2003年国家质量监督检验检疫总局发布《国质检锅【2003】174号文》, 将非公路用旅游观光车辆纳入了特种设备生产许可目录。
为解决产品标准化的问题,国家工程机械质量监督检验中心联同中国特种设备检测研究院将观光车的标准化组织挂靠在全国索道与游乐设施标准化技术委员会,并于2007年颁布了行业的第一部国家标准GB/T21268-2007《非公路旅游观光车通用技术条件》,对观光车进行了定义,标准限制最高车速为50km/h,没有座位数的限制 ;而对于观光列车基本上只有一个最高车速为20km/h的要求,其余基本参考观光车的标准。在接下来的几年内陆续颁布了《非公路用旅游观光车安全使用规范》、《非公路用旅游观光车用铅酸蓄电池》、《非公路用旅游观光车 前照灯》、《非公路用旅游观光车座椅安全带及固定器》、《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》和《特种设备生产和充装单位许可规则》等法规,内容涉及整车、关键零部件和安全使用规范、监察管理、生产许可条件等,观光车标准体系初步建立。其中GB/T 21268-2014《非公路用旅游观光车通用技术条件》修订了观光车最高车速为30km/h,座位数限制在6-23座以内,每个座位必须配备安全带,且车辆不能封闭等要求,TSG N0001-2017 《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》同时要求观光车座位侧面应增加防护。而对于观光列车而言,TSG N0001-2017 《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》的颁布,真正意义上为观光列车做出了明确的规定,如额定载客人数、车厢总节数、每节车厢座位数以及使用场地、坡度等等。
1我国观光车行业的起步和发展
1.1观光车
我国场内电动乘用车(如高尔夫球车、观光车)起步于上世纪90年代早期,基本原样照仿国外产品,也是采用整体式焊接钢车身,只是加了四根方管做的立柱撑起一个玻璃钢顶棚,再加上一块前挡风有机玻璃,造型粗糙,不能很好地融入景区环境。受当时的技术条件所限,以及所处的社会环境——旅游市场不活跃,观光车的设计、制造,专业化和集成化程度都比较低,没有专业从事观光车制造的企业,但随着景区需求的增加,部分企业在自主研发方面开始加大投入,直到2000年前后才陆续有一些专门生产场内电动车的厂家建立。观光车无论是造型还是在结构以及底盘和驱动、还有车身材料上都有了全新的改变,现代观光车的面貌已经基本体现出来,并且定义了一直持续到现在的观光车的主要型式(图1)。
1、早期高尔夫球车 2、现代高尔夫球车
3、早期观光车 4、现代观光车
图1 观光车车身造型发展历程参考
1.2观光列车
上世纪80年代,经济逐渐发展,旅游事业也渐渐起步,观光列车开始被引进国内,观光列车以其运载能力的优势,成了这个市场的新亮点。之后国内开始陆续出现以专门生产观光列车的企业出现。早期观光列车主要以内燃机为动力源,之后随着绿色环保概念的增强,开发出了低压和高压版本新能源观光列车。
观光列车的牵引车形式为发动机前置后驱,其大体外形比较接近于早期的解放轻卡和越野车。根据整车设计计算,设计出符合牵引车的底盘系统。
观光列车的车厢载客人数20-35人,底盘系统比较接近于公交底盘结构,根据自身结构布局以及外观造型的需求,设计出了相适应的底盘系统。
图2观光列车车身结构发展历程参考
2场(厂)内机动专用机动车辆制动距离的要求
2.1根据GB/T16178-2011《场(厂)内机动车辆安全检验技术要求》中车辆制动距离要求,叉车、牵引车、推顶车、搬运车应符合GB/T18849《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》的规定,其中:
2.1.1额定起重量或载重量小于16吨或满载质量小于35吨,两者取较大值的,速度V不大于5Km/h的 ,制动距离小于0.15V+V2/23.6米;5Km/h<V≤13.4Km/h的,制动距离小于0.15V+V/4.7米;V>13.4Km/h的,制动距离小于0.15V+V2/63.6米。
2.1.2额定起重量或载重量不小于16吨或满载质量不小于35吨,速度V不大于5Km/h的 ,制动距离小于0.15V+V2/19.1米;5Km/h<V≤13.4Km/h的,制动距离小于0.15V+V/3.8米;V>13.4Km/h的,制动距离小于0.15V+V2/50.9米。
2.1.3操作台可升至1.2米以上的车辆和专门设计的带起升载荷运行的车辆,速度V不大于4Km/h的 ,制动距离小于0.15V+V2/11.4米;4Km/h<V≤13.4Km/h的,制动距离小于0.15V+V/2.8米;V>13.4Km/h的,制动距离小于0.15V+V2/38.1米。
2.2对于观光车辆,GB/T21268<非公路旅游观光车通用技术条件》中规定:
2.2.1观光车速度V小于18Km/h的,制动初速度在10Km/h情况下制动,满载时距离不大于3.5米,空载时距离不大于2.5米;18Km/h≤V≤30Km/h的,制动初速度在20Km/h情况下制动,满载时距离不大于6米,空载时距离不大于5米。
2.2.2观光列车,制动初速度在10Km/h情况下制动,满载时距离不大于4.5米,空载时距离不大于3.5米.
