合作用。本文采用系统动力学方法,建立适合于长大纵坡路段特点的重型车辆动力学模型。选择典型重型车辆,研究车辆爬坡过程中水平荷载系数与垂直动载系数的变化,为长大纵坡路段的道路设计提供理论依据。。与普通路段比较,其突出特点表现在:既有垂直于路面的垂向荷载,又有沿坡道方向的水平荷载,部分弯道位置还有侧向水平荷载;荷载大小既受车辆载重量影响,也受路面状况影响,还与车辆的垂直和水平振动有关;车辆爬坡过程中,时常存在换挡现象,不同挡位牵引荷载差异严重,同一挡位下牵引荷载也不是定值。,采用虚拟样机技术,建立如图1所示七自由度的1/2车辆动力学模型。路面不平度是产生车辆动荷载的主要原因[4]。路面不平度主要采用路面功率谱密度来描述其统计特性。根据国内标准GB7031—2005规定,按照路面功率谱密度将路面不平度分为A~H八个等级。,得到发动机扭矩特性曲线及函数,图2为本研究中所采用的带有调速器的柴油发动机输出转矩特性曲线,呈倒U形,表示发动机转速与输出扭矩的关系。车辆爬坡过程中,输出扭矩和车速按照该曲线表示的函数关系动态变化。在所建立的车辆模型中,施加以该函数关系表示的动态驱动力矩。为了获得最大的驱动力矩,发动机应该以最大输出转矩所对应的转速工作,所以相邻两挡位的转矩特性曲线的交点即为最佳动力性能换挡点。当输出转矩难以克服车辆承受的阻力时,发动机转速下降,车速降低,发动机工作点向左侧移动,到达最佳换挡点位置换挡,改变传动比,提高输出力矩,增大发动机转速。车辆上坡过程的换挡规律如图3所示。、阻尼的存在,车辆在爬坡的过程中会出现垂直动荷载和水平动荷载。在现行的道路设计规范中,仅以车辆的标准轴载为依据进行设计,没有考虑到长大纵坡路段的垂直和水平荷载特性,致使该路段破坏严重。本文以垂直动载系数和水平荷载系数来研究长大纵坡路段车辆的荷载特性,为长大纵坡路段道路设计提供可参考的荷载系数。2长大纵坡路段重型车辆的垂直荷载本文以中国交通中的典型货车东风EQ1108G为例,分析车辆爬坡过程中的荷载特性。为节约篇幅,相关车辆参数不再赘述,可参见文献[5]。