论混凝土搅拌运输车的行驶速度限制

摘  要:本文对混凝土搅拌运输车的行驶侧翻现象进行了分析,强调限制其最高行驶车速的重要性,提出了安全车速取值建议,阐述了在其产品使用说明书中提出安全车速的必要性。
关键词:混凝土搅拌运输车 行驶速度限制

关于混凝土搅拌运输车的最高车速(以下简称运输车),各厂家的广告所提及的几乎都是底盘车改装前的最高车速,一般在90km/h 左右。同时,有些厂家甚至于将这些底盘车最高车速作为整车最高车速写入了使用说明书。然而,我国汽车行业标准《混凝土搅拌运输车技术条件》(QC/T 667—2000)(以下简称《技术条件》)的第4.1.8 条中明确规定:搅拌(原文此处有误,应用搅动一词——笔者注,下同)行驶时,最高车速不得高于50km/h。由此可见,对最高车速指标有着不同的理解,一遇行车过速,不慎翻车,易引发不必要的纠纷。笔者认为有必要就此问题从以下方面进行讨论,引起大家对运输车行驶速度限制必要性的重视,提出安全车速取值建议,促使有关厂家在运输车产品使用说明书中正确表述行车速度,杜绝产生相应纠纷的可能。

1 最高车速
汽车的最高车速是汽车的动力性三大指标之一。运输车生产厂家对此项指标十分重视,将其作为重要性能指标列出。

其实,所有汽车的速度测试都是附有条件限制的。《技术条件》规定:运输车的最高车速测试是执行《汽车最高车速试验方法》(GB/T 12544);最低车速的测试是执行《汽车最低稳定车速试验方法》(GB/T 12547))。然而,进行这两种速度测定的场地要求又都是按照《汽车道路试验方法通则》(GB/T 12534)的规定,即“试验道路 除另有规定外,各项性能试验应在清洁、干燥、平坦的,用沥青或混凝土铺设的直线道路上进行。道路长2~3km,宽不小于8m,纵向坡度在此期间0.1%以内”。由此可知,运输车的最高(低)车速数据测试都是特别指定在平直道路上进行的。

运输车属于城区运输类型车辆,其大部分运输时间内要进行转向,避让行人及车辆等行驶动作,不大有可能做最高车速行驶。更为重要的是,运输车是由底盘车改装而成的,其整车重心较改装前的底盘车重心有了显著增高;同时在其运输途中搅拌筒带动着混凝土翻转,使其重心朝着搅拌筒转动方向偏移,从而使其重心偏离搅拌筒轴线的垂直平面,以至于影响到整车行驶稳定性,易于在转弯时发生侧翻,尤其是在高速行驶时,将会导致较高的翻车事故发生率。急刹急转,也常常是造成运输车翻车的主要原因。

基于以上的认识,笔者认为运输车本身重心高,行车路况复杂,作为城区运输车这一客观存在,在其使用时应引起高度重视的是行驶稳定性,防止侧翻。 生产厂家不应在突出宣传其最高车速时,不对可能因之引发的翻车事故隐患予以切实的警告。更不能在使用说明书内将底盘最高车速标注为整车最高车速,不说明实际行驶时应遵从《技术条件》的规定:“搅动行驶时,最高车速不得高于50km/h”。因此,在使用说明书中应充分明示高速行驶将有带来翻车事故的高度危险性。

2 最低稳定车速
最低稳定车速是衡量运输车能否较好地平稳缓动进入预拌混凝土搅拌站,并使得其进料口准确对位于预拌混凝土搅拌站出料口的一项指标。[《混凝土搅拌运输车》(JG/T5094-1997)]在5.1.15c 中规定:(运输车)应能在不大于5km/h 的速度下稳定行驶。《技术条件》在型式试验中一处按《专用汽车定型试验规程》(QC/T252)规定了最低稳定车速试验项目。

3 安全车速
转向行驶时的侧翻现象是运输车较易发生的问题。这一问题既与运输车搅动行驶时搅拌筒旋转,带动筒内混凝土,使其整车质心朝某个确定方向偏移的情况有关,也与运输车行驶状态(转弯半径,行驶速度,车辆质心总偏移量等)因素有关。本文所述安全车速主要是指能保证运输车转向行驶时不会发生侧翻现象的行驶速度。直线行驶时的侧坡安全性与侧坡角度有关,此间不予专门讨论。