对于场(厂)内专用机动车辆制动距离的测量方法,基本分为轮胎拖痕法和制动性能测试仪测量法。
3对制动系统的要求
3.1各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家要求、法规制定的有关要求。
3.2具有足够的制动效能,包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速器和制动距离两项指标来评定的。制动距离直接影响着观光车的行驶安全性。
3.3工作可靠。设计行车制动系统和驻车制动系统两套系统,且它们的驱动机构是独立的。
3.4制动时的观光车辆操纵稳定性好。以任何速度制动,观光车均不应失去操纵性和方向稳定性。
3.5制动踏板和驻车操纵的位置和行程符合人—机工程学要求,操作方便、舒适、减少疲劳。
制动系统分为行车制动和驻车制动,行车制动包含制动总泵及助力系统、油管、制动器、制动操纵机构等;驻车制动包含拉线、驻车操纵手柄等。观光车辆制动一般分为四轮空气制动、四轮液压制动(前碟后鼓或四轮鼓式)、电磁制动,常用的为四轮液压行车制动(双管路或多管路)。观光列车由于其结构的特殊性,一般采用气液相结合的方式为整车提供有效的行车制动和驻车制动。
4制动系统部件的选择及制动效能的计算
观光车辆制动器一般为机械摩擦式,即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使观光车减速或停车。一般摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类,近来现代工业中也出现了一种自动化执行制动的制动器叫电磁制动器。
4.1鼓式制动器
4.1.1领从蹄式制动器,其特点是两个制动蹄各有一个支点,一个蹄在轮缸促动力作用下张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向一致,称为领蹄;另一个蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反,称为从蹄。这种形式制动器无论是前进还是倒车总有一个是领蹄和从蹄,制动效能相当,且结构简单,造价低,易附装驻车制动机构,比较适用于观光车。
图3 领从蹄式制动器
4.1.2双领蹄式制动器,每一制动蹄都用一个单活塞制动轮缸促动,固定元件的结构布置是中心对称式。车辆前进时两个制动蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器。
图4双领蹄式制动器
4.1.3双向双领蹄式制动器,当制动鼓正向和反向旋转时,两制动蹄均为领蹄,它也属于平衡式制动器。由于双向双领蹄式制动器在车辆前进及倒车时的制动性能不变,因此广泛用于中、轻型载货车辆和部分轿车的前、后车轮,但用作后轮制动器时,则需另设中央制动器用于驻车制动。
图5 双向双领蹄式制动器
4.1.4单向增力式制动器,两个制动蹄只有一个单活塞的制动轮缸,第二制动蹄的促动力来自第一制动蹄对顶杆的推力,两个制动蹄在车辆前进时均为领蹄,但倒车时能产生的制动力很小。前进时制动力相对最高,后退时制动力最低,一般用于前轮制动器。
图6单向增力式制动器
4.2盘式制动器
盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为全盘式和钳盘式两大类。
图7盘式制动器
4.2.1钳盘式:钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等(见图8)。
4.2.1.1定钳盘式制动器:这种制动器中的制动钳固定不动,制动盘与车轮相联并在制动钳体开口槽中旋转。具有下列优点:除活塞和制动块外无其他滑动件,易于保证制动钳的刚度;结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多,容易实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革;能很好地适应多回路制动系的要求。
图8定钳盘式制动器
4.2.1.2浮动盘式制动器,仅在盘的内侧有液压缸,故轴向尺寸小,制动器能进一步靠近轮毂,没有跨越制动盘的油道或油管,液压缸冷却条件好,,可兼用于驻车制动(见图9)。
图9浮动盘式制动器
4.2.2全盘式:在全盘式制动器中,摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘,制动时各盘摩擦表面全部接触(见图10),其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差,其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。
.
