汽车起重机动力装置的匹配研究

2020-08-15黄心顺季运涛

建筑机械化 2020年7期

黄心顺，季运涛

(安徽柳工起重机有限公司，安徽蚌埠 233000)

汽车起重机的动力性是指在路况良好的路面上直线行驶时，由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。动力性是汽车起重机各重性能中最基本、最重要的性能。动力性的由最高车速、最大爬坡度和加速时间等33 个指标来评价。

汽车起重机动力装置的匹配，主要是动力装置参数的选择匹配。包括选定发动机的功率、变速箱速比、车桥速比以及车轮的滚动半径。发动机的功率选择一般通过预期的最高车速、最大爬坡度初步选择发动机的应有功率。根据预期的最高车速和爬坡度、发动机外特性参数、轮胎滚动半径以及整机重量初步选定传动系的最小和最大传动比。

1 动力装置匹配方案

汽车起重机的动力装置由发动机、变速箱、传动轴、贯通驱动桥、驱动桥、驱动车轮组成,如图1 所示。发动机为整车的动力源，输出驱动动力，变速箱可改变传动比，扩大驱动车轮的转矩和转速的变化范围，适应变化的行驶条件，如起步、加速、上坡等。驱动桥的车桥速比为减速增矩的作用，提高驱动车轮的驱动力作用；驱动车轮将动力装置的驱动扭矩作用于地面，产生整车的驱动力。表1 为原动力装置方案，表2 为改进后动力装置方案。

图1 汽车起重机动力装置布置图

表1 原动力装置方案

表2 改进后动力装置方案

由表1、表2 对比可见，改进后的动力装置方案发动机功率、额定扭矩提升，额定转速降低，即采用低速大扭矩的发动机；变速箱采用带有超速挡的变速箱，档位数9 不变；车桥速比减小、最大驱动扭矩减小，即采用小速比和小规格主减的车桥；驱动车轮采用小滚动半径，承载基本相当的宽基轮胎。以上动力装置的参数的确定，需要动力性匹配计算、相关校核和成本分析确定方案的合理性。

2 匹配计算

2.1 车速计算

由汽车理论知识，汽车车速的计算由式(1)确定

式中 n——发动机转速，r/min；

ig——变速器各挡速比；

i0——驱动桥传动比；

r——轮胎滚动半径。

带入表1、表2 参数数据，取发动机额定转速、变速箱的最高挡速比带入上式，可以得到原动力装置方案最高车速为86km/h；改进后动力装置方案最高车速为91km/h。可见改进后动力装置方案的最高车速大，动力性能强。

2.2 爬坡度计算

由汽车理论知识，汽车爬坡度的计算由式(2)确定

式中 D——汽车的动力因数；

F1——驱动力；

Fw——空气阻力；

m——整机重量；

g——重力加速度；

f——滚动阻力系数，可按f=0.0076+0.000056V 确定。

带入表1、表2 参数数据，取发动机额定扭矩、变速箱的最低挡速比带入上式，可以得到原动力装置方案最大爬坡度为34.7%；改进后动力装置方案最大爬坡度为36.2%。可见改进后动力装置方案的最大爬坡度大，动力性能强。

2.3 加速时间

由汽车理论知识，汽车加速时间t 的计算由式(3)确定

式中 u——汽车加速到的车速，取u=40km/h；

umin——最小稳定车速，umin=5km/h；

a——整车的加速度。

带入数据得到，原动力动力装置方案加速时间为75s,改进后动力装置方案加速时间为70s,可见改进后动力装置方案的加速时间短，动力性能强。

2.4 传动系统校核

变速箱A、变速箱B 的额定输入扭矩均为1 190Nm，额定输入转速为2 600r/min；由表1、表2 参数均能满足中发动机输出的扭矩和转速要求。

单根驱动车桥最大输出扭矩Tq

Tq=0.5Teig1i0h

Te——发动机额定扭矩；

ig1——变速箱的1 挡速比；

h——传动系统的总效率，h=0.85。

带入表1、表2 中的技术参数，可以得到原动力装置方案单根驱动车桥最大输出扭矩为31 131Nm，远小于驱动桥A 最大驱动扭矩40 000Nm 的要求；改进后动力装置方案单根驱动车桥最大输出扭矩为31 049Nm，小于驱动桥B 最大驱动扭矩32 000Nm 的要求的参数要求。可见两种方案，驱动车桥均能够满足系统最大驱动扭矩要求。