各国运输车行驶时的搅拌筒旋转方向一般是按其道路车辆靠向某侧行驶规定来确定的。根据我国道路车辆靠右行驶的行驶规定,国内大多数运输车在搅动行驶作业时,搅拌筒旋转方向为右旋(面向车尾朝前看,顺时针旋转),相应搅拌筒螺旋叶片旋向为左旋。这种布置适应了靠右行驶时公路截面左高右低的实际情况。搅拌筒右旋设计的运输车在搅动工况下整车的重心搅拌筒轴线的垂直平面,向右偏离了整车中心线50~100mm,使得运输车的横向稳定性稍好了一些。由于历史的原因,我国有些运输车搅动行驶作业时,搅拌筒旋转方向为左旋(面向车尾朝前看,逆时针旋转),相应搅拌筒螺旋叶片旋向为右旋。这种布置使得搅拌筒左旋的运输车在搅动工况下整车的重心向左偏离,不适应靠右行驶时公路截面左高右低的实际情况,有着增大侧向惯性力所产生侧倾力矩的不利影响,导致整车横向稳定性相对较差。但是,仅靠设计时的搅拌筒偏置并不能杜绝运输车的侧翻。

每当转向行驶之时,运输车不发生侧倾的条件是侧向惯性力所产生的侧倾力矩小于重力所产生的稳定力矩,即: m× (V2/ R) × H < mg ×B4 (1)

由式(1)可以看出,m× (V 2 / R) 就是侧向惯性力,其值大小取决于m,V2 和R 这三项因素。侧向惯性力所产生的侧倾力矩是与运输车的重车质心离地高度值H 成正比的。以7m3 运输车来说,其底盘车质心离地高度为1.030m,满载重车质心离地高度就达到了1.792m。而轴荷与之相近的16t 汽车起重机的行驶状态质心离地高度只有1.466m。这些数据说明运输车的重车质心离地高度比其改装前的底盘车质心离地高度有了不容忽视的增高。若忽略汽车悬架和轮胎变形,不计非簧载质量及侧倾影响,汽车的侧翻阈值ay (单位为g)可由式(2)表达:
ay / g = B'' /(2H ) (2)

式2 中 B''——轮距,m;
H——整车质心离地高度,m。

一般而言,汽车质心高度每增高250 mm,侧翻阈值就下降0.05g[3]。侧翻阈值愈小,愈易侧翻。载重汽车,尤其是运输车,其侧翻阈值受到质心高度的极大影响。因此,以底盘车的最高车速来标为运输车重车状态允许的最高车速是十分不妥的。

本文仅就重车(满载运输混凝土)状况下的运输车转弯行驶,进行稳定性分析,讨论重车侧翻临界速度计算式[1]:

(3)

式(1)(3)中 R——重车转弯半径, m ;
(依据向左,右两个方向的转弯,分别代入不同的转弯半径值RL 和 RR)
g——重力加速度, m/s2 ;
B4——有效稳定幅,B4=B-e ,m ;
B——重车平地静止的稳定幅,m ;
e——质心的总偏移值(e = e1+e2+e3+e4, 取代数和),反映混凝土偏心力矩Mc(e1),路拱坡度iL(e2),轮胎变形(e3),悬挂变形(e4)等四因素对稳定幅的综合影响,mm;
H——整车质心离地高度,m。

式(3)是根据式(1)的要求而整理出来的重车侧翻临界速度计算式。笔者认为有效稳定幅B4 和整车质心离地高度H 这两项因素主要受制于车辆结构设计和路面拱度实况,重力加速度g 是常量。因此,驾驶员可以控制,同时也是最为重要的两个操作因素就是行驶车速V 和行驶转弯半径R。对应于每一种行驶车速V,相应有一个使整车不至侧翻的确定之最小转弯半径R。驾驶员较为容易的操作也是按行驶车速V 确定整车转弯半径R。将式(2)改写为式(4),并对某一种搅拌筒右旋的运输车分别做向左及向右转向行驶时,结合一组运输车结构数据,就90km/h 和50km/h 这两种“最高车速”,进行转弯半径R 计算比较:

R=V2 ·H/(g·B4) (m) (4)

1)向左转向行驶:
已知: B4 = B-e
= B-(e1+e2+e3+e4)
= 1074-(-53+41+76+254)
= 756 mm= 0.756 m

