本发明涉及大件货运输技术领域，具体涉及一种大件货陆运绑扎设计方法。
背景技术：
大件货是指在体积上超大、在重量上超重的货物，常见大件货主要包括：火电类的定子、转子、大型变压器等；石化类的反应器、塔器、炉器等。大件货的运输是一项高难度、高技术含量的工程。在陆运大件货领域，通常使用的运载工具是模块运输车。模块运输车是一种高端的模块化重型运载工具，由数量庞大的高压轮胎和液压油缸组成，载重能力非常强，可根据需求进行拼接，组装各个模块，拼接成不同轴线数、纵列数的组合平板车，来适应不同长度、宽度、重量的大件货物的运输需求和各种工作情况。
由于大件货超大超重的特点，运输时有滑动和翻转的危险。为了保证货物的安全运输，应当进行绑扎设计。所谓绑扎是指：使用绑扎装置(如钢丝绳、倒链、卡环等)对货物进行拴紧，能提供的最大绑扎力取决于绑扎装置的规格。在工程中倒链的常用的规格有3吨、5吨等，钢丝绳与倒链配套使用。所谓绑扎设计是指：在未知绑扎方案的前提下，根据受力平衡条件，反求绑扎方案。
目前，我国很多承运大件货的企业，更主要依靠的是设计人员的经验，使用粗略计算的方法，来完成大件货陆运绑扎设计。这样的做法具有较大的主观性，增加了大件货陆运过程中的不确定性和风险，还降低了设计工作的效率。因此，工程上需要有一套科学合理且切实可行的绑扎设计方法。
当前在本领域中，并没有针对大件货陆运的规范。可以参考的有我国铁道部于2008修订的《铁路货物装载加固规则》和欧洲规范委员会于2014年修订的loadrestraintassembliesonroadvehicles-safety(《道路车辆装载物固定装置——安全性》，以下简称欧洲规范)。铁路运输的情况与大件货公路运输差异较大，铁路规范中给出的绑扎样式单一，且工程指导性不强，不能适用于公路运输实际。欧洲规范涉及公路运输的领域，具有一定的参考意义。该规范给出的计算分析方法有：
(1)根据平衡方程判断货物安全性的分析方法。具体地：先确定货物所受外力，包括：惯性力、绑扎力等；然后列出受力平衡方程、力矩平衡方程。若货物受力、力矩能够达到平衡，则货物安全。
(2)根据绑扎装置承受能力判断货物安全性的分析方法。具体地：根据货物所受惯性力、绑扎装置的数量，求单个绑扎装置上需要承受的绑扎力；然后判断绑扎装置需要承受的绑扎力是否超过了承受极限。若没有超过极限，则货物安全。
(3)绑扎装置数量的计算方法。具体地：先确定货物所受惯性力；然后根据绑扎装置能提供的最大绑扎力，求绑扎装置布置的最小数量。
其中，第(1)种、第(2)种计算方法是一种校核方法，不涉及绑扎设计的方法。所谓校核方法是指：在已知绑扎方案的前提下，判断阻止货物发生移动的力是否大于等于促使货物发生移动的力，若是，则货物不会发生移动；判断阻止货物翻转的力矩是否大于等于促使货物翻转的力矩，若是，则货物不会翻转。若货物不会滑动和翻转，则货物是安全的。
第(3)种计算方法可以被理解为一种绑扎设计的方法。然而，该算法存在明显不足：
首先，该算法计算绑扎布置数量的前提是，绑扎装置有相同的绑扎强度、绑扎角度等。但在工程中，通常是不同绑扎强度、绑扎角的绑扎装置同时布置。两者存在很大差异。
其次，该算法中，假定绑扎装置仅对其牵拉方向起约束的作用，故以货物各方向受力为依据，分别计算出横纵方向的绑扎装置的数量。这与实际情况不符。实际上，绑扎装置通过增加摩擦力的方式，对各个方向都起到约束作用。若忽略这一因素，会导致过度绑扎。
最后，该算法并未给出绑扎的设计逻辑，也没有提供绑扎方案的寻优思路，所以根据该算法很难得到切实可用的绑扎方案，更不能很好地指导绑扎工程实际操作。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种大件货陆运绑扎设计方法，其能够辅助工程技术人员完成大件货陆运绑扎设计工作，科学高效地设计绑扎方案，最大限度地保障大件货陆运的安全。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种大件货陆运绑扎设计方法，包括以下步骤：
(1)判断车长是否足够布置货物两端的直接绑扎；若车长足够，则进行步骤(2)；否则进行步骤(4)；
(2)判断货物两端能否增加绑扎，若能，则进行步骤(3)；否则进行步骤(4)；
