第七章牽引性能參數(shù)的匹配m

第七章牽引性能參數(shù)的

合理匹配第一節(jié)牽引性能第二節(jié)牽引性能參數(shù)合理匹配的條件第三節(jié)用牽引特性曲線分析機(jī)械的牽引性能第四節(jié)牽引性能參數(shù)的計算步驟第一節(jié)牽引性能車輛主要使用性能：牽引性能、動力性能、燃料經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、通過性、轉(zhuǎn)向性。牽引性能：——牽引特性（曲線）。牽引作業(yè)時車輛在不同牽引力下的實(shí)際速度、滑轉(zhuǎn)率、牽引功率、牽引效率、小時油耗、比油耗、發(fā)動機(jī)功率等。牽引性能性能不僅取決于發(fā)動機(jī)、傳動系、行走機(jī)構(gòu)、工作裝置各總成本身的性能，而且也與各總成間的工作是否協(xié)調(diào)有著密切的關(guān)系，即牽引性能參數(shù)間存在相互制約關(guān)系。牽引性能參數(shù)間相互制約關(guān)系的體現(xiàn)：切線牽引力與發(fā)動機(jī)調(diào)速特性之間的相互配置；發(fā)動機(jī)的最大輸出功率和工作阻力與行走機(jī)構(gòu)滑轉(zhuǎn)曲線之間的相互配置上。一、切線牽引力在發(fā)動機(jī)調(diào)速特性上的配置變負(fù)荷工況下，工作阻力的急劇變化使得機(jī)器的切線牽引力和發(fā)動機(jī)曲軸阻力矩也隨之發(fā)生急劇的變化。曲軸阻力矩的急劇變化，使發(fā)動機(jī)的實(shí)際平均輸出功率和平均比油耗會大大偏離它們的額定指標(biāo)。平均輸出功率和比油耗的數(shù)值，與曲軸阻力矩Mc在調(diào)速特性上的配置位置（決定于傳動系傳動比）有關(guān)。平均阻力矩曲軸阻力矩在發(fā)動機(jī)調(diào)速特性上的配置A—平均阻力矩工作點(diǎn)KZ很小時，平均輸出功率必然很??；隨KZ增大，平均輸出功率增大；KZ增大到一定值，輸出功率的增長速度開始減慢。到一定程度時，發(fā)動機(jī)的實(shí)際平均輸出功率，必然將隨著發(fā)動機(jī)負(fù)載程度的提高而下降。KZ進(jìn)一步增大，阻力矩最大值超過發(fā)動機(jī)最大扭矩時，發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定甚至熄火。扭矩負(fù)載系數(shù)：KZ必然存在一最佳值KZ0

，在此最佳值下，發(fā)動機(jī)的實(shí)際輸出功率將最大。最佳負(fù)載程度下的發(fā)動機(jī)扭矩Mepmax和最大平均輸出功率可以用最佳扭矩負(fù)載系數(shù)KZ0和最佳功率輸出系數(shù)KP0來表示:切線牽引力在發(fā)動機(jī)調(diào)速特性上的配置原則1．最大阻力矩不超過發(fā)動機(jī)的最大輸出扭矩。防止發(fā)動機(jī)熄火，減輕駕駛員勞動強(qiáng)度。2．為了獲得較大的平均輸出功率，應(yīng)該使發(fā)動機(jī)在工作循環(huán)的大部分時間處在調(diào)速區(qū)段上工作?？赏ㄟ^合理配置發(fā)動機(jī)的最大輸出功率在行走機(jī)構(gòu)滑轉(zhuǎn)曲線上的位置以實(shí)現(xiàn)上述兩項(xiàng)要求。二、發(fā)動機(jī)最大輸出功率在滑轉(zhuǎn)曲線的配置

（牽引功率、生產(chǎn)率）行走機(jī)構(gòu)的牽引效率x可以由滾動效率f與滑轉(zhuǎn)效率的乘積來表示

x=f/G

履帶：輪胎：當(dāng)x=xmax時，應(yīng)滿足條件

行走機(jī)構(gòu)取得最大牽引效率xmax時對應(yīng)的工況稱為行走機(jī)構(gòu)的最大牽引效率工況，該工況對應(yīng)的相對牽引力和滑轉(zhuǎn)率分別表示為xmax和xmax。由牽引功率的表達(dá)式：由于Ba和mr可近似地認(rèn)為是常量，因此，如果使Pe和x同時達(dá)到最大值，則PKP具有最大值。

