張巖，李嘉，郭志平（.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 7003；.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0005）

輕型山地運(yùn)輸車(chē)戰(zhàn)技指標(biāo)方案論證

張巖1，李嘉2，郭志平2
（1.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710032；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

摘 要：該設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)需要在地區(qū)地形復(fù)雜，路況很差的道路運(yùn)輸設(shè)備和物資設(shè)計(jì)的一款山地運(yùn)輸車(chē)的方案論證。在初步確定山地運(yùn)輸車(chē)的總質(zhì)量、最高車(chē)速范圍、最大爬坡度、輪胎規(guī)格的基礎(chǔ)上，首先，根據(jù)提供的原始參數(shù)和數(shù)據(jù)，對(duì)該車(chē)各主要總成進(jìn)行選型，選擇符合實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)。其次，對(duì)山地車(chē)進(jìn)行動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)的匹配，使其既能滿足動(dòng)力性需求，也能滿足經(jīng)濟(jì)性要求，從而完成基礎(chǔ)的方案論證。

關(guān)鍵詞：山地運(yùn)輸車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)選型；數(shù)據(jù)擬合

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.038

CLC NO.: U469.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-104-03

引言

山地運(yùn)輸車(chē)，是指適合能夠適應(yīng)惡劣道路環(huán)境及野外行駛并運(yùn)送緊急較輕物資的運(yùn)輸車(chē),具有一定的越野行駛能力。本次要設(shè)計(jì)的山地運(yùn)輸車(chē)是一種能夠在邊區(qū)、災(zāi)區(qū)等路面狀況差或無(wú)路地區(qū)運(yùn)載較輕緊急物資的運(yùn)輸車(chē)，車(chē)輛爬坡度要求高、適應(yīng)復(fù)雜道路環(huán)境狀況，經(jīng)常需要通過(guò)一些惡劣地帶，能夠到達(dá)一般的運(yùn)輸車(chē)無(wú)法到達(dá)的地區(qū)。綜合以上國(guó)內(nèi)環(huán)境道路的實(shí)際情況，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)國(guó)外的汽車(chē)研發(fā)的科學(xué)水平，以及設(shè)計(jì)中的技術(shù)和實(shí)際要求，輕型山地運(yùn)輸車(chē)的設(shè)計(jì)研發(fā)具有重要的實(shí)際意義和迫切的需求，因此，此次設(shè)計(jì)要充分考慮汽車(chē)的動(dòng)力性、通過(guò)性、經(jīng)濟(jì)性等因素。

山地運(yùn)輸車(chē)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)：（1）運(yùn)輸車(chē)總質(zhì)量：2060kg，越野裝備質(zhì)量：600kg；（2）最高車(chē)速范圍：60-70Km/h；（3）最大爬坡度：100%；（4）輪胎規(guī)格：215/80R16越野輪胎，外徑：0.750m。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax和相應(yīng)轉(zhuǎn)速NP

在實(shí)際工作中，還利用現(xiàn)有汽車(chē)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)初步估計(jì)汽車(chē)比功率來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)有功率。

對(duì)于貨車(chē)，式中第一項(xiàng)的數(shù)值大體一致。式中第二項(xiàng)是克服空氣阻力功率的部分，它隨A/m變化，所以第二項(xiàng)將隨著總質(zhì)量的增加而逐步減少[1]。下圖是貨車(chē)比功率與總質(zhì)量的關(guān)系圖。

由設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)得山地運(yùn)輸車(chē)的總質(zhì)量是2060kg，比功率在15-23kw/t，由比功率公式（1）得Pe為41.2kw。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應(yīng)轉(zhuǎn)速nT

（4）規(guī)?；l(fā)展用地難仍然存在。土地作為一種資源，越來(lái)越緊缺，由于耕地保護(hù)政策和禁養(yǎng)區(qū)限養(yǎng)區(qū)劃定，使養(yǎng)殖用地進(jìn)一步的縮減，未來(lái)不僅面臨養(yǎng)殖人員的問(wèn)題，更要解決養(yǎng)殖場(chǎng)地的問(wèn)題。

根據(jù)公式（2-2）計(jì)算確定Temax

式中，α為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，在1.1~1.3之間由發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax和相應(yīng)轉(zhuǎn)速NP和最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應(yīng)轉(zhuǎn)速選擇型號(hào)為V1505-T發(fā)動(dòng)機(jī)。

2、汽車(chē)變速器的傳動(dòng)比的選擇

2.1 變速器最小傳動(dòng)比的選擇

傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系中各部件傳動(dòng)比的乘積，即最小傳動(dòng)比過(guò)小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性不好，容易出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)。但最小傳動(dòng)比過(guò)大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性就會(huì)不好，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲過(guò)大。所以最小傳動(dòng)比的選擇應(yīng)該兼顧動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。所以山地運(yùn)輸車(chē)的變速器最小傳動(dòng)比為1。

2.2 變速器最大傳動(dòng)比的選擇

確定最大傳動(dòng)比時(shí)，需要考慮三個(gè)方面的問(wèn)題：最大爬坡度、附著率及汽車(chē)最低穩(wěn)定車(chē)速。對(duì)于普通汽車(chē)來(lái)說(shuō)，傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比itmax是變速器1檔傳動(dòng)比ig1與主減速器傳動(dòng)比io的乘積。當(dāng)汽車(chē)爬坡時(shí)，車(chē)速相對(duì)較低，同時(shí)可以忽略空氣的阻力，因此汽車(chē)的最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)如下計(jì)算：

式中：imax為最大爬坡度，imax=45度

由設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)得山地運(yùn)輸車(chē)的Ttqmax。在進(jìn)行動(dòng)力性分析時(shí)，無(wú)試驗(yàn)得到準(zhǔn)確滾動(dòng)阻力系數(shù)值，可用經(jīng)驗(yàn)公式大致估算。