满载重车质心离地高度H = 1.792 m
取重力加速度g= 10 m/s2

a. 当行驶车速V = 90km/h= 25m/s

RL90 = V2 ·H/(g·B4)
= 252 ·1.792/(10×0.756)
= 148.15m

b. 当行驶车速V = 50km/h= 13.89m/s

RL50 = V2 ·H/(g·B4)
= (13.89) 2 ×1.792/(10×0.756)
= 45.73 m

2)向右转向行驶:
已知: B4 = B-e
= B-(e1+e2+e3+e4)
= 1074-(53―41+76+254)
= 732 mm= 0.732 m

满载重车质心离地高度H = 1.792 m
取重力加速度g= 10 m/s2

a. 当行驶车速V = 90km/h= 25m/s

RR90 = V2 ·H/(g·B4)
= 252 ×1.792/(10×0.732)
= 153 m

b. 当行驶车速V = 50km/h= 13.89m/s

RR50 = V2 ·H/(g·B4)
= (13.89) 2 ×1.792/(10×0.732)
= 47.23 m

由以上的计算示例可知:无论是朝哪一侧方向作转弯行驶,当车速分别为90km/h 和50km/h 时,两相比较,维持重车行驶不致于侧翻的最小转弯半径都相差极大。这也就足以说明要防止运输车转向行驶侧翻现象就一定要限制其行驶速度,更不能将底盘车的最高车速与满载整车的最高车速混为一谈。否则,就是埋下了事故隐患,既害运输车用户,也害运输车生产厂家。

应当着重指出在高速行驶条件下,运输车不但在转向行驶时,可能发生侧翻,即便在直线行驶时,若做紧急避让,或成“S”形行驶,急刹急转,也会发生翻车。个中原因在于这些操作都会导致车辆做较小转向半径的曲线行驶,达不到符合相应高速所要求的最小不倾翻转弯半径。通常情况下,这是造成运输车翻车的最主要原因。若设计一套装置,根据行驶速度读数,引导运输车驾驶员确定相对应的安全转弯半径,可能有助于减少运输车的侧翻事故。

关于安全车速(Vs)的取值,目前尚无明确规定。若Vs 过于接近V翻,运输车易于倾翻;Vs 过低,则运输不经济。因此,笔者根据黄金切割取值原理建议Vs 取值宜采用V翻的76%左右为宜。这一取值既能保证较快的车速,又适当留有余地,有利于在紧急状况下安全行车。在已了解到的Vs 取值中,有取70%V翻的,也有取80% V翻的。取76% V翻,显然是较为居中的选取。

4 行驶速度限制在运输车使用说明书中的表述讨论

我国产品使用说明书编制准则的《消费品使用说明 总则》(GB5296.1—1997)在3.2 条中定义“使用说明 instruction for use 是向使用者传达如何正确﹑安全使用产品的信息工具。它通常以使用说明书﹑标签﹑标志等形式表达”;并在“4 总则”中就产品的安全使用做了以下相关要求,即“使用说明应有助于消费者正确使用产品,并应能有效地帮助消费者避免可能导致危险的错误使用。使用说明不能用来弥补设计上的缺陷”(见4.1 条);“使用说明应该......d)包括有关正确和安全使用产品和(或)有关服务和保养所需的一切信息”(见4.3 条);“使用说明应对可预见的使用错误进行说明,并给予充分警告。

注:大多数国家规定生产制造者有法律责任做出这种警告”(见4.4 条)。由此可见,产品使用说明书是涉及到能否安全使用该产品的重要环节。每个产品的生产厂家都会要求其用户一定要按章操作,但是这个“章”完全是由厂家自己制定的。如果用户循章操作,产品还出事故,生产厂家是难咎其责的。因此,厂家对自己产品使用说明书的编制一定要认真负责,切实保证这个“章”正确,清晰。

由前述关于运输车高速行驶的危险性讨论,笔者认为在使用说明书中应当明确警告这种危险性,并且依据《技术条件》提出最高车速限制值(﹤50km/h);或各厂根据具体车型计算安全车速,提出安全车速范围。不能再将底盘最高车速直接作为运输车的整车最高车速。以免留下行车安全方面的隐患,杜绝制造厂与用户因此发生翻车事故原因归属纠缠。

