7 L柴油机匹配50装载机可行性研究

张　可,李荣光,梁昌水,王　建,范明果

(1.中国石油大学胜利学院 机械与控制工程学院,山东 东营 257061; 2.潍柴动力股份有限公司,山东 潍坊 261061)



7 L柴油机匹配50装载机可行性研究

张可1,李荣光2,梁昌水2,王建2,范明果2

(1.中国石油大学胜利学院 机械与控制工程学院,山东 东营 257061; 2.潍柴动力股份有限公司,山东 潍坊 261061)

以车用某7 L柴油机为研究对象,通过对匹配此款柴油机的50装载机进行路跑、最大牵引力、实际铲装作业等工况下的路谱分析,验证了该发动机匹配50装载机的可行性,为7 L发动机匹配50装载机提供技术支持。

柴油机;50装载机;匹配;可行性

目前国内50装载机大多配套10 L排量发动机,主机厂多以Cummins QSB6.7发动机作为50装载机出口产品的首选动力。以某柴油机厂为例,通过与10 L排量发动机对标开发的某7 L发动机具有扭矩相当,指标先进的优势,并且兼顾动力性、经济性与排放要求,通过对其匹配50装载机的可行性进行深入研究,为国产7 L发动机匹配50装载机提供指导。

1　路谱对比分析

国产7 L柴油机主要结构特点为:六缸一盖,强度更高;缸心距更小,大大缩短发动机长度;四气门/缸,喷油器中间垂直布置;齿轮室后置,齿轮室与飞轮壳一体;进排气同侧,结构紧凑,进排气侧的主要部件有增压器、空压机、起动机、发电机[1]。

装载机作业工况非常复杂,差异性非常大[2],装载机用柴油机合理的动力性能匹配应满足以下要求:充分利用柴油机的有效功率;发挥装载机的最大生产率;获得较低的燃油消耗率[3]。根据装载机的实际工况特点,通过以下几种工况对装载机进行匹配研究:

(1)路跑。试验车以最高车速进行路跑。

(2)最大牵引力。试验车以最低档位、油门到底进行试验,直至变矩器失速,测试最大牵引力。

(3)V型作业。试验车按照V字型路线进行实际作业,分别进行铲装沙土物料和大石物料试验。

使用专用数据采集设备对装载机的相关参数进行采集,通过读取ECU数据记录发动机载荷谱,试验采集参数见表1。

表1　发动机测试参数

首先对装载机最高车速工况进行数据采集,发动机工作点分布、扭矩、转速和油门开度分布比例如图1所示。最高车速路跑工况发动机负荷率不高,发动机转速较高,扭矩多集中在400～600 N·m。

对装载机进行铲装沙土料工况数据采集,此工况下发动机工作点分布、扭矩、转速、油门开度分布比例如图2所示。

图1　最高车速路跑工况

图2　铲装沙土料工况

从图2中可以看出，铲装沙土料工况下发动机负荷率明显高于最高车速路跑,发动机主要工作在大扭矩点附近,整车出现熄火现象,从工况点分布图分析可知，发动机扭矩储备不足。

图3为在石料厂进行铲装大石料工况作业,此工况下发动机扭矩、转速、油门开度比例分布图。从图3可以看出,铲装大石料的工况类似于铲装沙土,发动机工作点多集中于大扭矩附近点。

图3　铲装大石料工况

2　提升扭矩后试验研究

通过对试验数据分析,某7 L发动机匹配50装载机具备可行性,但整车存在熄火现象,从试验数据分析可知熄火现象是因为发动机扭矩储备不足,通过修改数据将发动机峰值扭矩由904 N·m提升到1 150 N·m,表2为7 L发动机扭矩提升前后性能对比。

再次通过试验研究扭矩提升对装载机的作业效率、燃油消耗量等影响。提升扭矩后铲装沙土料试验作业数据见表3,整车未出现熄火现象,在铲装沙土工况下,扭矩提升后的7L发动机作业效率和油耗均优于原机型和所对标的10 L发动机。

模拟铲装大石块作业油耗、作业效率见表4。扭矩提升后单循环油耗基本不变,但作业效率提高了,每小时循环作业数由71个上升到74个。

模拟铲装小石块作业油耗、作业效率对比见表5。扭矩提升后,作业效率提高,油耗基本无变化。

整车配有5 t重块,整车重量为22 t,最大牵引力试验在试验场进行,对原始数据整车进行测试,通过拉力计测量的最大牵引力为149 kN,通过传动轴扭矩换算最大牵引力为145 kN,提升扭矩后,计算得整车最大牵引力166 kN,实际测得最大牵引力159 kN,整机动力性合格。

表2　提升扭矩前后发动机性能对比

双失速状态时整机转速维持在1 400 r/min,发动机输出扭矩为937 N·m,位于大扭矩点附近,试验过程中发动机未出现熄火现象,整机动力性合格,双失速试验数据见表6。

表3　铲装沙土料对比数据

表4　铲装大石块对比数据

表5　铲装小石块对比数据

表6　双失速试验数据

3　结　论

7 L发动机基本可以满足50装载机的匹配要求,但由于扭矩储备不足,整车存在熄火现象,通过对7 L发动机进行扭矩和功率提升,熄火问题得到解决,对比试验显示其动力性、经济性比优化前有所提升,也高于10 L发动机,因此优化后的发动机更适于匹配50装载机。提升扭矩后的某7 L柴油机完全可以达到50装载机对发动机各项参数的要求,而且本体改变较小,结构紧凑,有利于合理布置机舱空间,可以作为50装载机的动力选择。

[1]孙健.某7 L发动机系列柴油机安装匹配[C].潍柴科技,2004(2):1-2.

[2]张德平.装载机的动力匹配研究[J].中国内燃机协会燃烧节能净化分会2010年学术年会,2010:59- 64.

[3]汤泓渊.50轮式装载机用柴油机的配套设计[J].柴油机设计与制造,2009(1):91-92.

[责任编辑]刘庆

2016-03-10

张可(1986—)，男，山东东营人，中国石油大学胜利学院机械工程系助教，硕士，主要从事机械及金属材料教学与研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.010

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