平地機(jī)動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

張鵬程

（長(zhǎng)安大學(xué)道路施工技術(shù)與設(shè)備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710064）

隨著平地機(jī)產(chǎn)量的迅速增加，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，平地機(jī)的傳動(dòng)方式和控制方法正向機(jī)電液一體化的的方向發(fā)展。原有的指標(biāo)很難衡量行業(yè)的發(fā)展水平。本文針對(duì)平地機(jī)新技術(shù)的發(fā)展，及其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)陳舊的問(wèn)題，在保證其作業(yè)安全和質(zhì)量的前提下，對(duì)平地機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)進(jìn)行研究，提出了補(bǔ)充和建議。本文研究分析了平地機(jī)液力鎖止變矩器，分析了其閉鎖原理，并提出了影響其性能品質(zhì)的技術(shù)參數(shù)，從而確保平地機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)能適應(yīng)國(guó)內(nèi)平地機(jī)的發(fā)展。

1 加速性能評(píng)價(jià)

1.1 加速性能分析

加速性能是平地機(jī)的重要?jiǎng)恿π灾笜?biāo)。加速度a不是固定不變的，在車(chē)輛加速的過(guò)程加速度a是車(chē)速v的函數(shù)，如圖1是加速度曲線。由曲線可知，平地機(jī)機(jī)起步加速過(guò)程，啟動(dòng)力矩是隨著平地機(jī)車(chē)速v的變化而不斷變化的。通常用平地機(jī)原地起步加速時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)平地機(jī)的加速性能。原地起步加速時(shí)間是指平地機(jī)由一檔起步，并以最大的加速度（包括最恰當(dāng)?shù)膿Q檔時(shí)間）逐步換到最高檔的最高速度時(shí)間[1]。

圖1 加速度曲線

1.2 加速性能指標(biāo)補(bǔ)充

原地起步加速時(shí)間反映了平地機(jī)由起步到最高速度的加速時(shí)間。實(shí)際中，平地機(jī)的最高速度用于高速轉(zhuǎn)場(chǎng)、清除積雪等少數(shù)工況。平地機(jī)通常作業(yè)的速度在10 km/h左右[2]。

如圖2所示，這是兩臺(tái)平地機(jī)的速度—時(shí)間變化曲線，從圖中可以看出兩臺(tái)平地機(jī)的原地起步加速時(shí)間相同。但由于它們的加速過(guò)程不同，它們加速到最大速度的一半所需的時(shí)間也相差甚遠(yuǎn)。平地機(jī)原地起步通常并不是加速到最高速度，所以原地起步加速時(shí)間并不能科學(xué)地反映平地機(jī)的加速性能。鑒于平地機(jī)的作業(yè)速度通常在14~16 km/h處，作為對(duì)平地機(jī)加速性能的補(bǔ)充，可以將平地機(jī)原地起步加速到16 km/h所需的時(shí)間對(duì)平地機(jī)的加速性能評(píng)價(jià)進(jìn)行補(bǔ)充。

圖2 速度—時(shí)間變化曲線

2 液力鎖止變矩器技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

2.1 平地機(jī)液力鎖止變矩器指標(biāo)現(xiàn)狀

國(guó)產(chǎn)平地機(jī)傳動(dòng)方式主要是液力傳動(dòng)，動(dòng)力傳遞路線如圖3所示[1]。

圖3 液力傳動(dòng)路線

由于在變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸之間增加了液力變矩器，大大降低了對(duì)換檔技術(shù)的要求以及突變負(fù)載對(duì)變速箱的影響，既實(shí)現(xiàn)了換檔的平順性，滿足了作業(yè)質(zhì)量的要求，也具有一定的載荷自適應(yīng)能力，但液力變矩器的特性決定了平地機(jī)行駛速度可控性較差，且作業(yè)時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)高效區(qū)較窄，影響作業(yè)效率[1]。為了提高液力變矩器高速區(qū)的效率，許多廠商開(kāi)始采用液力鎖止變矩器。目前平地機(jī)液力鎖止變矩器技術(shù)的相關(guān)評(píng)價(jià)還是處于空白，其液力鎖止變矩器的技術(shù)和評(píng)價(jià)出現(xiàn)了斷層。

2.2 液力鎖止變矩器性能指標(biāo)的補(bǔ)充

平地機(jī)采用液力鎖止變矩器，液力變矩器的技術(shù)參數(shù)和閉鎖品質(zhì)指標(biāo)對(duì)于提升平地機(jī)性能具有促進(jìn)作用。

