工程机械底盘理论课件--牵引性能参数的合理匹配

但是当Mc增至一定程度后，发动机偏离调速特性的程度愈大。于 是，在某一负载程度下可获得最大的平均输出功率。这一最佳负 载程度下的发动机扭矩Mepmax和最大平均输出功率Pemax可以用最佳 扭矩负载系数kz0和最佳功率输出系数kpo来表示：
Mepmax=KzoMeH Pmax=KPoPeH
当发动机的负载程度达到这一最佳值时，发动机的平均输出 功率将随着负载程度的增大而下降，负载程度达到某一极限时， 发动机将不稳定工作。从图中还可以看到，当发动机具有最大输 出功率时，发动机的平均输出比油耗也接近它的最佳值。
第一节 牵引性能
行走机构的牵引效率ηx可以由滚动效率ηf与滑转效率ηδ的 乘积来表示，——履带式行走机构的牵引效率是ηfηδ和ηr三者 的乘积。由于履带驱动段效率，ηr可近似地认为是一常量，所以 为简化讨论起见未予计入，但这并不影响问题讨论的实质。亦即：
x
f
F F Ff
(1 )
（6-3）
Q ＝ f (F KP, v)
第一节 牵引性能
由于在行走机构与地面相互作用中，有效牵引力FKP与实际 行驶速度v之间存在着某种制约关系，即FKP的增大将伴随着v的 下降。因此，在滑转曲线上总可以找到某一工况点，当机器在这 一工况下工作时，牵引力和实际速度两方面因素作用的综合结果 可使机器的生产率达到最大值。这一工况称为行走机构的最大生 产率工况。
第一节 牵引性能
为了实现上述两项要求，最简单的方法是适当地配置发动 机的最大输出功率在行走机构滑转曲线上的位置。正确地配置 这一位置不仅能保证发动机在作业过程中不会强制熄火，而且 还可以利用行走机构的滑转来保护发动机不致于过分超载，从 而保证发动机经常处在调速区段上工作。对于工作阻力急剧变 化的铲土运输机械来说，这一点对发动机动力性和经济性得到 充分的发挥将产生积极的影响。因此，正确地配置发动机的最 大输出功率在行走机构滑转曲线上的位置将是解决牵引性能参 数合理匹配的一个重要问题。
一、机械传动车辆牵引性能参数的计算步骤 二、液力机械传动车辆牵引性能参数的计算步骤
第一节 牵引性能
牵引性能参数是指机器总体参数中，直接影响机器牵引性能的 发动机、传动系、行走机构、工作装置的基本参数。由于牵引性 能是车辆的基本性能，这些参数的确定往也就决定了所设计机器 的基本性能指标。
施工机械在作业时，发动机、传动系、行走机构、工作装置既 相互联系又相互制约。机器的整机性能不仅取决于总成本身的性 能，而且也与各总成间的工作是否协调有着密切的关系。因此， 在机器的总体参数之间存在着相互匹配是否合理的问题。只有正 确地选择发动机、传动系、行走机构、工作装置的参数，并保证 它们之间具有合理的匹配，才能充分发挥各总成本身的性能，从 而使机器获得较高的技术经济指标。
第一节 牵引性能
然而，通过以上讨论，至少可以从定性方面对确定此种匹配 关系提出如下几条指导性的原则：
1.要确定负荷循环在发动机调速特性上的位置时，应该保证 工作循环中可能出现的最大阻力矩不超过发动机的最大输出扭 矩。
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。
d x
f
2Afx
An2
(n
1)
BfBiblioteka n xnB n1 x
d x
(x f )2
当ηx=ηmax时，应满足下列条件：
f
2 Afx
A
2 n
(n
1)
BFv
n x
nBn1 x
=0
（6-7）
由此可求出与ηmax对应的相对牵引力φηxmax和滑转率δηxmax。 这一特征工况称为行走机构的最大牵引效率工况，并可用垂线在滑
当铲土运输机械在粘性的新切土上工作时(铲土运输机械的 典型土质条件)，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。
第一节 牵引性能
具有同样重要意义的是机器生产率与行走机构滑转曲线之 间的关系。
铲土运输机械的生产率是用单位时间所完成的土方作业量 来表示的，显然，作业量的多少与牵引力有直接的关系，而作 业时间则与机器的作业速度有关。因此，机器的生产率Q将是有 效牵引力和实际行驶速度的函数，亦即：
第一节 牵引性能
图6-2是发动机在按推土
机的负荷循环进行模拟
试验时获得的结果。从
图中可以看到，随着发
动机负载程度的增大，
在开始发动机偏离静载
调速特性甚小，发动机
平均输出功率Pe随着平
均阻力矩Mc之增大而增
大。
图6-2 柴油机按推土机负荷循环工作时，发动机
平均输出指标随平均负载程度而变化的情况
第一节 牵引性能
第一节 牵引性能
二、发动机最大输出功率在滑转曲线上的配置
滑转曲线是反映行走机构牵引元件与地面相互作用最基本的 特性曲线，它表示了牵引元件的滑转δ随其输出的牵引力F而变 化的函数关系。——对履带机械或全轮驱动的轮式机械来说，牵 引力F就等于有效牵引力FKP，而对非全轮驱的轮式机械，F与FKP 之间仅相差一数值很小的从动轮滚动阻力，所以滑转曲线也往往 用δ=δ(FKP)的形式来表示。滑转曲线不仅与行走机构本身工作 性能的一些基本指标，如滚动效率、滑转效率、附着能力等有密 切的关系，而且也与机器的牵引效率、有效牵引率、生产率等许 多重要的整机性能指标有关。