图10全盘式制动器
4.3电磁制动器
电磁制动器是现代工业中一种理想的自动化执行元件,是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器,可以据需要自由的结合,切离或制动,具有结构紧凑,操作简单,响应灵敏,寿命长久,使用可靠,组装维护容易,不需要进行磨耗调整,可以进行扭力调整,易于实现远距离控制等优点。
电磁制动器是利用电磁效应实现制动的,可分为电磁粉末制动器、电磁涡流制动器、电磁摩擦式制动器等多种形式。另外还细分为干式单片电磁制动器、干式多片电磁制动器、湿式多片电磁制动器等等,按制动方式电磁制动器又可分为断电制动和通电制动。
4.3.1电磁粉末制动器:激磁线圈通电时形成磁场,磁粉在磁场作用下磁化,形成磁粉链,并在固定的导磁体与转子间聚合,靠磁粉的结合力和摩擦力实现制动。激磁电流消失时磁粉处于自由松散状态,制动作用解除。这种制动器体积小,重量轻,激磁功率小,而且制动力矩与转动件转速无关,但磁粉会引起零件磨损。
4.3.2电磁涡流制动器:激磁线圈通电时形成磁场。制动轴上的电枢旋转切割磁力线而产生涡流。电枢内的涡流与磁场相互作用形成制动力矩。电磁涡流制动器坚固耐用、维修方便、调速范围大;但低速时效率低、温升高,必须采取散热措施。
4.3.3电磁摩擦式制动器:激磁线圈通电产生磁场,通过磁轭吸合衔铁,衔铁通过联结法兰实现对轴制动。
图11 干式单片电磁通电制动器 图12 交流电磁断电制动器
图13 电磁鼓式制动器 图14 微型电磁断电制动器
5稳定性计算
根据TSG N0001-2017《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》设计一般要求,观光车辆空载状态下的侧倾稳定角不小于35°,叉车的稳定性应当符合相关稳定性验证试验的要求。计算如下:
其中侧翻力矩MF, 防止侧翻的力矩为Mf。
如果Mf>MF,不会出现侧翻的现象。
图15观光车辆在35°斜坡上静止状态的受力情况分析
如图15为观光车辆停靠在35°斜坡上时:
5.1静止状态
5.1.1纵向方向不会发生侧翻,不作考虑。
5.1.2横向方向,在35°情况下,sin35°X1/2轮距-sin35°X1/2车体宽度>0,车辆重心垂直线与外侧车轮重心尚有距离,Mf>MF,即重心在车轮轮距垂直投影内,不会侧翻。
5.2运动状态
图16中假定设计极限翻转角度为42°,此时下滑力Gsin42°- 附着Gcos42°X附着系数>0。先滑后翻条件为:(1)重心在车轮轮距垂直内即Mf>MF。(2)下滑力-附着力>0,说明此时侧翻前已经产生侧滑。
图16观光车辆在极限翻转角度的斜坡上受力情况分析
5.2.1纵向方向不会发生侧翻,不作考虑。
5.2.2横向方向
图17观光车辆在斜坡上运动状态时受力情况分析
车辆在角度为α°的坡面转弯时,车辆受到的力如图17所示:
、车轮摩擦力
和
、车辆重力G、地面对车辆的支撑力N
,理论值
=
,但因倾角α的存在,车辆质心偏移,则
>
。
其中:
当
≤
+
时,车辆安全不会打滑侧翻。
当
>
+
且
≤
时,不会侧翻,但车辆会打滑。
当
>
+
且
>
时,车辆会打滑侧翻。
参考文献:
[1]. GB/T 21268-2014 《非公路用旅游观光车通用技术条件》
[2].GB 24727-2009 《非公路用旅游观光车安全使用规范》
[3].TSG N0001-2017 《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》
[4].GB/T16178-2011 《场(厂)内机动车辆安全检验技术要求》
[5].GB/T18849-2011 《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》
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