這就是說，當(dāng)發(fā)動機(jī)的最大輸出功率Pemax與行機(jī)構(gòu)的最大牽引效率xmax匹配在一起時，機(jī)器將獲得最大有效牽引功率。對于輪式機(jī)械來說，最大牽引效率工況大約在=10%左右，對于履帶機(jī)械，大約在5%左右。對連續(xù)作業(yè)的機(jī)械來說，機(jī)器的生產(chǎn)率Q可用下式表示(m3/h)由于切截面積A與有效牽引成正比Kb——切削比阻力，N/m2

機(jī)器的實(shí)際行駛速度可用vT

(1-

)注意和f，則生產(chǎn)率：機(jī)器生產(chǎn)率考慮到f=x，則機(jī)器的生產(chǎn)率可表示如下理論切線牽引功率FKVT一定時，生產(chǎn)率與行走機(jī)構(gòu)的牽引效率成正比。對于連續(xù)作業(yè)的機(jī)械來說，行走機(jī)構(gòu)的最大牽引效率工況和最大生產(chǎn)率工況是一致的。對于循環(huán)作業(yè)的機(jī)械來說，機(jī)器的生產(chǎn)率可用下式表示：（m3/h）q——機(jī)器每一工作循環(huán)所完成的土方量，或鏟斗容量，m3；t1——工作循環(huán)中鏟土工序的時間，s；t0——工作循環(huán)中其余工序的時間q可認(rèn)為與有效牽引力FKP成正比，而t1則與鏟土?xí)r的實(shí)際行駛速度v成反比，亦即：由此可得：考慮到v=vT(1-)

則上式可改寫為當(dāng)滑轉(zhuǎn)曲線=(FKP)為已知時，即可給出機(jī)器生產(chǎn)率Q隨有效牽引力FKP而變化的曲線。若令：則：生產(chǎn)率進(jìn)一步分析：如對FKP求Q之微商由于1。當(dāng)行走機(jī)構(gòu)在其最大效率工況下工作時所以：因而生產(chǎn)率曲線Q=Q（FKP）處在上升階段，此時Q并非最大2。如令則可以獲得滿足最大生產(chǎn)率的條件。此時為負(fù)值，因而行走機(jī)構(gòu)牽引效率曲線處于下降階段。由此可知，對于循環(huán)作業(yè)的機(jī)構(gòu)來說，行走機(jī)構(gòu)的最大效率工況和最大生產(chǎn)率工況是不一致的，而且兩者偏離的情況顯然與工作循環(huán)中其余工序的時間t0之值有關(guān)。當(dāng)t0=0時，亦即為機(jī)構(gòu)變?yōu)檫吚m(xù)作業(yè)時，Qmax工況與xmax工況相重合。t0愈大，即鏟土工序的時間在整個工作循環(huán)中所占有比重愈小，則在滑轉(zhuǎn)曲線上Qmax工況將愈向xmax工況右方偏離。小結(jié)對于連續(xù)作業(yè)的機(jī)械，不論從充分利用發(fā)動機(jī)的功率，還是充分發(fā)揮機(jī)器生產(chǎn)率的角度來看，均應(yīng)將作業(yè)過程中的平均工作阻力配置在最大牽引效率工況附近（圖7-4的曲線1）。但對于循環(huán)作業(yè)的機(jī)械來說，為了使機(jī)器獲得最大的生產(chǎn)率，則應(yīng)將工作循環(huán)中的平均最大工作阻力（這一阻力通常出現(xiàn)在鏟土過程的末尾）配置在最大生產(chǎn)率工況附近（圖7-4的曲線2）。*輪式機(jī)械的額定滑轉(zhuǎn)率（由最大生產(chǎn)率確定）可定為H=20%~25%，對于輪式裝載機(jī)由于鏟裝工序時間在整個循環(huán)中所占比例很小，所以H=30%~35%，而履帶式機(jī)械的額定滑轉(zhuǎn)率則可定為H=10%~15%。第二節(jié)牽引性能參數(shù)

