第七章牵引性能参数的匹配m

第七章牵引性能参数的

合理匹配第一节牵引性能第二节牵引性能参数合理匹配的条件第三节用牵引特性曲线分析机械的牵引性能第四节牵引性能参数的计算步骤第一节牵引性能车辆主要使用性能：牵引性能、动力性能、燃料经济性、稳定性、通过性、转向性。牵引性能：——牵引特性（曲线）。牵引作业时车辆在不同牵引力下的实际速度、滑转率、牵引功率、牵引效率、小时油耗、比油耗、发动机功率等。牵引性能性能不仅取决于发动机、传动系、行走机构、工作装置各总成本身的性能，而且也与各总成间的工作是否协调有着密切的关系，即牵引性能参数间存在相互制约关系。牵引性能参数间相互制约关系的体现：切线牵引力与发动机调速特性之间的相互配置；发动机的最大输出功率和工作阻力与行走机构滑转曲线之间的相互配置上。一、切线牵引力在发动机调速特性上的配置变负荷工况下，工作阻力的急剧变化使得机器的切线牵引力和发动机曲轴阻力矩也随之发生急剧的变化。曲轴阻力矩的急剧变化，使发动机的实际平均输出功率和平均比油耗会大大偏离它们的额定指标。平均输出功率和比油耗的数值，与曲轴阻力矩Mc在调速特性上的配置位置（决定于传动系传动比）有关。平均阻力矩曲轴阻力矩在发动机调速特性上的配置A—平均阻力矩工作点KZ很小时，平均输出功率必然很小；随KZ增大，平均输出功率增大；KZ增大到一定值，输出功率的增长速度开始减慢。到一定程度时，发动机的实际平均输出功率，必然将随着发动机负载程度的提高而下降。KZ进一步增大，阻力矩最大值超过发动机最大扭矩时，发动机工作不稳定甚至熄火。扭矩负载系数：KZ必然存在一最佳值KZ0

，在此最佳值下，发动机的实际输出功率将最大。最佳负载程度下的发动机扭矩Mepmax和最大平均输出功率可以用最佳扭矩负载系数KZ0和最佳功率输出系数KP0来表示:切线牵引力在发动机调速特性上的配置原则1．最大阻力矩不超过发动机的最大输出扭矩。防止发动机熄火，减轻驾驶员劳动强度。2．为了获得较大的平均输出功率，应该使发动机在工作循环的大部分时间处在调速区段上工作。可通过合理配置发动机的最大输出功率在行走机构滑转曲线上的位置以实现上述两项要求。二、发动机最大输出功率在滑转曲线的配置

（牵引功率、生产率）行走机构的牵引效率x可以由滚动效率f与滑转效率的乘积来表示

x=f/G

履带：轮胎：当x=xmax时，应满足条件

行走机构取得最大牵引效率xmax时对应的工况称为行走机构的最大牵引效率工况，该工况对应的相对牵引力和滑转率分别表示为xmax和xmax。由牵引功率的表达式：由于Ba和mr可近似地认为是常量，因此，如果使Pe和x同时达到最大值，则PKP具有最大值。

这就是说，当发动机的最大输出功率Pemax与行机构的最大牵引效率xmax匹配在一起时，机器将获得最大有效牵引功率。对于轮式机械来说，最大牵引效率工况大约在=10%左右，对于履带机械，大约在5%左右。对连续作业的机械来说，机器的生产率Q可用下式表示(m3/h)由于切截面积A与有效牵引成正比Kb——切削比阻力，N/m2

机器的实际行驶速度可用vT

(1-

)注意和f，则生产率：机器生产率考虑到f=x，则机器的生产率可表示如下理论切线牵引功率FKVT一定时，生产率与行走机构的牵引效率成正比。对于连续作业的机械来说，行走机构的最大牵引效率工况和最大生产率工况是一致的。对于循环作业的机械来说，机器的生产率可用下式表示：（m3/h）q——机器每一工作循环所完成的土方量，或铲斗容量，m3；t1——工作循环中铲土工序的时间，s；t0——工作循环中其余工序的时间q可认为与有效牵引力FKP成正比，而t1则与铲土时的实际行驶速度v成反比，亦即：由此可得：考虑到v=vT(1-)

