寧召歌，楊國濤，楊明波，席永利

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261000）

全喂入履帶式谷物收獲機(jī)憑借小巧的機(jī)身、良好的通過性，迅速搶占了小地塊市場。雖然輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)效率在不斷提高，但其使用范圍卻在不斷減小。與此同時，隨著輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)行業(yè)競爭加劇，為了提高競爭力，喂入量高、作業(yè)效率高、一機(jī)多用的縱軸流機(jī)型將成為各主機(jī)廠的重點機(jī)型[1]。

隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)日新月異，小排量發(fā)動機(jī)可以實現(xiàn)較大功率輸出。例如，四缸柴油發(fā)動機(jī)額定點功率可以達(dá)到162 kW，在功率輸出上足以匹配六缸柴油發(fā)動機(jī)。這為國內(nèi)輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)升級提供了便利條件。

1 背景介紹

某縱軸流輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)匹配濰柴四缸柴油發(fā)動機(jī)，在整車適配階段，發(fā)動機(jī)怠速狀態(tài)下主離合結(jié)合時出現(xiàn)了熄火現(xiàn)象。而同一款發(fā)動機(jī)適配橫軸流輪式谷物聯(lián)合收獲機(jī)時并沒有出現(xiàn)該問題。

2 原因分析

從目前國內(nèi)收獲機(jī)行業(yè)來看，各主機(jī)廠在整車工作裝置的結(jié)合上均采用了同樣的方案，即割臺、輸送裝置、脫粒裝置、清選裝置等主要工作部件均通過主離合控制。主離合通過液壓缸控制張緊輪張緊皮帶實現(xiàn)，結(jié)合迅速。整車主離合結(jié)合時，主要工作部件同時旋轉(zhuǎn)。

輪式谷物收獲機(jī)喂入量超過8 kg/s需要采用縱軸流脫離分離技術(shù)，相較于主流的切流滾筒加橫軸流滾筒脫離分離技術(shù)的小麥?zhǔn)斋@機(jī)，縱軸流機(jī)型滾筒更長，清選機(jī)構(gòu)復(fù)雜，整車旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動慣量有了較大的提升。

發(fā)動機(jī)熄火問題的出現(xiàn)是由于整車瞬間加載負(fù)荷過大，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速瞬間下降至熄火轉(zhuǎn)速導(dǎo)致熄火。為了解決該問題，從發(fā)動機(jī)和整車兩個方面分別提出了解決方案。

3 優(yōu)化方案

3.1 發(fā)動機(jī)優(yōu)化方案

通過分析，有以下幾個因素導(dǎo)致整車主離合結(jié)合時發(fā)動機(jī)出現(xiàn)熄火現(xiàn)象：怠速扭矩不足、發(fā)動機(jī)怠速過低、發(fā)動機(jī)響應(yīng)較慢。針對以上3個因素制定對應(yīng)解決方案并分別進(jìn)行了驗證。

3.1.1 提升發(fā)動機(jī)怠速扭矩

通過調(diào)整發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)，將發(fā)動機(jī)怠速時扭矩提高20%，此時在怠速下壓下主離合發(fā)動機(jī)仍出現(xiàn)了熄火現(xiàn)象。得出結(jié)論提升怠速扭矩對怠速下加載熄火影響較小，怠速扭矩過低不是導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熄火的主要原因。

3.1.2 提高發(fā)動機(jī)怠速

發(fā)動機(jī)初始怠速為750 rpm，以50 rpm為間隔提高發(fā)動機(jī)怠速，即750 rpm、800 rpm、850 rpm、900 rpm，采集主離合結(jié)合后發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)，見圖1。

圖1 不同怠速下結(jié)合主離合時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化Fig.1 The change of engine speed in combination with main clutch at different idle speeds

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機(jī)怠速每提高50 rpm，主離合結(jié)合后發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速提升約10 rpm。提升怠速可以提高主離合結(jié)合時發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速，避免熄火。