合理匹配的條件鏟土運(yùn)輸機(jī)械牽引性能參數(shù)的合理匹配應(yīng)保證充分利用發(fā)動機(jī)的功率和發(fā)揮機(jī)器的最大生產(chǎn)率。A。對于自行式平地機(jī)，由于比較接近于連續(xù)作業(yè)機(jī)械，發(fā)動機(jī)負(fù)荷的變化帶有穩(wěn)定隨機(jī)過程的性質(zhì)，影響發(fā)動機(jī)最佳負(fù)荷程度的因素相對較少。因此，對于此類機(jī)械，牽引性能參數(shù)應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的最大平均輸出功率、行走機(jī)構(gòu)的額定滑轉(zhuǎn)率和工作裝置的平均工作阻力之間的合理匹配關(guān)系來確定。此時應(yīng)該保證當(dāng)工作裝置以設(shè)計要求的平均阻力連續(xù)作業(yè)時，發(fā)動機(jī)正好在最大平均輸出功率工況下工作，而行走機(jī)構(gòu)則在最大生產(chǎn)率的工況下工作(即額定滑轉(zhuǎn)率δH工況)

B。對于推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、裝載機(jī)一類的循環(huán)作業(yè)機(jī)械來說，不僅鏟掘工序的工作阻力變化急劇，而且不同工序的工作阻力也是不同的。各工序時間長短，所采用的檔位等因素又都帶有隨機(jī)變化的性質(zhì)。因而影響發(fā)動機(jī)負(fù)荷循環(huán)的因素將更為復(fù)雜，曲軸阻力矩的變化則呈現(xiàn)為某種非穩(wěn)定的隨機(jī)過程，確定發(fā)動機(jī)的最佳負(fù)荷載程度也顯得十分困難。在這種情況下，比較簡單的辦法是根據(jù)發(fā)動機(jī)的額定功率工況、行走機(jī)構(gòu)的最大生產(chǎn)率工況、工作裝置的平均最大工作阻力工況之間的合理配置來確定牽引性能參數(shù)。此時牽引性能參數(shù)之間應(yīng)滿足下列條件：

循環(huán)作業(yè)機(jī)械牽引參數(shù)合理匹配的條件1．牽引性能參數(shù)的匹配必須保證機(jī)器在突然超負(fù)荷時，首先發(fā)生行走機(jī)構(gòu)的滑轉(zhuǎn)，而不應(yīng)導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄滅。此時發(fā)動機(jī)決定的最大牽引力應(yīng)留有適當(dāng)?shù)膬?相對于地面的附著力而言)。當(dāng)機(jī)器在此種條件下工作時，行走機(jī)構(gòu)的滑轉(zhuǎn)起著一種自動保護(hù)作用。它一方面減輕了司機(jī)的操作，另一方面自動地保護(hù)了發(fā)動機(jī)不致嚴(yán)重超載。因此，牽引性能參數(shù)合理匹配的第一個條件可以歸納為：

由發(fā)動機(jī)扭矩決定的最大牽引力FMemax應(yīng)大于地面附著條件所決定的最大牽引力(即附著力)Fφ

亦即：2．牽引性能參數(shù)合理匹配的第二個條件是從發(fā)動機(jī)的額定功率工況應(yīng)與行走機(jī)構(gòu)的最大生產(chǎn)率工況相適應(yīng)的角度提出來的。當(dāng)發(fā)動機(jī)在額定功率工況下工作時，機(jī)器的行走機(jī)構(gòu)將在額定滑轉(zhuǎn)率工況下工作，此時由發(fā)動機(jī)額定功率決定的有效牽引力與由行走機(jī)構(gòu)額定滑轉(zhuǎn)率決定的額定牽引力FH應(yīng)相等。亦即：機(jī)器在這樣的匹配條件下工作時，有效牽引力稍大于額定牽引力FH(例如大10%左右)，即會引起行走機(jī)構(gòu)完全滑轉(zhuǎn)。3．牽引性能參數(shù)合理匹配的第三個條件是從工作裝置的容量應(yīng)與額定牽引力相適應(yīng)的角度提出來的。如前所述，為了使機(jī)器獲得較高的生產(chǎn)率，應(yīng)該保證當(dāng)鏟土過程中發(fā)揮最大的鏟掘力時(它通常發(fā)生在鏟土過程的末尾)，行走機(jī)構(gòu)能在額定滑轉(zhuǎn)率工況附近工作。亦即：