则上式可改写为当滑转曲线=(FKP)为已知时，即可给出机器生产率Q随有效牵引力FKP而变化的曲线。若令：则：生产率进一步分析：如对FKP求Q之微商由于1。当行走机构在其最大效率工况下工作时所以：因而生产率曲线Q=Q（FKP）处在上升阶段，此时Q并非最大2。如令则可以获得满足最大生产率的条件。此时为负值，因而行走机构牵引效率曲线处于下降阶段。由此可知，对于循环作业的机构来说，行走机构的最大效率工况和最大生产率工况是不一致的，而且两者偏离的情况显然与工作循环中其余工序的时间t0之值有关。当t0=0时，亦即为机构变为边续作业时，Qmax工况与xmax工况相重合。t0愈大，即铲土工序的时间在整个工作循环中所占有比重愈小，则在滑转曲线上Qmax工况将愈向xmax工况右方偏离。小结对于连续作业的机械，不论从充分利用发动机的功率，还是充分发挥机器生产率的角度来看，均应将作业过程中的平均工作阻力配置在最大牵引效率工况附近（图7-4的曲线1）。但对于循环作业的机械来说，为了使机器获得最大的生产率，则应将工作循环中的平均最大工作阻力（这一阻力通常出现在铲土过程的末尾）配置在最大生产率工况附近（图7-4的曲线2）。*轮式机械的额定滑转率（由最大生产率确定）可定为H=20%~25%，对于轮式装载机由于铲装工序时间在整个循环中所占比例很小，所以H=30%~35%，而履带式机械的额定滑转率则可定为H=10%~15%。第二节牵引性能参数

合理匹配的条件铲土运输机械牵引性能参数的合理匹配应保证充分利用发动机的功率和发挥机器的最大生产率。A。对于自行式平地机，由于比较接近于连续作业机械，发动机负荷的变化带有稳定随机过程的性质，影响发动机最佳负荷程度的因素相对较少。因此，对于此类机械，牵引性能参数应根据发动机的最大平均输出功率、行走机构的额定滑转率和工作装置的平均工作阻力之间的合理匹配关系来确定。此时应该保证当工作装置以设计要求的平均阻力连续作业时，发动机正好在最大平均输出功率工况下工作，而行走机构则在最大生产率的工况下工作(即额定滑转率δH工况)

B。对于推土机、铲运机、装载机一类的循环作业机械来说，不仅铲掘工序的工作阻力变化急剧，而且不同工序的工作阻力也是不同的。各工序时间长短，所采用的档位等因素又都带有随机变化的性质。因而影响发动机负荷循环的因素将更为复杂，曲轴阻力矩的变化则呈现为某种非稳定的随机过程，确定发动机的最佳负荷载程度也显得十分困难。在这种情况下，比较简单的办法是根据发动机的额定功率工况、行走机构的最大生产率工况、工作装置的平均最大工作阻力工况之间的合理配置来确定牵引性能参数。此时牵引性能参数之间应满足下列条件：

循环作业机械牵引参数合理匹配的条件1．牵引性能参数的匹配必须保证机器在突然超负荷时，首先发生行走机构的滑转，而不应导致发动机熄灭。此时发动机决定的最大牵引力应留有适当的储备(相对于地面的附着力而言)。当机器在此种条件下工作时，行走机构的滑转起着一种自动保护作用。它一方面减轻了司机的操作，另一方面自动地保护了发动机不致严重超载。因此，牵引性能参数合理匹配的第一个条件可以归纳为：