(3)在已有绑扎基础上，在货物两端增加一组直接绑扎；根据货物上绑扎点和车辆上绑扎点的空间位置关系，确定出新增绑扎的绑扎角度；
(4)判断货物两侧能否增加绑扎，若能，进行步骤(5)；否则，进行步骤(6)；
(5)在已有绑扎基础上，在货物两侧增加一组直接绑扎，根据货物上绑扎点和车辆上绑扎点的空间位置关系，确定出新增绑扎的绑扎角度；
(6)在已有绑扎基础上增加一组绕顶绑扎，根据车辆上绑扎点的位置和货物的几何尺寸，确定出新增绑扎的绑扎角度；
(7)设定所有绑扎装置的强度为初始强度；
(8)判断当前绑扎方案是否可阻止货物滑动和翻转，若判断结果为是，则进行步骤(10)；否则，进行步骤(9)；
(9)判断绑扎装置的强度能否增加，若能，则增加绑扎装置的强度，修改绑扎方案，重复进行步骤(8)；否则，增加绑扎，重复进行步骤(1)；
(10)输出满足要求绑扎方案。
其中，步骤(8)中，判断当前绑扎方案是否可阻止货物滑动和翻转，需要通过计算机程序进行货物受力状态判断，其步骤为：
(21)将货物信息、路况信息、驾驶信息、绑扎信息输入到货物受力分析程序中；其中，货物信息至少包括货物形状、长度、宽度、高度、重量、重心位置；路况信息至少包括行驶路线上的最大纵坡、最大横坡、转弯路面的最小转弯半径和超高、风力等级；驾驶信息至少包括在平直路面的车速和刹车时间、在下坡路面的车速和刹车时间、在转弯路面的车速；绑扎信息包括绑扎道数和各道绑扎的绑扎样式、绑扎角、绑扎强度；
(22)受力分析程序根据输入的路况信息、驾驶信息确定货物受力状态校核的工况，包括平直路面紧急刹车、下坡路面的缓和刹车、通过转弯路面、通过横坡路面；
(23)受力分析程序根据输入的货物信息、路况信息、驾驶信息、绑扎信息计算货物受力；
(24)受力分析程序将货物受力计算结果带入到稳定性分析的工况中，进行平直路面紧急刹车的纵滑分析、下坡路面缓和刹车的纵滑分析、通过转弯路面的横滑分析、通过转弯路面的横翻分析、通过横坡路面的横滑分析、通过横坡路面的横翻分析；
(25)输出受力分析结果；若分析结果均为通过，则说明货物安全，输出是；否则输出否。
其中，步骤(1)中，判断车长是否足够布置货物两端的直接绑扎方法是，获取货物的尺寸、车辆载货部分的长度与宽度或是模块运输车的轴线数与纵列数、货物装载位置进行比较，判断货物前后两端的车辆载货部分是否有足够的剩余长度布置直接绑扎。
其中，步骤(2)中，判断货物两端能否增加绑扎具体方法是，在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物的两端是否存在或者能够通过焊接方法增加绑扎点；判断车辆的相应位置是否还有绑扎点。
其中，步骤(3)中，判断货物两侧能否增加绑扎的判断方法是，在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物两侧是否还存在或者能够通过焊接方法增加绑扎点；判断车辆的相应位置是否还有绑扎点。
由于大件货在运输过程中货物受力情况非常复杂。受力包括重力、惯性力、风压力、摩擦力、绑扎力等。惯性力是指当运载车辆行驶过程中有加速度时，使货物保持原有运动状态倾向的，与加速度方向相反的力。惯性力可以分解为纵向惯性力、横向惯性力、垂向惯性力。纵向惯性力是由于车辆加速减速引起的惯性力。通过刹车试验发现，车辆制动时的加速度值最大。因此货物纵向惯性力的最大值为制动惯性力，取决于车速和刹车时间。横向惯性力包括货物横向晃动的惯性力和转弯时的离心力，取决于车辆行驶速度和路况条件。垂向惯性力是指货物上下颠簸的惯性力，取决于车辆行驶速度和路况条件。风压力是指风作用在货物表面的压力，其大小取决于风力等级和货物受风面面积，其作用方向取决于风向。绑扎力是指绑扎装置提供的约束货物移动的力。
重力的水平分力、惯性力、风压力会促使货物滑动和翻转；摩擦力、绑扎力会阻止货物滑动；重力的垂向分力、绑扎力会阻止货物翻转。当这些外力能够达到受力平衡和力矩平衡时，货物不会滑动和翻转。
为了保证货物陆运安全，必须对货物充分绑扎，即需要进行绑扎设计。绑扎方案为一系列参数的优选集合，这些参数是：绑扎样式、绑扎角、绑扎强度、绑扎道数。
