XXG3501型非公路自卸車傳動系統的匹配

陳增彬

摘 要：介紹了XXG3501型非公路自卸車傳動系統的匹配選擇與計算

關鍵詞：非公路自卸車；傳動系統；匹配

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.110

0 引言

隨著露天礦山的開采和大型基礎工程的開發，中國礦用車市場的需求近年來穩步增長。2009年11月，廈工重工YW3500-30噸級礦用自卸車順利下線，成為福建地區唯一具有礦山專用重型運輸裝備生產能力的企業。廈工重工YW3500型非公路自卸車已在紫金山金銅礦完成工業性生產試驗，投入小批量生產。目前，該車已經得到紫金山用戶的認可，開始批量裝備。本文著重對YW3500型非公路自卸車的改進型XXG3501的傳動系統的匹配進行選擇與計算分析。

XXG3501與傳統的兩軸式礦用車有所不同，它采用公路車模式的三軸車橋，前后橋均采用礦山專用車橋，單前橋轉向，雙后橋驅動。因此在載荷儲備上往往大于同等噸位的兩軸礦用車。XXG3501的變速箱與發動機直接連接，而非傳統兩軸礦用車的分體式安裝；舉升油缸采用單缸前置式，與兩軸礦用車的雙缸中置式也有所不同；整車行駛平順性、舒適性、制動性等方面好于兩軸礦用車，轉彎半徑略大于兩軸礦用車。

1 XXG3501非公路自卸車傳動系統的選型

1.1 發動機

XXG3501型非公路自卸車需要在礦山路面上行駛，急變載荷頻率高，負載大、經常超載、工作環境惡劣。選型時就要求發動機具有足夠的扭矩儲備系數和較大的剛度。因此，要掌握發動機的外特性曲線；充分了解了發動機的冷卻、潤滑、燃油、進氣、排氣、傳動、調速、啟動等系統的技術性能和安裝要求；明確發動機環保要求和環境適應性；確定發動機制造標準、相應附件如風扇、水泵、啟動馬達、發電機等附件情況。最終選定重汽杭發的非公路用機WD615系列高速柴油機。該機采用國外引進技術，使用可靠，動力性強，起動迅速，維修方便。并且達到了歐Ⅱ（即國家排放標準B階段要求）。選用此款發動機，不僅是因為其成熟的配套，還因為礦山原先使用的發動機與此相似，礦山用戶對此也比較認可。此外，重汽杭發的售后服務網點遍布全國，售后服務非常方便。因此，XXG3501作為YW3500的改進型，為了保持零件的通用性以及方便用戶的管理，發動機仍然選用重汽杭發，功率上升一個階段，達到247Kw（336馬力）。最大扭矩為1350N.m。

1.2 變速箱

為了確保車輛具有良好的動力性和經濟性，使發動機增加在經濟外特性曲線下運行的時間，要求變速器具有足夠的擋位和合理的數比。XXG3501所使用的變速器為法士特從美國引進技術生產的富勒雙中間軸變速器。該變速器采用主副箱組合設計、雙中間軸傳動、主軸和主軸齒輪浮動。速比范圍寬，結構新穎、操縱輕便、扭矩儲備系數大、承載力強，在國內使用非常廣泛。根據匹配計算，XXG3501選擇9擋箱，前進擋最大速比為12.11，不帶超速擋，即最小速比為1。

變速箱與發動機采用一體式安裝，即變速箱上帶有離合器殼，通過離合器殼與發動機飛輪殼連接在一起。變速箱帶有離合器分離撥叉及離合器助力缸安裝支架，安裝撥叉及助力缸都非常方便。變速箱后端采用輔助支撐，增加了變速箱與發動機的穩定性。