式中：F—牵引元件输出的牵引力； Ff—行走机构的滚动阻力。
第一节 牵引性能
从式(6-3)中可以看到，当牵引力F从零开始逐渐增大时，滚
动效率ηf亦将从零逐步变大，然而滑转效率ηδ却由于滑转率的 上升而逐渐减小。从滑转曲线(图6-3)上可以看到，在牵引力逐
步增长的开始阶段，滑转率上升十分缓慢。此时ηf的增长速率大 大超过ηδ的下降速率。因 而行走机构的牵引效率ηx将随 着牵引力的增大而增大。当牵引
如果滑转曲线用下列方程式表示：
A B =
x+
n （6-5） x
式中：A、B、n —与地面条件、行走机构型式和参数有关的常
数，它们可通过对试验测定的滑转曲线进行统计归纳而求得。
将式(6-5)代入式(6-4)可得：
=
x
A
2 x
B
n1 x
x
x f
（6-6）
第一节 牵引性能
对φx求ηx之微商，可得：
第一节 牵引性能
但是，当最大负荷超过发动机的额定扭矩后，由于在负荷循环中 发动机有部分时间在非调速区段上工作，转速急剧起落，调速特 性上平均输出功率的增长速度开始减慢。这样，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。由此可见，在变负荷工况下代表发动机负荷程度的扭矩 载荷系数(发动机曲轴上的平均阻力矩Mc与额定扭矩MeH之比)，必 然存在一最佳值，在此最佳值下，发动机的实际输出功率最大。 如果发动机的负载程度超过其最佳值而继续增长，并使负荷循环 阻力矩的最大值超过发动机的最大扭矩时，发动机的工作将呈现 出不稳定状态。如再进一步增大负荷，则将导致发动机熄火。
工程机械底盘理论课件--
1
第六章 牵引性能参数的合理 匹配
第六章 牵引性能参数的合理匹配目录
2
第一节 牵引性能
一、切线牵引力在发动机调速特性上的配置 二、发动机最大输出功率在滑转曲线上的配置
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和燃料经济性 第四节 牵引性能参数的计算步骤
图6-1 曲轴阻力矩在发动机调速特性上的配置
第一节 牵引性能
很明显，当阻力矩的配置远低于发动机的额定扭矩时，平均 输出功率必然是较低的。这是因为在大部分时间内发动机将在负 载程度很低的情况下工作，所以调速特性上的平均输出功率较低。 如果使阻力矩的配置位置沿着调速区段逐步上升(图6-1)，则调速 特性上的平均输出功率也随之提高。此时发动机在整个负荷循环 中都在调速区段上工作，转速的波动不大(也即减速度和加速度不 大)，因而功率和扭矩偏离调速特性的情况并不显著，实际的平均 输出功率将随着发动机负荷程度的增大而提高。
对连续作业的机械来说，机器的生产率Q可用下式表示：
Q＝1000AV
(m3/h) （6-8）
式中：A—与机器行驶方向垂直的切削截面积(m2)； V—机器的实际行驶速度(km/h)。
第一节 牵引性能
由于切截面积A与有效牵引成正比，即：
A＝
FKP Kb
式中：Kb—切削比阻力(N/m2)。
机器的实际行驶速度可用vT（1－δ）表示。如将A和v之表达式
考虑到牵引力F可以用相对牵引力φx与附着重量Gφ之乘积来 表示，而行走机构的滚动阻力Ff可用fGφ来表示，即：
F=φxGφ , Ff=fGφ
于是式(6-3)可改写成以下形式：
x
＝
x (1 ) x f
φx— 相对牵引力，φx＝f/Gφ；
f— 滚动阻力系数；
δ— 滑转率。
（6-4）
第一节 牵引性能
转曲线上标出图(6-3)。
第一节 牵引性能
由牵引功率的表达式可知：
PKP=PeηBaηmrηx 由ηBa和ηmrηx可近似地认为是常量，因此，如果使Pe和 ηx同时达到最大值，则具有最大值。这就是说，当发动机的最大 输出功率Pemax与行走机构的最大牵引效率ηxmax匹配在一起时，机 器将获得最大有效牵引功率。
力继续增长时，滑转效率的下降
速率，将由于滑转率δ的迅速增
长而变快，而滚动效率的增长速
率则逐步减慢。于是在某一牵引
力下，行走机构的牵引力效率可
出现最大值。当牵引力超过这一
值而继续增大时，ηx将随着牵 引力的增长而下降。当滑转率
达100%时，ηx等于零。
图6-3 行走机构的牵引效率曲线
第一节 牵引性能
第一节 牵引性能
对机械传动的车辆来说，机器的作业是通过发动机、机械 传传动系、行走机构和工作装置的共同工作来完成的。在这种 共同工作的过程中，机器每个总成性能的充分发挥都将受到其 它总成性能的制约，而机器的牵引特性则将以机器外部输出特 性的形式显示出各总成共同工作的最终结果。因此，在选择各 总成的参数时，必须充分注意到它们之间相互的制约关系。这 种制约关系主要反映在切线牵引力与发动机调速特性之间的相 互配置，以及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。下面将着重讨论上述配置关系对各 总成和整机性能的影响，以及如何保证机器牵引性能参数之间 合理匹配的问题。