值得一提的是国外很多建设机械产品的使用说明书均对有关安全性要求都能予以列出。国内也有在此方面做得较好的企业。例如韶关新宇建设机械有限公司的运输车说明书对其产品的行驶速度限制表达清晰,符合《技术条件》的规定,体现了安全性要求[2]:“当车在凹凸不平道路上行驶时,车速必须保持15km/h 以内,以免对卡车车架和液压系统造成坏影响。在一般公路上行走,车速控制在40km/h左右”。随着信息记录技术(常称黑匣子)的进步及推广应用,很多事故成因将会是有据可查,查无实据的时代即将结束。铁路机车,客运车辆都已逐步推广采用黑匣子。笔者认为运输车也到了该采用黑匣子的时候。在记录数据面前,因高速行驶等违章操作所造成的运输车倾覆事故将会真相大白。因此,各厂运输车使用说明书对其产品行驶速度限制的表达就显得十分重要。因为《消费品使用说明 总则》在4.1 条中规定“使用说明书是所交付产品的组成部分”,所以从某种意义上来说,产品使用说明书就是一种具备着法律意义的物证。

5 运输车检测时落实最高车速安全警告的标准依据讨论

《中华人民共和国标准化法》的第六条规定“企业生产的产品没有国家标准或行业标准的,应当制定企业标准,作为组织生产的依据。企业的产品标准须报当地政府标准化行政主管部门和有关行政主管部门备案。已有国家标准或行业标准的,国家鼓励企业制定严于国家标准或行业标准的企业标准,在企业内部适用”。简而言之,国家不允许无标准组织生产。我国的各类产品,都必须按一项明确的标准指导生产及检测。

《技术条件》是运输车生产行业的推荐性国家行业标准,国家鼓励企业自愿采用。如果企业不采用之,就应制定要求不低于《技术条件》的企业标准用于指导生产和检测。不能存在拒不执行已有国家标准或行业标准,只能自行降低产品要求的厂家。若因特殊原因,供方产品需按低于《技术条件》的要求生产,需方也予以接受,则该产品的销售合同之中就应明确说明某处不按《技术条件》的要求,并在产品使用说明书中予以说明。

笔者认为无论采用哪一种标准,产品使用说明书中都应明示此产品生产所依据的标准,确定为该运输车产品检测的标准依据。如此,既便于质监检测,也利于用户维权,更能促使厂家全面提升产品质量。

《消费品使用说明 总则》(GB5296.1)的1.2 条指出:“本标准的原则和详细建议应和特殊的产品或系列产品标准中使用说明的特殊要求同时使用”。《技术条件》就是专门涉及运输车的设计﹑生产﹑使用等多方面要求的推荐性国家行业标准。也是我国运输车生产企业实际进行新产品认证许可生产的主要依据。最近由国家经贸委下发的《汽车定型试验规程的补充规定》(2001 版)着重强调:汽车鉴定试验机构所出“报告中的技术要求应与企业标准或国家标准一致”。 由此考虑,行驶速度限制的表述(搅动行驶最高车速等)应当成为运输车产品说明书中的重要内容之一,并进入运输车产品认证检测内容。

综上所述,笔者认为运输车行驶速度限制是由其自身特点所决定的一个不容忽视的安全性要求,应当引起运输车的生产厂家,用户,检测者的高度重视。运输车的搅动行驶速度应在最高车速50km/h 与最低稳定车速5km/h之间。安全车速Vs 的取值以取V翻的76%左右为宜。运输车产品使用说明书中应当明示采用哪种标准来组织生产。厂家在产品设计时,应遵从《技术条件》的最高车速限制,认真核算该车行驶速度限制值(V翻),并将其写入产品使用说明书,作为一项明确的安全警告,同时对可以预见的危险,如高速行驶下S 型行驶,急刹急转等状况易造成车辆倾覆等后果,给以充分的警告。

总之,如何进一步提高运输车抗倾覆能力,使其真正做到安全地多拉快跑,应当成为运输车行业值得注意的攻关内容。

参考文献
1 杨纪明﹒搅拌输送车螺旋叶的旋向对行车稳定性的影响﹒ 建设机械技术与管理﹒1997﹒(2)
2 韶关新宇建设机械有限公司﹒SGX5280GJBVL 混凝土搅拌运输车使用说明书
3 Rakheja S Piche A,Sankar T S. On the development of an early warning saety monitor for articulatd freight vehicles [J]. Int J of Vehicle Design, 12, (4): 420︿449

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