第一个参数是绑扎样式。绑扎样式可以分为：“直接绑扎”、“绕顶绑扎”。直接绑扎是指将绑扎绳索直接固定在货物的实体部位或绑扎点的绑扎方法。绕顶绑扎是指，绑扎绳索绕过货物顶部，下压作用不仅阻止货物翻转，而且使货物与接触面之间的摩擦力增加，以阻止货物滑动的绑扎方法。通过采用理论计算和数值模拟等方法对大件货陆运全过程进行受力分析，以及对大量工程实例的研究，本发明发现，对大件货陆运安全威胁最大的外力是车辆紧急刹车时对货物产生的惯性力。若向前的惯性力过大，货物有发生向前滑动的危险。故在设计绑扎方案时，必须优先考虑绑扎装置提供的纵向绑扎力。因此，无论从货物两端的绑扎点出发进行绑扎，还是从货物两侧的绑扎点出发进行绑扎，都应当向前后方向进行牵拉。其次危险的状态是货物在经过横坡路面时，重力的横向分力过大，使得货物发生横向滑动。为了避免发生这类事故，需要绑扎装置提供足够的横向绑扎力。通过研究发现，直接绑扎比绕顶绑扎能提供更大的纵向和横向绑扎力。因此，在设计绑扎方案时，要优先采用直接绑扎。工程中货物的宽度通常与车辆的宽度相近，对于在货物的左右两侧布置的直接绑扎，无法向两侧牵拉，提供的横向绑扎力有限。对于在货物的前后两端布置的直接绑扎，可以令绑扎绳索交叉，从而提供充足的横向绑扎力。因此，在设计绑扎方案时，应当优先布置在货物前后两端布置的直接绑扎。综上，在设计绑扎方案时，优先使用货物前后两端布置的直接绑扎，其次使用货物左右两侧布置的直接绑扎，最后使用绕顶绑扎。
第二个参数是绑扎角。绑扎角的确定取决于货物信息和车辆信息，具体地，取决于货物上绑扎点的位置、车辆上绑扎点的位置、货物的几何尺寸、货物在车辆上的位置。
第三个参数是绑扎强度。绑扎强度是指绑扎装置能提供的最大绑扎力。工程中使用钢丝绳牵拉，使用倒链进行张紧，使用卡环进行连接。倒链的常见规格为：3吨或5吨。钢丝绳、卡环的规格与倒链匹配。在这个前提下，绑扎强度等同于倒链的强度。为了保证所有绑扎装置上受力均匀，应当使用相同规格的绑扎装置。且优先使用小强度的绑扎装置，若绑扎装置强度不足，再使用大强度的绑扎装置。
第四个参数是绑扎道数。绑扎道数就是各种样式绑扎绳索的根数。出于前后对称、左右对称的考虑，每一组直接绑扎为4道绑扎。直接绑扎需要牵拉到货物的绑扎点上。所谓绑扎点是指供绑扎装置牵拉的货物和车辆上的刚性部分。货物上的绑扎点有限，因此通常不能在同一位置布置多组。每1组绕顶绑扎为1道绑扎，不需要牵拉到货物绑扎点上，可以布置多组。
对于分析货物滑动和翻转的稳定性，现有的方法是：选取所有促使货物滑动或翻转的力和力矩同时达到最大值的情况，进行受力平衡和力矩平衡分析。这种分析方法叫做“最差条件法”。该方法存在明显不足。在工程中，促使货物滑动或翻转的力和力矩通常不能同时取得最大值。比如，当重力的纵向分力达到最大值，即通过纵坡路面时，驾驶员会控制车速平稳通过，此时惯性力不会取得最大值。通过采用理论计算和数值模拟等方法对大件货陆运全过程进行受力分析，对大量工程实例开展研究，以及开展全程监测货物受力的大件货运输试验，可以总结出陆运全过程中的一些“危险情况”，包括：平直路面紧急刹车、下坡路面缓和刹车、通过转弯路面、通过横坡路面等。
(1)在平直路面紧急刹车的情况下，车辆紧急减速，货物纵向向前的惯性力达到最大，货物有发生向前滑动的危险。
(2)在经过下坡路面的情况下，由于车辆的倾斜，货物重力的纵向分力达到最大，同时还受到车辆减速引起的纵向向前的惯性力，两者叠加，货物有发生向前滑动的危险。
(3)在通过转弯路面的情况下，由于路面超高，货物受到的横向(指向弯道内侧)的重力横向分力达到极值，同时货物受到的横向离心力(指向弯道外侧)达到极值。若前者较大，货物有向弯道内侧滑动、翻转的危险；若后者较大，货物有向弯道外侧滑动、翻转的危险。
(4)在通过横坡路面时，车辆发生倾斜，货物受到的重力横向分力达到最大，货物有发生横向滑动、横向翻转的危险。
如果能保证在上述的危险情况下货物的安全，就能保证陆运全过程中的安全。因此，在进行货物稳定性分析时，应当选取上述的危险情况作为货物受力状态校核的工况。
发明人正是基于以上关于大件货运输中的状况的考量，提出了本发明的大件货陆运绑扎设计方法，该设计方法不但能够辅助工程技术人员完成大件货陆运绑扎设计工作，科学高效地设计绑扎方案，而且能最大限度地保障大件货陆运的安全。
附图说明