α=45%，輪胎外徑：0.750m，r=0.750m；傳動(dòng)效率取0.82-0.85。

最大傳動(dòng)比確定后，還應(yīng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪的附著率，檢查附著條件是否滿足上坡或者加速的要求。

綜上所述，汽車(chē)變速器最高檔的傳動(dòng)比為3.84。

2.3 變速器傳動(dòng)比的選擇

在選定汽車(chē)的最小傳動(dòng)比imin、最大傳動(dòng)比imax及傳動(dòng)系的檔位數(shù)后，應(yīng)當(dāng)確定中間各檔的傳動(dòng)比。實(shí)際上，汽車(chē)傳動(dòng)系各檔位的傳動(dòng)比大體上是按照等比級(jí)數(shù)分配的。

令公比為q，則q3=3.84所以q=1.566。最后四個(gè)檔位的傳動(dòng)比為i1= 3.84，i2=2.45，i3=1.566，i4=1。

3、汽車(chē)動(dòng)力性及燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

3.1 運(yùn)用matlab繪制發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖

運(yùn)用表中各數(shù)據(jù)用matlab軟件polyfit工具擬合發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力各檔位F與車(chē)速v的關(guān)系式繪制發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖。

圖上所示為I、II、III、IV檔位驅(qū)動(dòng)力與速度的關(guān)系圖，點(diǎn)劃線表示的為爬坡檔位的驅(qū)動(dòng)力與速度的關(guān)系。圖中紅線為行駛阻力與車(chē)速的關(guān)系線，紅線與IV檔相交時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力達(dá)到了平衡，此時(shí)汽車(chē)的車(chē)速最高，最高車(chē)速約為67m/s。

3.2 汽車(chē)通過(guò)性的驗(yàn)證

由于不同行駛路面滾動(dòng)阻力系數(shù)對(duì)汽車(chē)的通過(guò)性由一定的影響，現(xiàn)通過(guò)取用不同路面的滾動(dòng)阻力系數(shù)，對(duì)汽車(chē)行駛時(shí)阻力與行駛車(chē)速及檔位進(jìn)行驗(yàn)證。在不同滾動(dòng)阻力系數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力各檔位F與車(chē)速v的關(guān)系式繪制不同滾動(dòng)阻力系數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖。

圖上所示為I、II、III、IV檔位驅(qū)動(dòng)力與速度的關(guān)系圖，點(diǎn)劃線表示的為爬坡檔位的驅(qū)動(dòng)力與速度的關(guān)系。圖中紅線為不同滾動(dòng)阻力系數(shù)與行駛阻力與車(chē)速的關(guān)系線。由下向上分別為f=0.01，f=0.03，f=0.05，f=0.07，f=0.10的行駛阻力與車(chē)速的關(guān)系曲線。

3.3 汽車(chē)爬坡性的驗(yàn)證

由于山地運(yùn)輸車(chē)多運(yùn)行在西藏、貴州等偏遠(yuǎn)地區(qū)，對(duì)汽車(chē)的爬坡性能要求較高，現(xiàn)通過(guò)取用不同路面的爬坡度，對(duì)汽車(chē)行駛時(shí)爬坡能力進(jìn)行驗(yàn)證。不同爬坡度，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力各檔位F與車(chē)速v的關(guān)系式繪制驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖。

圖5所示為I、II、III、IV檔位驅(qū)動(dòng)力與速度的關(guān)系圖。圖中紅線為不同滾動(dòng)阻力系數(shù)與行駛阻力與車(chē)速的關(guān)系線。由下向上分別為i=0%，i=20%，i=40%，i=60%，i=80%，i=100%的行駛阻力與車(chē)速的關(guān)系曲線。當(dāng)i=100%時(shí)，紅線與爬坡檔曲線有交點(diǎn)，交點(diǎn)橫坐標(biāo)約為31m/s，所以所選發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性符合設(shè)計(jì)要求的爬坡度100%。

4、結(jié)論

本文是對(duì)復(fù)雜路況設(shè)計(jì)的一款輕型山地運(yùn)輸車(chē)的方案論證。根據(jù)車(chē)輛提供的原始參數(shù)和數(shù)據(jù)，為山地運(yùn)輸車(chē)選擇V1505—T型發(fā)動(dòng)機(jī),并根據(jù)V1505—T型發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖，繪制驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖，利用直觀的圖例證明輕型山地運(yùn)輸車(chē)的動(dòng)力性，突出山地車(chē)良好的動(dòng)力性，爬坡性。發(fā)動(dòng)機(jī)能夠保證山地運(yùn)輸車(chē)的動(dòng)力性，在此基礎(chǔ)上，兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性。

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The Demonstration Program of Light Mountain Truck Tactical Technical Index

Zhang Yan1,Li Jia2,Guo Zhiping2
( 1.Xi'an Vocational and Technical College, Shaanxi Xi’an 710032; 2. Mechanical College of Inner Mongolia University, Mongolia Hohhot 010051 )

Abstract:The design task is in the area with complex terrain, poor road conditions road transport equipment and supplies designed a mountain truck demonstration program. In the preliminary determination of the total mass of the mountain truck, top speed range, the maximum gradeability, tire size, first, according to the original parameters and the data provided by the major assembly on the car selection, choose realistic engine . Secondly, the bike be dynamic and economic analysis, adjusted to match the engine and drive train parameters, it can meet the power demand, but also to meet the economic requirements, thus completing the basic demonstration program.

Keywords:Mountain transport vehicle; Engine selection; Data fitting

作者簡(jiǎn)介：張巖，助教，就職于西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)性能及其與車(chē)輛匹配技術(shù)。

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2015)10-104-03