由发动机扭矩决定的最大牵引力FMemax应大于地面附着条件所决定的最大牵引力(即附着力)Fφ

亦即：2．牵引性能参数合理匹配的第二个条件是从发动机的额定功率工况应与行走机构的最大生产率工况相适应的角度提出来的。当发动机在额定功率工况下工作时，机器的行走机构将在额定滑转率工况下工作，此时由发动机额定功率决定的有效牵引力与由行走机构额定滑转率决定的额定牵引力FH应相等。亦即：机器在这样的匹配条件下工作时，有效牵引力稍大于额定牵引力FH(例如大10%左右)，即会引起行走机构完全滑转。3．牵引性能参数合理匹配的第三个条件是从工作装置的容量应与额定牵引力相适应的角度提出来的。如前所述，为了使机器获得较高的生产率，应该保证当铲土过程中发挥最大的铲掘力时(它通常发生在铲土过程的末尾)，行走机构能在额定滑转率工况附近工作。亦即：

铲土过程末尾的平均最大工作阻力Fx应等于机器的额定牵引力FH。此条件可用下式表示：Fx=FHa-a—发动机额定功率工况；b-b—行走机构额定滑转率工况；c-c—平均最大工作阻力工况；d-d—最大牵引效率工况；e-e—由发动机扭矩决定的最大牵引力工况；f-f—行走机构最大附着能力工况a-ab-bc-c线应接近或吻合，且d-d线在它们左侧。e-e线在f-f线的右侧.Fx=FH发动对于液力机械传动的机械牵引性能参数的合理匹配功率效率涡轮力矩比油耗小时油耗对于液力机械传动的机械牵引性能参数的合理匹配条件可归纳如下：1.对于液力机械传动的铲土运输机械来说，行走机构的滑转应该起到防止变矩器进入低效区工作的作用。这样，合理匹配的第一条件可表述为：由发动机与变矩器共同工作输出特性上最大工作扭矩M2pmax(与ηP=75%相对应的变矩器输出轴最大扭矩)所决定的牵引力FM2pmax应大于由附着条件决定的最大牵引力Fφ，2.牵引性能参数合理匹配的第二个条件可归纳为发动机与变矩器共同工作输出特性的最大功率工况应与行走机构的最大生产率工况相一致