图1是大件货陆运绑扎设计方法的设计流程图；
图2是受力分析计算程序工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1-2所示，一种大件货陆运绑扎设计方法，通过以下步骤实现：
在步骤101中开始绑扎设计。
在步骤102中，判断车长是否足够布置货物两端的直接绑扎。
具体方法为：获取货物的尺寸、车辆载货部分的长度(或者模块运输车的轴线数)、宽度(或者模块运输车的纵列数)、货物装载位置等。据此判断货物前后两端的车辆载货部分是否有足够的剩余长度布置直接绑扎。若车长足够，则进行步骤103；否则进行步骤104。
在步骤103中，判断货物两端能否增加绑扎。
具体判断方法是：在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物的两端是否还存在或者能够通过焊接等方法增加绑扎点；判断车辆的相应位置是否还有绑扎点。若判断结果为是，则进行步骤105；否则，进行步骤104。
在步骤104中，判断货物两侧能否增加绑扎。
具体判断方法是：在已有绑扎基础上，排除已经使用的绑扎点，判断货物两侧是否还存在或者能够通过焊接等方法增加绑扎点；判断车辆的相应位置是否还有绑扎点。若判断结果为是，则进行步骤107；否则进行步骤109。
在步骤105中，在已有绑扎基础上，在货物两端增加一组直接绑扎。
在步骤106中，根据货物上绑扎点和车辆上绑扎点的空间位置关系，确定出新增绑扎的绑扎角度。
在步骤107中，在已有绑扎基础上，在货物两侧增加一组直接绑扎。
在步骤108中，根据货物上绑扎点和车辆上绑扎点的空间位置关系，确定出新增绑扎的绑扎角度。
在步骤108中，在已有绑扎基础上，增加一组绕顶绑扎。
在步骤110中，根据车辆上绑扎点的位置和货物的几何尺寸，确定出新增绑扎的绑扎角度。
在步骤111中，设定所有绑扎装置的强度为初始强度。即，使用小强度规格的绑扎装置。
在步骤112中，进行货物受力状态判断。
具体方法是，将当前的绑扎方案输入货物受力分析程序中，判断当前的绑扎方案是否可以阻止货物滑动和翻转。若判断结果为是，则当前的绑扎方案已经满足要求，进行步骤115；否则，需要修改当前绑扎方案，进行步骤113。
在步骤113中，判断绑扎装置的强度能否增加。即判断是否可以换用更大强度规格的绑扎装置。若判断结果为是，则进行步骤114；否则，进行步骤102。
在步骤114中，增加绑扎装置的强度，修改绑扎方案，重复进行步骤112；
在步骤115中，输出绑扎方案。
在步骤116中，绑扎设计过程结束。
其中，步骤112中涉及货物受力状态的反复判断，因此需要借助计算机程序来实现。其具体实施步骤为：
在步骤201中，开始货物受力状态判断。分别在步骤202中将货物信息、步骤203中将路况信息、步骤204中将驾驶信息、步骤205中将绑扎信息输入到货物受力分析程序中。
其中，货物信息至少包括：货物形状、长度、宽度、高度、重量、重心位置等；路况信息至少包括：行驶路线上的最大纵坡、最大横坡、转弯路面的最小转弯半径和超高、风力等级等；驾驶信息至少包括：在平直路面的车速和刹车时间、在下坡路面的车速和刹车时间、在转弯路面的车速等；绑扎信息即指绑扎方案，包括：绑扎道数和各道绑扎的绑扎样式、绑扎角、绑扎强度。
在步骤206中，程序根据输入的路况信息、驾驶信息，在步骤207中确定货物受力状态校核的工况。即：平直路面紧急刹车、下坡路面的缓和刹车、通过转弯路面、通过横坡路面。
在步骤208中，程序根据输入的货物信息、路况信息、驾驶信息、绑扎信息计算货物受力。
在步骤209中，程序将货物受力计算结果带入到稳定性分析的几种工况中，在步骤210中进行平直路面紧急刹车的纵滑分析、在步骤211中进行下坡路面缓和刹车的纵滑分析、在步骤212中进行通过转弯路面的横滑分析、在步骤213中进行通过转弯路面的横翻分析、在步骤214中进行通过横坡路面的横滑分析、在步骤215中进行通过横坡路面的横翻分析。
在步骤216中输出受力分析结果。具体地，若分析结果均为通过，则说明货物安全，输出是；否则输出否。
在步骤217中，货物受力分析程序结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。