申富強(qiáng)等

摘 要：現(xiàn)階段，國(guó)外廠家比如卡特彼勒公司已經(jīng)采用了用戶可以根據(jù)不同的作業(yè)工況來(lái)合理選用合適的功率模式在工作，使用戶大大節(jié)省了柴油的消耗量，創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益。文章重點(diǎn)研究了如何降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)和變矩器的合理匹配，以現(xiàn)場(chǎng)用戶大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)配置低轉(zhuǎn)速裝載機(jī)的省油效果。

關(guān)鍵詞：低轉(zhuǎn)速；發(fā)動(dòng)機(jī)；試驗(yàn)；匹配

中圖分類號(hào)：TH243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）08-0056-02

節(jié)能降噪是現(xiàn)階段裝載機(jī)優(yōu)化的必然趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)國(guó)外各大裝載機(jī)生產(chǎn)商在裝載機(jī)的降低能耗，提高工作效率方面投入了大量的人力物力，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)廠家主要通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器的配置，提升變矩器的有效利用率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等手段來(lái)降低裝載機(jī)在工作過(guò)程中的油耗，在負(fù)荷比較大的工況選用大功率模式，在負(fù)荷比較小的工況選用經(jīng)濟(jì)省油模式來(lái)有效的降低油耗。

1 低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的應(yīng)用目的

當(dāng)今社會(huì)，用戶對(duì)裝載機(jī)的經(jīng)濟(jì)省油性和排放的要求越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放、噪音和省油效果的要求日趨提高。低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)是目前裝載機(jī)行業(yè)的發(fā)展方向，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的工程機(jī)械企業(yè)正在開(kāi)發(fā)或已開(kāi)發(fā)出額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min的低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)。

近兩年，國(guó)內(nèi)工程機(jī)械裝載機(jī)行業(yè)低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)配置在銷量比較大的中型裝載機(jī)上比較普遍，低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：

①發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低使發(fā)動(dòng)機(jī)的工作壽命延長(zhǎng)。

②提高用戶使用的舒適性。

③降低噪音和尾氣排放濃度，減小環(huán)境污染。

④提高動(dòng)力，節(jié)省柴油的消耗量。

2 低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器、變速箱的匹配

2.1 裝載機(jī)生產(chǎn)作業(yè)循環(huán)特性

裝載機(jī)生產(chǎn)作業(yè)循環(huán)特性見(jiàn)表1。

裝載機(jī)用戶在實(shí)際鏟裝循環(huán)作業(yè)過(guò)程中是非常繁忙緊張的，在不同的工況下循環(huán)時(shí)間不同，通常的循環(huán)時(shí)間在30～50 s之間，比如在需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)拿簣?chǎng)工況循環(huán)時(shí)間就會(huì)長(zhǎng)一點(diǎn)，而在短距離的礦山工況循環(huán)時(shí)間會(huì)短一點(diǎn)，在每個(gè)循環(huán)工況的重復(fù)操作下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出響應(yīng)要求是很高的。

2.2 裝載機(jī)配置低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器、變速箱的匹配

2.2.1 裝載機(jī)的動(dòng)力輸出

裝載機(jī)的動(dòng)力輸出分為兩部分：

①傳遞給液壓泵，由液壓泵傳遞給動(dòng)臂油缸和轉(zhuǎn)斗油缸完成動(dòng)力輸出。

②由發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給驅(qū)動(dòng)橋，再由驅(qū)動(dòng)橋傳遞至車輪完成動(dòng)力輸出。

裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在額定點(diǎn)工作，變矩器在高效率區(qū)工作，裝載機(jī)會(huì)發(fā)揮出高效的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

所以如何充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，與變矩器的匹配關(guān)系十分關(guān)鍵。

2.2.2 裝載機(jī)的工作模式

裝載機(jī)工作分為兩種模式：

①裝載機(jī)運(yùn)輸工況，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力全部提供給車輪運(yùn)輸。

②裝載機(jī)鏟裝運(yùn)輸工況，此工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率一大部分提供給裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)工作用于鏟裝物料，余下的功率部分提供給變矩器供車輪運(yùn)輸。

裝載機(jī)在工作過(guò)程中一般是在兩種模式下不停地更換運(yùn)行，所以要使發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器的匹配兼顧這兩種模式，必須根據(jù)裝載機(jī)在不同工況下確定不同的扭矩匹配曲線，通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)找到最佳的扭矩匹配點(diǎn)，以達(dá)到提高動(dòng)力、節(jié)省油耗量的目的。

2.3 典型工況下對(duì)動(dòng)力性能的要求

沙場(chǎng)、煤場(chǎng)、礦山發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分布對(duì)比圖如圖1所示，沙場(chǎng)、煤場(chǎng)、礦山液壓系統(tǒng)壓力分布對(duì)比圖如圖2所示。

2.4 裝載機(jī)低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器匹配問(wèn)題分析

由于國(guó)產(chǎn)變矩器的制造工藝及技術(shù)條件，使得變矩器的能容不高從而吸收功率性能較差，變矩器工作曲線偏右，如圖3所示，運(yùn)輸工況時(shí)，i=0的匹配點(diǎn)在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)（扣除運(yùn)輸工況時(shí)液壓系統(tǒng)消耗扭矩）明顯偏右，未充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，遠(yuǎn)離柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)，油耗比較高，匹配不合理。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

將匹配后裝載機(jī)整機(jī)，在臺(tái)架測(cè)試合格后，將不同配置的試驗(yàn)樣機(jī)在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證：

①試驗(yàn)場(chǎng)理想工況下生產(chǎn)率油耗試驗(yàn)。

②用戶實(shí)際工況生產(chǎn)率油耗試驗(yàn)。

3.1 不同工況下生產(chǎn)率油耗試驗(yàn)

不同工況下生產(chǎn)率油耗試驗(yàn)見(jiàn)表2。

3.2 不同工況下裝載機(jī)循環(huán)作業(yè)特點(diǎn)

不同工況下裝載機(jī)循環(huán)作業(yè)特點(diǎn)見(jiàn)表3。

司機(jī)感受：低轉(zhuǎn)速裝載機(jī)動(dòng)力強(qiáng)勁，有強(qiáng)烈的“推背感”；高低轉(zhuǎn)速裝載機(jī)在操作性方面無(wú)明顯區(qū)別；轉(zhuǎn)向靈活、鏟料時(shí)提動(dòng)臂有力、鏟斗挖掘有力，操作起來(lái)比較輕松。

4 結(jié) 語(yǔ)

高低轉(zhuǎn)速裝載機(jī)通過(guò)不同工況的油耗對(duì)比試驗(yàn)，得出在試驗(yàn)場(chǎng)、井陘礦山和包頭煤場(chǎng)的場(chǎng)地作業(yè)時(shí)配低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的裝載機(jī)的每斗平均油耗相對(duì)于配置高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的裝載機(jī)省油效果較明顯；在成都砂石場(chǎng)作業(yè)時(shí)配低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的裝載機(jī)的每斗平均油耗相對(duì)于配置高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的裝載機(jī)省油效果不太明顯；但兩種機(jī)型在不同工況下的操作舒適性方面無(wú)明顯區(qū)別。通過(guò)在不同工況下的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析得出在不同的工況場(chǎng)地，低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)省油效果也是不同。所以在后續(xù)的試驗(yàn)開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝載機(jī)不同工況的作業(yè)特性，來(lái)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和變矩器匹配，使配置低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)裝載機(jī)的性能更加優(yōu)越、節(jié)約用戶的耗油成本，使用戶和企業(yè)達(dá)到雙贏。

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