張　可,李榮光,梁昌水,王　建,范明果

(1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 機(jī)械與控制工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257061; 2.濰柴動(dòng)力股份有限公司,山東 濰坊 261061)

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7 L柴油機(jī)匹配50裝載機(jī)可行性研究

張可1,李榮光2,梁昌水2,王建2,范明果2

(1.中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 機(jī)械與控制工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257061; 2.濰柴動(dòng)力股份有限公司,山東 濰坊 261061)

以車(chē)用某7 L柴油機(jī)為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)匹配此款柴油機(jī)的50裝載機(jī)進(jìn)行路跑、最大牽引力、實(shí)際鏟裝作業(yè)等工況下的路譜分析,驗(yàn)證了該發(fā)動(dòng)機(jī)匹配50裝載機(jī)的可行性,為7 L發(fā)動(dòng)機(jī)匹配50裝載機(jī)提供技術(shù)支持。

柴油機(jī);50裝載機(jī);匹配;可行性

目前國(guó)內(nèi)50裝載機(jī)大多配套10 L排量發(fā)動(dòng)機(jī),主機(jī)廠(chǎng)多以Cummins QSB6.7發(fā)動(dòng)機(jī)作為50裝載機(jī)出口產(chǎn)品的首選動(dòng)力。以某柴油機(jī)廠(chǎng)為例,通過(guò)與10 L排量發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)標(biāo)開(kāi)發(fā)的某7 L發(fā)動(dòng)機(jī)具有扭矩相當(dāng),指標(biāo)先進(jìn)的優(yōu)勢(shì),并且兼顧動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與排放要求,通過(guò)對(duì)其匹配50裝載機(jī)的可行性進(jìn)行深入研究,為國(guó)產(chǎn)7 L發(fā)動(dòng)機(jī)匹配50裝載機(jī)提供指導(dǎo)。

1　路譜對(duì)比分析

國(guó)產(chǎn)7 L柴油機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:六缸一蓋,強(qiáng)度更高;缸心距更小,大大縮短發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度;四氣門(mén)/缸,噴油器中間垂直布置;齒輪室后置,齒輪室與飛輪殼一體;進(jìn)排氣同側(cè),結(jié)構(gòu)緊湊,進(jìn)排氣側(cè)的主要部件有增壓器、空壓機(jī)、起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)[1]。

裝載機(jī)作業(yè)工況非常復(fù)雜,差異性非常大[2],裝載機(jī)用柴油機(jī)合理的動(dòng)力性能匹配應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:充分利用柴油機(jī)的有效功率;發(fā)揮裝載機(jī)的最大生產(chǎn)率;獲得較低的燃油消耗率[3]。根據(jù)裝載機(jī)的實(shí)際工況特點(diǎn),通過(guò)以下幾種工況對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行匹配研究:

(1)路跑。試驗(yàn)車(chē)以最高車(chē)速進(jìn)行路跑。

(2)最大牽引力。試驗(yàn)車(chē)以最低檔位、油門(mén)到底進(jìn)行試驗(yàn),直至變矩器失速,測(cè)試最大牽引力。

(3)V型作業(yè)。試驗(yàn)車(chē)按照V字型路線(xiàn)進(jìn)行實(shí)際作業(yè),分別進(jìn)行鏟裝沙土物料和大石物料試驗(yàn)。

使用專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集設(shè)備對(duì)裝載機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集,通過(guò)讀取ECU數(shù)據(jù)記錄發(fā)動(dòng)機(jī)載荷譜,試驗(yàn)采集參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試參數(shù)

首先對(duì)裝載機(jī)最高車(chē)速工況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布、扭矩、轉(zhuǎn)速和油門(mén)開(kāi)度分布比例如圖1所示。最高車(chē)速路跑工況發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率不高,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高,扭矩多集中在400～600 N·m。

對(duì)裝載機(jī)進(jìn)行鏟裝沙土料工況數(shù)據(jù)采集,此工況下發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布、扭矩、轉(zhuǎn)速、油門(mén)開(kāi)度分布比例如圖2所示。

圖1　最高車(chē)速路跑工況

圖2　鏟裝沙土料工況

從圖2中可以看出，鏟裝沙土料工況下發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率明顯高于最高車(chē)速路跑,發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作在大扭矩點(diǎn)附近,整車(chē)出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,從工況點(diǎn)分布圖分析可知，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩儲(chǔ)備不足。

