汽車(chē)起重機(jī)動(dòng)力裝置的匹配研究

黃心順，季運(yùn)濤

(安徽柳工起重機(jī)有限公司，安徽 蚌埠 233000)

汽車(chē)起重機(jī)的動(dòng)力性是指在路況良好的路面上直線行駛時(shí)，由汽車(chē)受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。動(dòng)力性是汽車(chē)起重機(jī)各重性能中最基本、最重要的性能。動(dòng)力性的由最高車(chē)速、最大爬坡度和加速時(shí)間等33 個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。

汽車(chē)起重機(jī)動(dòng)力裝置的匹配，主要是動(dòng)力裝置參數(shù)的選擇匹配。包括選定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、變速箱速比、車(chē)橋速比以及車(chē)輪的滾動(dòng)半徑。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率選擇一般通過(guò)預(yù)期的最高車(chē)速、最大爬坡度初步選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)有功率。根據(jù)預(yù)期的最高車(chē)速和爬坡度、發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)、輪胎滾動(dòng)半徑以及整機(jī)重量初步選定傳動(dòng)系的最小和最大傳動(dòng)比。

1 動(dòng)力裝置匹配方案

汽車(chē)起重機(jī)的動(dòng)力裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸、貫通驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)橋、驅(qū)動(dòng)車(chē)輪組成,如圖1 所示。發(fā)動(dòng)機(jī)為整車(chē)的動(dòng)力源，輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，變速箱可改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，適應(yīng)變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等。驅(qū)動(dòng)橋的車(chē)橋速比為減速增矩的作用，提高驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力作用；驅(qū)動(dòng)車(chē)輪將動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)扭矩作用于地面，產(chǎn)生整車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。表1 為原動(dòng)力裝置方案，表2 為改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案。

圖1 汽車(chē)起重機(jī)動(dòng)力裝置布置圖

表1 原動(dòng)力裝置方案

表2 改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案

由表1、表2 對(duì)比可見(jiàn)，改進(jìn)后的動(dòng)力裝置方案發(fā)動(dòng)機(jī)功率、額定扭矩提升，額定轉(zhuǎn)速降低，即采用低速大扭矩的發(fā)動(dòng)機(jī)；變速箱采用帶有超速擋的變速箱，檔位數(shù)9 不變；車(chē)橋速比減小、最大驅(qū)動(dòng)扭矩減小，即采用小速比和小規(guī)格主減的車(chē)橋；驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用小滾動(dòng)半徑，承載基本相當(dāng)?shù)膶捇喬?。以上?dòng)力裝置的參數(shù)的確定，需要?jiǎng)恿π云ヅ溆?jì)算、相關(guān)校核和成本分析確定方案的合理性。

2 匹配計(jì)算

2.1 車(chē)速計(jì)算

由汽車(chē)?yán)碚撝R(shí)，汽車(chē)車(chē)速的計(jì)算由式(1)確定

式中 n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；

ig——變速器各擋速比；

i0——驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比；

r——輪胎滾動(dòng)半徑。

帶入表1、表2 參數(shù)數(shù)據(jù)，取發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速、變速箱的最高擋速比帶入上式，可以得到原動(dòng)力裝置方案最高車(chē)速為86km/h；改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案最高車(chē)速為91km/h?？梢?jiàn)改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案的最高車(chē)速大，動(dòng)力性能強(qiáng)。

2.2 爬坡度計(jì)算

由汽車(chē)?yán)碚撝R(shí)，汽車(chē)爬坡度的計(jì)算由式(2)確定

式中 D——汽車(chē)的動(dòng)力因數(shù)；

F1——驅(qū)動(dòng)力；

Fw——空氣阻力；

m——整機(jī)重量；

g——重力加速度；

f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，可 按f=0.0076+0.000056V 確定。

帶入表1、表2 參數(shù)數(shù)據(jù)，取發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩、變速箱的最低擋速比帶入上式，可以得到原動(dòng)力裝置方案最大爬坡度為34.7%；改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案最大爬坡度為36.2%?？梢?jiàn)改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案的最大爬坡度大，動(dòng)力性能強(qiáng)。

2.3 加速時(shí)間

由汽車(chē)?yán)碚撝R(shí)，汽車(chē)加速時(shí)間t 的計(jì)算由式(3)確定

式中 u——汽車(chē)加速到的車(chē)速，取u=40km/h；

umin——最小穩(wěn)定車(chē)速，umin=5km/h；

a——整車(chē)的加速度。

帶入數(shù)據(jù)得到，原動(dòng)力動(dòng)力裝置方案加速時(shí)間為75s,改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案加速時(shí)間為70s,可見(jiàn)改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案的加速時(shí)間短，動(dòng)力性能強(qiáng)。

2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)校核

變速箱A、變速箱B 的額定輸入扭矩均為1 190Nm，額定輸入轉(zhuǎn)速為2 600r/min；由表1、表2 參數(shù)均能滿(mǎn)足中發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速要求。

單根驅(qū)動(dòng)車(chē)橋最大輸出扭矩Tq

Tq=0.5Teig1i0h

Te——發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩；

ig1——變速箱的1 擋速比；

h——傳動(dòng)系統(tǒng)的總效率，h=0.85。

帶入表1、表2 中的技術(shù)參數(shù)，可以得到原動(dòng)力裝置方案單根驅(qū)動(dòng)車(chē)橋最大輸出扭矩為31 131Nm，遠(yuǎn)小于驅(qū)動(dòng)橋A 最大驅(qū)動(dòng)扭矩40 000Nm 的要求；改進(jìn)后動(dòng)力裝置方案單根驅(qū)動(dòng)車(chē)橋最大輸出扭矩為31 049Nm，小于驅(qū)動(dòng)橋B 最大驅(qū)動(dòng)扭矩32 000Nm 的要求的參數(shù)要求。可見(jiàn)兩種方案，驅(qū)動(dòng)車(chē)橋均能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)最大驅(qū)動(dòng)扭矩要求。

2.5 成本分析

表3 為改進(jìn)前后動(dòng)力裝置方案價(jià)格。

表3 改進(jìn)前后成本分析 （單位：萬(wàn)元）

由表3 分析結(jié)果可見(jiàn)，通過(guò)重新匹配動(dòng)力裝置，選擇低速大扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)、超速擋變速箱、小規(guī)格速比的車(chē)橋和小滾動(dòng)半徑的寬基輪胎，每臺(tái)汽車(chē)起重機(jī)可以節(jié)約成本0.586 萬(wàn)元，按年產(chǎn)3 000臺(tái)汽車(chē)起重機(jī)計(jì)算，可節(jié)約成本約1 758 萬(wàn)元/年。

3 總結(jié)

由以上分析可見(jiàn)，通過(guò)重新匹配動(dòng)力裝置，選擇低速大扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)，超速擋變速箱、小規(guī)格和速比的車(chē)橋和小滾動(dòng)半徑的寬基輪胎的匹配方案可在大幅節(jié)約成本的前提下，有效地提高動(dòng)力性能，可見(jiàn)本文所闡述的動(dòng)力裝置的匹配方案具有很高的應(yīng)用價(jià)值。