1.3 離合器

離合器的匹配主要根據發動機的功率及扭矩。國內同等功率發動機大多使用420推式膜片彈簧離合器。為了適應礦山的超載及頻繁換擋，XXG3501選用430底拉式膜片彈簧離合器。此種離合器傳遞扭矩、摩擦面積均大于420離合器。另外，430離合器的分離軸承采用免維護式，與壓盤總成一起轉動，不存在調整離合器分離軸承與膜片彈簧間隙的問題。而420推式離合器卻需要及時調整分離軸承與膜片彈簧間的自由間隙，一般為3mm。若摩擦片磨損后，沒有及時調整間隙，分離軸承與膜片彈簧長時間貼合，會很快燒壞。另外，膜片彈簧離合器能自動調整分離杠桿與摩擦片間的距離，即在摩擦片磨損后，不需要人工調整分離杠桿，壓盤仍然能夠自動調整，壓緊摩擦片，保證可靠的傳遞扭矩。

1.4 傳動軸

傳動軸種類多樣，按法蘭面可分為平盤連接、端面齒連接、翼型連接等。目前各配套廠廣泛使用端面齒傳動軸。其優點是：安裝方便，傳動可靠，制造成本低。若采用平盤連接，則連接螺栓的數量及強度均有較高要求，安裝工時較多；采用翼型連接，則制造成本相對較高。通過綜合考慮，XXG3501選用汽車中使用最廣泛的端面齒傳動軸。

2 匹配計算

動力性是車輛各種性能中最基本、最重要的性能，也是傳動系統中需要進行匹配計算的內容。動力性的評價指標可分為三個方面：第一，最高車速；第二，加速時間；第三，最大爬坡度。XXG3501為非公路自卸汽車，因此對加速時間沒有特別的要求，在本文中不進行計算。

2.1 最大驅動力

驅動力計算公式為：各擋的凈驅動力Ft=TtqigioηT/r

式中，Tt為作用于驅動輪上的轉矩（即凈輸出扭矩），ig為變速器傳動比，io為主減速比，ηT為系統傳動效率，r為車輪滾動半徑（m）。發動機轉速與輸出扭矩對應值從表1柴油機外特性曲線中可以得出。凈輸出扭矩：扣除了風扇、發電機、空調壓縮機、空氣壓縮機等發動機附屬設備和被驅動部件的損耗約14Kw。

2.2 最高車速

按設計標準，最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或瀝青）上汽車能達到的最高行駛速度（我國規定載質量為滿載）。而XXG3501主要行駛在礦區內崎嶇不平的土路面上。因此計算中路面附著系數設定為土路面。

發動機轉速與行駛速度關系μa=0.377rn/（igio）

式中，μa為汽車行駛速度（Km/h）；n為發動機轉速（r/min）；r為車輪滾動半徑（m）；ig為變速器傳動比；io為主減速器傳動比。

滾動阻力Ff=W×f

式中，W為整車重力，f為滾動阻力系數。車輛額定載重30噸時的滾動阻力：

Ff=49000×9.8×0.03=14406N。可以得出以下結論：

滿載時，滿載最小穩定行駛速度：1.27Km/h，滿載最大行駛速度：48.46Km/h。

2.3 最大爬坡度

通常按變速箱在最低擋，發動機在最高扭矩時計算動力動力因素DⅠmax。計算公式為DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G。此動力因素即可換算為最大爬坡度。

式中，FtⅠmax為最低擋的最大驅動力，FW =CDAμa×μa/21.15為車輛的空氣阻力，G為整車滿載重力，CD為空氣阻力系數（取0.5），A為迎風面積，即車輛在行駛方向的投影面積A=B×Ha（B=輪距，Ha=當量車高）。計算空氣阻力按最高擋最高車速計算，即取最大值。

FW =CDAμa×μa/21.15=0.5×8.2775×48.46×48.46/21.15=459.54N

DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G=（228971-459.54）/480200=0.4759

代入下式

計算可得XXG3501在爬坡擋時的最大爬坡度αmax=26.69°，約50.27%。

經過對XXG3501動力性指標的匹配計算，可以得出XXG3501傳動系統的匹配是合理的，各配套廠技術成熟，整車動力性良好，理論上滿足設計要求的各項技術指標。車輛的動力性還與很多方面有關，如行駛的附著條件與附著率、車輛功率的平衡等等，本文中對XXG3501的動力性也僅僅是計算最大驅動力、最高車速、最大爬坡能力等基本動力特性，因此應用性及針對性強。若需要對整車動力性做出更嚴格的評估，則需要更具體、深入的研究、計算與分析。endprint