3.1.3 提高發(fā)動機(jī)響應(yīng)

利用高壓共軌系統(tǒng)精確燃油噴射控制技術(shù)，調(diào)整發(fā)動機(jī)控制參數(shù)，在發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化時主動進(jìn)行噴射，提升發(fā)動機(jī)響應(yīng)速度，具體見圖2。

圖2 調(diào)整發(fā)動機(jī)控制參數(shù)后結(jié)合主離合時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化Fig.2 The change of engine speed in combination with main clutch after adjusting engine control parameters

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，采用該方案后，主離合結(jié)合時發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速提高到300 rpm左右，較提升發(fā)動機(jī)怠速效果更明顯。

假設(shè)在發(fā)動機(jī)響應(yīng)時間t以前，主離合結(jié)合前后遵守動量守恒定律，則整車工作裝置轉(zhuǎn)動慣量越大，結(jié)合后發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越低。提升發(fā)動機(jī)怠速能提高初始動量值，在發(fā)動機(jī)響應(yīng)前，可以保證發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速提升，防止發(fā)動機(jī)熄火。

另外，盡量縮短發(fā)動機(jī)響應(yīng)時間，可以讓發(fā)動機(jī)提升輸出動力，在轉(zhuǎn)速未降低至熄火轉(zhuǎn)速前提升整體的轉(zhuǎn)速。

而提升怠速扭矩在該案例中不屬于關(guān)鍵因素，主要是因為結(jié)合主離合速度較快，發(fā)動機(jī)在短暫的時間內(nèi)無法發(fā)揮出怠速點最大扭矩。

3.2 整車優(yōu)化方案

經(jīng)過前面分析，解決該問題可以盡可能地降低整車工作裝置的轉(zhuǎn)動慣量或者阻力。受限于對聯(lián)合收獲機(jī)了解，提出以下幾個解決方案。

3.2.1 降低旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動慣量

在保證可靠性和抗負(fù)荷突變的前提下，在整車設(shè)計初期要考慮將整車工作部件的轉(zhuǎn)動慣量盡可能降低。

將該收獲機(jī)割臺換為另一種割臺，新割臺附件減少。經(jīng)過測試，切換新割臺后，主離合結(jié)合時發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速達(dá)278 rpm，較原狀態(tài)有較大提升。

3.2.2 工作裝置分時加載

由于聯(lián)合收獲機(jī)工作裝置較多，同時旋轉(zhuǎn)勢必會給發(fā)動機(jī)較大的負(fù)荷。采用分時加載策略可以有效避免負(fù)荷過大，如通過控制邏輯先使脫粒裝置結(jié)合，待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提升至一定轉(zhuǎn)速后，再使清選等工作裝置結(jié)合。

3.2.3 減小工作裝置加載速度

通過控制邏輯，使工作裝置以較小的加速度提升轉(zhuǎn)速。加速度越小，發(fā)動機(jī)的負(fù)荷就越小，能從一定程度上減小對發(fā)動機(jī)的沖擊，避免熄火。

4 總結(jié)

針對輪式谷物收獲機(jī)怠速加載問題，提高發(fā)動機(jī)響應(yīng)、提高發(fā)動機(jī)怠速可以解決發(fā)動機(jī)熄火問題，提高發(fā)動機(jī)響應(yīng)效果最佳。整車方面可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化控制策略來降低發(fā)動機(jī)負(fù)荷。

本次處理該機(jī)型怠速加載熄火問題，本著雙方改動最小、用戶接受程度高的原則，最終采取了提高發(fā)動機(jī)響應(yīng)性的措施。但從長遠(yuǎn)來看，整車與發(fā)動機(jī)要互相配合，在輪式聯(lián)合收獲機(jī)性能提升之初就將怠速加載問題加以考慮，避免后續(xù)改動影響整車可靠性，延長產(chǎn)品使用周期。