液力變矩器的閉鎖機(jī)構(gòu)是安裝在泵輪與渦輪間的閉鎖離合器。其工作狀態(tài)決定了液力變矩器的3種不同工作狀況，即：液力狀態(tài)、機(jī)械狀態(tài)及機(jī)械液力混合狀態(tài)[3]。液力狀態(tài)是指液力變矩器的閉鎖機(jī)構(gòu)不閉鎖的狀態(tài)；機(jī)械狀態(tài)是指閉鎖機(jī)構(gòu)閉鎖時(shí)的狀態(tài)；而機(jī)械液力混合狀態(tài)則指由液力狀態(tài)向機(jī)械狀態(tài)或由機(jī)械狀態(tài)向液力狀態(tài)過(guò)渡時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)。閉鎖離合器的液壓缸是裝在泵輪殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)缸。在閉鎖過(guò)程中，離合器活塞受到液壓缸內(nèi)工作油壓的作用時(shí)克服變矩器補(bǔ)償油壓使活塞運(yùn)動(dòng)，并將離合器主、被動(dòng)部分壓緊，進(jìn)而閉鎖液力變矩器[3]。

2.2.1 打滑時(shí)間

打滑時(shí)間對(duì)離合器結(jié)合的平穩(wěn)性有顯著影響，但也影響到閉鎖離合器摩擦零件的壽命。打滑時(shí)間越長(zhǎng)，摩擦零件的滑摩功就越大，摩擦零件越易燒毀。所以設(shè)計(jì)打滑時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)。由于渦輪當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同，打滑時(shí)間與排擋有關(guān)，低速擋當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，打滑時(shí)間短；高速擋當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，打滑時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)滿足高速擋的打滑時(shí)間要求，設(shè)計(jì)為不超過(guò)1 s[4].

2.2.2 滑摩功率和滑摩功

在閉鎖過(guò)程中，閉鎖離合器在傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)產(chǎn)生滑摩，最后使主被動(dòng)零件轉(zhuǎn)速相等。在滑摩過(guò)程中，離合器消耗的功稱之為滑摩功。它是反映摩擦零件承受熱應(yīng)力能力的參數(shù)。滑摩功值取決于下列因素：摩擦片的壓力、相對(duì)轉(zhuǎn)速、換擋時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器的轉(zhuǎn)矩變化特性、主被動(dòng)零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、主被動(dòng)零件的阻力矩、摩擦副的摩擦因數(shù)和表面狀態(tài)和潤(rùn)滑強(qiáng)度及油的粘度等。在沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下，滑摩功率、滑摩功分別按下面理論方法計(jì)算

式中：

PC為滑摩功率；

WC為滑摩功；

MC為閉鎖離合器打滑過(guò)程中作用在泵輪上的滑摩力矩（N·m）.

2.2.3 渦輪傳遞的功率

在閉鎖過(guò)程中，渦輪傳遞的功率有兩部分：閉鎖離合器產(chǎn)生的機(jī)械功率Plm和變矩器產(chǎn)生的液力功率Pcm.

式中：

MT為變矩器渦輪轉(zhuǎn)矩（N·M）.

2.2.4 沖擊度或沖擊載荷

沖擊度或沖擊載荷是衡量閉鎖時(shí)結(jié)合平穩(wěn)性好壞的主要參數(shù)，沖擊度或沖擊載荷越小，結(jié)合品質(zhì)越好[4]。沖擊度即角加速度的變化率（δ＝ ε/△t），沖擊載荷指閉鎖過(guò)程中變矩器傳遞轉(zhuǎn)矩所出現(xiàn)的最大值（或最大轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量），一般應(yīng)小于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)系動(dòng)載系數(shù)的乘積。在閉鎖過(guò)程中，變矩器傳遞的轉(zhuǎn)矩為

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)平地機(jī)工況特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，從理論上分析了加速性能、幾何通過(guò)性和液力鎖止變矩器性能特點(diǎn)。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對(duì)平地機(jī)的加速性能，幾何通過(guò)性和液力鎖止變矩器性能指標(biāo)進(jìn)行了補(bǔ)充。

[1]林 濤.液壓機(jī)械傳動(dòng)平地機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

[2]高燕雯.輪式裝載機(jī)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和建模仿真研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2013.

[3]霍曉東，申岳國(guó)，劉 琦，等.液力變矩器閉鎖時(shí)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響的仿真研究[J].工程機(jī)械，2007，38（04）:53-57.

[4]孫旭光，項(xiàng)昌樂(lè).新型牽引—制動(dòng)型液力變矩減速器閉鎖過(guò)程動(dòng)態(tài)性能[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2006，42（S1）:9-15.