平地機動力性評價指標研究

張鵬程

（長安大學道路施工技術與設備教育部重點實驗室，陜西 西安710064）

隨著平地機產(chǎn)量的迅速增加，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快，平地機的傳動方式和控制方法正向機電液一體化的的方向發(fā)展。原有的指標很難衡量行業(yè)的發(fā)展水平。本文針對平地機新技術的發(fā)展，及其性能評價指標陳舊的問題，在保證其作業(yè)安全和質(zhì)量的前提下，對平地機的動力性指標進行研究，提出了補充和建議。本文研究分析了平地機液力鎖止變矩器，分析了其閉鎖原理，并提出了影響其性能品質(zhì)的技術參數(shù)，從而確保平地機評價指標能適應國內(nèi)平地機的發(fā)展。

1 加速性能評價

1.1 加速性能分析

加速性能是平地機的重要動力性指標。加速度a不是固定不變的，在車輛加速的過程加速度a是車速v的函數(shù)，如圖1是加速度曲線。由曲線可知，平地機機起步加速過程，啟動力矩是隨著平地機車速v的變化而不斷變化的。通常用平地機原地起步加速時間來評價平地機的加速性能。原地起步加速時間是指平地機由一檔起步，并以最大的加速度（包括最恰當?shù)膿Q檔時間）逐步換到最高檔的最高速度時間[1]。

圖1 加速度曲線

1.2 加速性能指標補充

原地起步加速時間反映了平地機由起步到最高速度的加速時間。實際中，平地機的最高速度用于高速轉場、清除積雪等少數(shù)工況。平地機通常作業(yè)的速度在10 km/h左右[2]。

如圖2所示，這是兩臺平地機的速度—時間變化曲線，從圖中可以看出兩臺平地機的原地起步加速時間相同。但由于它們的加速過程不同，它們加速到最大速度的一半所需的時間也相差甚遠。平地機原地起步通常并不是加速到最高速度，所以原地起步加速時間并不能科學地反映平地機的加速性能。鑒于平地機的作業(yè)速度通常在14~16 km/h處，作為對平地機加速性能的補充，可以將平地機原地起步加速到16 km/h所需的時間對平地機的加速性能評價進行補充。

圖2 速度—時間變化曲線

2 液力鎖止變矩器技術評價指標研究

2.1 平地機液力鎖止變矩器指標現(xiàn)狀

國產(chǎn)平地機傳動方式主要是液力傳動，動力傳遞路線如圖3所示[1]。

圖3 液力傳動路線

由于在變速箱與發(fā)動機輸出軸之間增加了液力變矩器，大大降低了對換檔技術的要求以及突變負載對變速箱的影響，既實現(xiàn)了換檔的平順性，滿足了作業(yè)質(zhì)量的要求，也具有一定的載荷自適應能力，但液力變矩器的特性決定了平地機行駛速度可控性較差，且作業(yè)時傳動系統(tǒng)高效區(qū)較窄，影響作業(yè)效率[1]。為了提高液力變矩器高速區(qū)的效率，許多廠商開始采用液力鎖止變矩器。目前平地機液力鎖止變矩器技術的相關評價還是處于空白，其液力鎖止變矩器的技術和評價出現(xiàn)了斷層。

2.2 液力鎖止變矩器性能指標的補充

平地機采用液力鎖止變矩器，液力變矩器的技術參數(shù)和閉鎖品質(zhì)指標對于提升平地機性能具有促進作用。

液力變矩器的閉鎖機構是安裝在泵輪與渦輪間的閉鎖離合器。其工作狀態(tài)決定了液力變矩器的3種不同工作狀況，即：液力狀態(tài)、機械狀態(tài)及機械液力混合狀態(tài)[3]。液力狀態(tài)是指液力變矩器的閉鎖機構不閉鎖的狀態(tài)；機械狀態(tài)是指閉鎖機構閉鎖時的狀態(tài)；而機械液力混合狀態(tài)則指由液力狀態(tài)向機械狀態(tài)或由機械狀態(tài)向液力狀態(tài)過渡時的過渡狀態(tài)。閉鎖離合器的液壓缸是裝在泵輪殼內(nèi)的旋轉缸。在閉鎖過程中，離合器活塞受到液壓缸內(nèi)工作油壓的作用時克服變矩器補償油壓使活塞運動，并將離合器主、被動部分壓緊，進而閉鎖液力變矩器[3]。

2.2.1 打滑時間

打滑時間對離合器結合的平穩(wěn)性有顯著影響，但也影響到閉鎖離合器摩擦零件的壽命。打滑時間越長，摩擦零件的滑摩功就越大，摩擦零件越易燒毀。所以設計打滑時間不易過長。由于渦輪當量轉動慣量不同，打滑時間與排擋有關，低速擋當量轉動慣量小，打滑時間短；高速擋當量轉動慣量大，打滑時間長，應滿足高速擋的打滑時間要求，設計為不超過1 s[4].

2.2.2 滑摩功率和滑摩功

在閉鎖過程中，閉鎖離合器在傳遞轉矩的同時產(chǎn)生滑摩，最后使主被動零件轉速相等。在滑摩過程中，離合器消耗的功稱之為滑摩功。它是反映摩擦零件承受熱應力能力的參數(shù)?；χ等Q于下列因素：摩擦片的壓力、相對轉速、換擋時間、發(fā)動機和變矩器的轉矩變化特性、主被動零件的轉動慣量、主被動零件的阻力矩、摩擦副的摩擦因數(shù)和表面狀態(tài)和潤滑強度及油的粘度等。在沒有試驗數(shù)據(jù)的條件下，滑摩功率、滑摩功分別按下面理論方法計算

式中：

PC為滑摩功率；

WC為滑摩功；

MC為閉鎖離合器打滑過程中作用在泵輪上的滑摩力矩（N·m）.

2.2.3 渦輪傳遞的功率

在閉鎖過程中，渦輪傳遞的功率有兩部分：閉鎖離合器產(chǎn)生的機械功率Plm和變矩器產(chǎn)生的液力功率Pcm.

式中：

MT為變矩器渦輪轉矩（N·M）.

2.2.4 沖擊度或沖擊載荷

沖擊度或沖擊載荷是衡量閉鎖時結合平穩(wěn)性好壞的主要參數(shù)，沖擊度或沖擊載荷越小，結合品質(zhì)越好[4]。沖擊度即角加速度的變化率（δ＝ ε/△t），沖擊載荷指閉鎖過程中變矩器傳遞轉矩所出現(xiàn)的最大值（或最大轉矩波動量），一般應小于設計轉矩與傳動系動載系數(shù)的乘積。在閉鎖過程中，變矩器傳遞的轉矩為

3 結束語

文章通過平地機工況特點和發(fā)展趨勢，從理論上分析了加速性能、幾何通過性和液力鎖止變矩器性能特點。在現(xiàn)有的基礎上對平地機的加速性能，幾何通過性和液力鎖止變矩器性能指標進行了補充。

[1]林 濤.液壓機械傳動平地機關鍵技術研究[D].西安:長安大學，2012.

[2]高燕雯.輪式裝載機性能評價指標和建模仿真研究[D].西安:長安大學，2013.

[3]霍曉東，申岳國，劉 琦，等.液力變矩器閉鎖時機對傳動系統(tǒng)動態(tài)特性影響的仿真研究[J].工程機械，2007，38（04）:53-57.

[4]孫旭光，項昌樂.新型牽引—制動型液力變矩減速器閉鎖過程動態(tài)性能[J].機械工程學報，2006，42（S1）:9-15.