鏟土過程末尾的平均最大工作阻力Fx應(yīng)等于機(jī)器的額定牽引力FH。此條件可用下式表示：Fx=FHa-a—發(fā)動機(jī)額定功率工況；b-b—行走機(jī)構(gòu)額定滑轉(zhuǎn)率工況；c-c—平均最大工作阻力工況；d-d—最大牽引效率工況；e-e—由發(fā)動機(jī)扭矩決定的最大牽引力工況；f-f—行走機(jī)構(gòu)最大附著能力工況a-ab-bc-c線應(yīng)接近或吻合，且d-d線在它們左側(cè)。e-e線在f-f線的右側(cè).Fx=FH發(fā)動對于液力機(jī)械傳動的機(jī)械牽引性能參數(shù)的合理匹配功率效率渦輪力矩比油耗小時油耗對于液力機(jī)械傳動的機(jī)械牽引性能參數(shù)的合理匹配條件可歸納如下：1.對于液力機(jī)械傳動的鏟土運(yùn)輸機(jī)械來說，行走機(jī)構(gòu)的滑轉(zhuǎn)應(yīng)該起到防止變矩器進(jìn)入低效區(qū)工作的作用。這樣，合理匹配的第一條件可表述為：由發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作輸出特性上最大工作扭矩M2pmax(與ηP=75%相對應(yīng)的變矩器輸出軸最大扭矩)所決定的牽引力FM2pmax應(yīng)大于由附著條件決定的最大牽引力Fφ，2.牽引性能參數(shù)合理匹配的第二個條件可歸納為發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作輸出特性的最大功率工況應(yīng)與行走機(jī)構(gòu)的最大生產(chǎn)率工況相一致

3.牽引必參數(shù)合理匹配的第三個條件和機(jī)械傳動性能參數(shù)匹配條件并無原則區(qū)別，即機(jī)器在鏟土過程中末尾的平均最大工作阻力Fx應(yīng)等于額定牽引力FH