圖3為在石料廠(chǎng)進(jìn)行鏟裝大石料工況作業(yè),此工況下發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速、油門(mén)開(kāi)度比例分布圖。從圖3可以看出,鏟裝大石料的工況類(lèi)似于鏟裝沙土,發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)多集中于大扭矩附近點(diǎn)。

圖3　鏟裝大石料工況

2　提升扭矩后試驗(yàn)研究

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,某7 L發(fā)動(dòng)機(jī)匹配50裝載機(jī)具備可行性,但整車(chē)存在熄火現(xiàn)象,從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知熄火現(xiàn)象是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)扭矩儲(chǔ)備不足,通過(guò)修改數(shù)據(jù)將發(fā)動(dòng)機(jī)峰值扭矩由904 N·m提升到1 150 N·m,表2為7 L發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩提升前后性能對(duì)比。

再次通過(guò)試驗(yàn)研究扭矩提升對(duì)裝載機(jī)的作業(yè)效率、燃油消耗量等影響。提升扭矩后鏟裝沙土料試驗(yàn)作業(yè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,整車(chē)未出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,在鏟裝沙土工況下,扭矩提升后的7L發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)效率和油耗均優(yōu)于原機(jī)型和所對(duì)標(biāo)的10 L發(fā)動(dòng)機(jī)。

模擬鏟裝大石塊作業(yè)油耗、作業(yè)效率見(jiàn)表4。扭矩提升后單循環(huán)油耗基本不變,但作業(yè)效率提高了,每小時(shí)循環(huán)作業(yè)數(shù)由71個(gè)上升到74個(gè)。

模擬鏟裝小石塊作業(yè)油耗、作業(yè)效率對(duì)比見(jiàn)表5。扭矩提升后,作業(yè)效率提高,油耗基本無(wú)變化。

整車(chē)配有5 t重塊,整車(chē)重量為22 t,最大牽引力試驗(yàn)在試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行,對(duì)原始數(shù)據(jù)整車(chē)進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)拉力計(jì)測(cè)量的最大牽引力為149 kN,通過(guò)傳動(dòng)軸扭矩?fù)Q算最大牽引力為145 kN,提升扭矩后,計(jì)算得整車(chē)最大牽引力166 kN,實(shí)際測(cè)得最大牽引力159 kN,整機(jī)動(dòng)力性合格。

表2　提升扭矩前后發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)比

雙失速狀態(tài)時(shí)整機(jī)轉(zhuǎn)速維持在1 400 r/min,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩為937 N·m,位于大扭矩點(diǎn)附近,試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)未出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,整機(jī)動(dòng)力性合格,雙失速試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表3　鏟裝沙土料對(duì)比數(shù)據(jù)

表4　鏟裝大石塊對(duì)比數(shù)據(jù)

表5　鏟裝小石塊對(duì)比數(shù)據(jù)

表6　雙失速試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3　結(jié)　論

7 L發(fā)動(dòng)機(jī)基本可以滿(mǎn)足50裝載機(jī)的匹配要求,但由于扭矩儲(chǔ)備不足,整車(chē)存在熄火現(xiàn)象,通過(guò)對(duì)7 L發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行扭矩和功率提升,熄火問(wèn)題得到解決,對(duì)比試驗(yàn)顯示其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性比優(yōu)化前有所提升,也高于10 L發(fā)動(dòng)機(jī),因此優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)更適于匹配50裝載機(jī)。提升扭矩后的某7 L柴油機(jī)完全可以達(dá)到50裝載機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的要求,而且本體改變較小,結(jié)構(gòu)緊湊,有利于合理布置機(jī)艙空間,可以作為50裝載機(jī)的動(dòng)力選擇。

[1]孫健.某7 L發(fā)動(dòng)機(jī)系列柴油機(jī)安裝匹配[C].濰柴科技,2004(2):1-2.

[2]張德平.裝載機(jī)的動(dòng)力匹配研究[J].中國(guó)內(nèi)燃機(jī)協(xié)會(huì)燃燒節(jié)能凈化分會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì),2010:59- 64.

[3]湯泓淵.50輪式裝載機(jī)用柴油機(jī)的配套設(shè)計(jì)[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造,2009(1):91-92.

[責(zé)任編輯]劉慶

2016-03-10

張可(1986—)，男，山東東營(yíng)人，中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院機(jī)械工程系助教，碩士，主要從事機(jī)械及金屬材料教學(xué)與研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.010

TK427

A

1673-5935(2016)02- 0030- 04