3.牵引必参数合理匹配的第三个条件和机械传动性能参数匹配条件并无原则区别，即机器在铲土过程中末尾的平均最大工作阻力Fx应等于额定牵引力FH

Fx=FH第三节用牵引特性曲线分析机械的牵引性能1．最大有效牵引功率Pkpmax工况；2．最大牵引效率ηkpmax工况；3．发动机额定功率PeH工况；4．额定滑转率δH工况；5．由发动机扭矩决定的最大牵引力FMemax工况；6．由附着条件决定的最大牵引力Fφ工况对于液力机械传动的机器还应补充：7．变矩器最大输出功率P2max工况；8．变矩器工作扭矩决定的最大牵引力FM2pmax工况。试验推土机（图6-6、图6-7、图6-8）的主要参数表6-1参数名称图6-6图6-7图6-8发动机额定率（kW）136112.5136发动机额定转速（r/min）185018001850发动机额定转矩（N·m）716610716发动机最大转矩（N·m）800680800发动机最大转矩转速（r/min）115011001150发动机空转最高转速（r/min）200020002000I挡总传动比120120—II挡总传动比78.978.9—履带节距（m）0.2160.2160.216驱动轮啮合齿数12.512.512.5推土装置高度（mm）106011001280推土装置宽度（mm）426041703620推土机使用质量（N）213700202000211000推土机滚动阻力（N）1400021680188001．各特征工况下机器牵引性能和燃料经济性的基本指标。图6-6所示推土机牵引性能指标普遍高于图6-7。2．根据各档有效牵引功率曲线和行驶速度曲线的分布情况来考察各档传动比的分配和牵引力与行驶速度的适应性能。各档牵引功率曲线间不应有深谷存在。高一档最大牵引力点应在低挡速度线下，以保证换档时速度平稳性。高档位牵引力有适当储备，以克服短时阻力增加。3．根据各特征工况下的牵引效率、滚动效率和滑转率对发动机额定功率的分配和牵引效率的组成作出分析（表7-3和表7-4）。4．为分析牵引性能参数匹配的合理性，可在牵引特性图上用垂线标出各特征工况的位置。发动机额定功率工况（a-a）、行走机构额滑转率工况(b-b)（H=10%~15%）和工作装置满铲作业工况(c-c)在牵引特性图上的标线是否接近或吻合。其次应检查FMemax和F工况之间的相互关系。图7-6中Fmemax>F而图7-7相反。5．进一步分析牵引性能和燃料经济良好或欠佳的原因。并对机器的动力性和经济性作出更为全面的评价。a-a—P2max工况；b-b—δH工况；c-c--FM2pmax工况；d-d—Fφ工况试验推土机（图6-6、图6-7、图6-8）的主要参数表6-1参数名称图6-6图6-7图6-8发动机额定率（kW）136112.5136发动机额定转速（r/min）185018001850发动机额定转矩（N·m）716610716发动机最大转矩（N·m）800680800发动机最大转矩转速（r/min）115011001150发动机空转最高转速（r/min）200020002000I挡总传动比120120—II挡总传动比78.978.9—履带节距（m）0.2160.2160.216驱动轮啮合齿数12.512.512.5推土装置高度（mm）106011001280推土装置宽度（mm）426041703620推土机使用质量（N）213700202000211000推土机滚动阻力（N）140002168018800比较图7-8和图7-6就可以看出，尽管两台推土机的参数基本相同，但前者的牵引特性与后者比较，却有着很大的差别。这种差别反映出液力机械传动的一系列特点，并可以从图7-8上明显地看出：1.从速度特性来看，它没有明显的转折点，呈现为一条柔软并能随牵引负荷变化而自动调节机器速度的特性曲线，速度特性的这种“柔性”反映了液力传动扭矩特性的自动无级调节的性能。2.速度特性的上述特点反映到有效牵引功率特性上，使得有效牵引力功率曲线看起来比较平滑而饱满。液力机械传动的最大牵引功率和最大牵引效率都明显地低于机械传动，尤其是最大牵引效率只有62%，这是因为在变矩器中存在着功率损失的缘故，这也是液力机械传动不可避免的缺点。然而图7-8上有效牵引功率曲线却由于比较饱满而可以在较宽的范围内保持高的有效牵引功率，从而将大大地提高发动机额定功率的利用程度。这表明在工作阻力变化的情况下，液力机械传动能输出最大的平均有效牵引功率。3.液力机械传动有效牵引功率曲线比较饱满的特点还可显著地减小各档功率曲线之间的波谷面积。由此表明，机器在全部速度段和负荷范围内发动机额定功率获得充分的利用；另一方面也说明比起单纯的机械传动来，机器的变速箱档位可减少。4.从燃料经济性的角度来看，液力机械传动的最低比油耗较之机械传动显著增高(图7-8中未示出)。液力机械传动比油耗曲线的另一个明显的特点是当负荷增大而车速下降时，比油耗可剧增至无限大。这一点显然是由变矩器的效率特性所引起的。为了低降油耗和防止变矩器发生过热就必须严格限制变矩器在工作效率区范围以外运转。在最低档上，通常可以利用履带的滑转来加以限制，在高档上则要求司机严格按照规定，在车速下降时及时进行换档。在分析液力传动机械牵引性能参数匹配的合理性时，可检查以下几点：1．检查与变矩器最大工作转矩相对应的牵引力FM2Pmax是否大于附着条件决定的牵引力F。2．检查发动机与变矩器共同工作输出特性上的最大功率工况P2max与额定滑转率工况H以及铲土过程的平均最大工作阻力工况FX在牵引特性上的位置是否接近或吻合。3．此外，为了避免当机器负荷突然减小时车速猛然增高的缺点（例如当铲掘阻力增大到极限值车辆即停止时，突然提升工作装置，车速就迅速增高），一档理论空载行驶速度Tmax相对于涡轮最大输出功率P2max所对应的理论速度TP2max必须进行限制，亦即第四节