Fx=FH第三節(jié)用牽引特性曲線分析機(jī)械的牽引性能1．最大有效牽引功率Pkpmax工況；2．最大牽引效率ηkpmax工況；3．發(fā)動機(jī)額定功率PeH工況；4．額定滑轉(zhuǎn)率δH工況；5．由發(fā)動機(jī)扭矩決定的最大牽引力FMemax工況；6．由附著條件決定的最大牽引力Fφ工況對于液力機(jī)械傳動的機(jī)器還應(yīng)補(bǔ)充：7．變矩器最大輸出功率P2max工況；8．變矩器工作扭矩決定的最大牽引力FM2pmax工況。試驗(yàn)推土機(jī)（圖6-6、圖6-7、圖6-8）的主要參數(shù)表6-1參數(shù)名稱圖6-6圖6-7圖6-8發(fā)動機(jī)額定率（kW）136112.5136發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）185018001850發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（N·m）716610716發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N·m）800680800發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速（r/min）115011001150發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速（r/min）200020002000I擋總傳動比120120—II擋總傳動比78.978.9—履帶節(jié)距（m）0.2160.2160.216驅(qū)動輪嚙合齒數(shù)12.512.512.5推土裝置高度（mm）106011001280推土裝置寬度（mm）426041703620推土機(jī)使用質(zhì)量（N）213700202000211000推土機(jī)滾動阻力（N）1400021680188001．各特征工況下機(jī)器牽引性能和燃料經(jīng)濟(jì)性的基本指標(biāo)。圖6-6所示推土機(jī)牽引性能指標(biāo)普遍高于圖6-7。2．根據(jù)各檔有效牽引功率曲線和行駛速度曲線的分布情況來考察各檔傳動比的分配和牽引力與行駛速度的適應(yīng)性能。各檔牽引功率曲線間不應(yīng)有深谷存在。高一檔最大牽引力點(diǎn)應(yīng)在低擋速度線下，以保證換檔時速度平穩(wěn)性。高檔位牽引力有適當(dāng)儲備，以克服短時阻力增加。3．根據(jù)各特征工況下的牽引效率、滾動效率和滑轉(zhuǎn)率對發(fā)動機(jī)額定功率的分配和牽引效率的組成作出分析（表7-3和表7-4）。4．為分析牽引性能參數(shù)匹配的合理性，可在牽引特性圖上用垂線標(biāo)出各特征工況的位置。發(fā)動機(jī)額定功率工況（a-a）、行走機(jī)構(gòu)額滑轉(zhuǎn)率工況(b-b)（H=10%~15%）和工作裝置滿鏟作業(yè)工況(c-c)在牽引特性圖上的標(biāo)線是否接近或吻合。其次應(yīng)檢查FMemax和F工況之間的相互關(guān)系。圖7-6中Fmemax>F而圖7-7相反。5．進(jìn)一步分析牽引性能和燃料經(jīng)濟(jì)良好或欠佳的原因。并對機(jī)器的動力性和經(jīng)濟(jì)性作出更為全面的評價。a-a—P2max工況；b-b—δH工況；c-c--FM2pmax工況；d-d—Fφ工況試驗(yàn)推土機(jī)（圖6-6、圖6-7、圖6-8）的主要參數(shù)表6-1參數(shù)名稱圖6-6圖6-7圖6-8發(fā)動機(jī)額定率（kW）136112.5136發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）185018001850發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（N·m）716610716發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（N·m）800680800發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速（r/min）115011001150發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速（r/min）200020002000I擋總傳動比120120—II擋總傳動比78.978.9—履帶節(jié)距（m）0.2160.2160.216驅(qū)動輪嚙合齒數(shù)12.512.512.5推土裝置高度（mm）106011001280推土裝置寬度（mm）426041703620推土機(jī)使用質(zhì)量（N）213700202000211000推土機(jī)滾動阻力（N）140002168018800比較圖7-8和圖7-6就可以看出，盡管兩臺推土機(jī)的參數(shù)基本相同，但前者的牽引特性與后者比較，卻有著很大的差別。這種差別反映出液力機(jī)械傳動的一系列特點(diǎn)，并可以從圖7-8上明顯地看出：1.從速度特性來看，它沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，呈現(xiàn)為一條柔軟并能隨牽引負(fù)荷變化而自動調(diào)節(jié)機(jī)器速度的特性曲線，速度特性的這種“柔性”反映了液力傳動扭矩特性的自動無級調(diào)節(jié)的性能。2.速度特性的上述特點(diǎn)反映到有效牽引功率特性上，使得有效牽引力功率曲線看起來比較平滑而飽滿。液力機(jī)械傳動的最大牽引功率和最大牽引效率都明顯地低于機(jī)械傳動，尤其是最大牽引效率只有62%，這是因?yàn)樵谧兙仄髦写嬖谥β蕮p失的緣故，這也是液力機(jī)械傳動不可避免的缺點(diǎn)。然而圖7-8上有效牽引功率曲線卻由于比較飽滿而可以在較寬的范圍內(nèi)保持高的有效牽引功率，從而將大大地提高發(fā)動機(jī)額定功率的利用程度。這表明在工作阻力變化的情況下，液力機(jī)械傳動能輸出最大的平均有效牽引功率。3.液力機(jī)械傳動有效牽引功率曲線比較飽滿的特點(diǎn)還可顯著地減小各檔功率曲線之間的波谷面積。由此表明，機(jī)器在全部速度段和負(fù)荷范圍內(nèi)發(fā)動機(jī)額定功率獲得充分的利用；另一方面也說明比起單純的機(jī)械傳動來，機(jī)器的變速箱檔位可減少。4.從燃料經(jīng)濟(jì)性的角度來看，液力機(jī)械傳動的最低比油耗較之機(jī)械傳動顯著增高(圖7-8中未示出)。液力機(jī)械傳動比油耗曲線的另一個明顯的特點(diǎn)是當(dāng)負(fù)荷增大而車速下降時，比油耗可劇增至無限大。這一點(diǎn)顯然是由變矩器的效率特性所引起的。為了低降油耗和防止變矩器發(fā)生過熱就必須嚴(yán)格限制變矩器在工作效率區(qū)范圍以外運(yùn)轉(zhuǎn)。在最低檔上，通?？梢岳寐膸У幕D(zhuǎn)來加以限制，在高檔上則要求司機(jī)嚴(yán)格按照規(guī)定，在車速下降時及時進(jìn)行換檔。在分析液力傳動機(jī)械牽引性能參數(shù)匹配的合理性時，可檢查以下幾點(diǎn)：1．檢查與變矩器最大工作轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的牽引力FM2Pmax是否大于附著條件決定的牽引力F。2．檢查發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作輸出特性上的最大功率工況P2max與額定滑轉(zhuǎn)率工況H以及鏟土過程的平均最大工作阻力工況FX在牽引特性上的位置是否接近或吻合。3．此外，為了避免當(dāng)機(jī)器負(fù)荷突然減小時車速猛然增高的缺點(diǎn)（例如當(dāng)鏟掘阻力增大到極限值車輛即停止時，突然提升工作裝置，車速就迅速增高），一檔理論空載行駛速度Tmax相對于渦輪最大輸出功率P2max所對應(yīng)的理論速度TP2max必須進(jìn)行限制，亦即第四節(jié)