7 L柴油機匹配50裝載機可行性研究

張　可,李榮光,梁昌水,王　建,范明果

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

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7 L柴油機匹配50裝載機可行性研究

張可1,李榮光2,梁昌水2,王建2,范明果2

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

以車用某7 L柴油機為研究對象,通過對匹配此款柴油機的50裝載機進行路跑、最大牽引力、實際鏟裝作業(yè)等工況下的路譜分析,驗證了該發(fā)動機匹配50裝載機的可行性,為7 L發(fā)動機匹配50裝載機提供技術(shù)支持。

柴油機;50裝載機;匹配;可行性

目前國內(nèi)50裝載機大多配套10 L排量發(fā)動機,主機廠多以Cummins QSB6.7發(fā)動機作為50裝載機出口產(chǎn)品的首選動力。以某柴油機廠為例,通過與10 L排量發(fā)動機對標(biāo)開發(fā)的某7 L發(fā)動機具有扭矩相當(dāng),指標(biāo)先進的優(yōu)勢,并且兼顧動力性、經(jīng)濟性與排放要求,通過對其匹配50裝載機的可行性進行深入研究,為國產(chǎn)7 L發(fā)動機匹配50裝載機提供指導(dǎo)。

1　路譜對比分析

國產(chǎn)7 L柴油機主要結(jié)構(gòu)特點為:六缸一蓋,強度更高;缸心距更小,大大縮短發(fā)動機長度;四氣門/缸,噴油器中間垂直布置;齒輪室后置,齒輪室與飛輪殼一體;進排氣同側(cè),結(jié)構(gòu)緊湊,進排氣側(cè)的主要部件有增壓器、空壓機、起動機、發(fā)電機[1]。

裝載機作業(yè)工況非常復(fù)雜,差異性非常大[2],裝載機用柴油機合理的動力性能匹配應(yīng)滿足以下要求:充分利用柴油機的有效功率;發(fā)揮裝載機的最大生產(chǎn)率;獲得較低的燃油消耗率[3]。根據(jù)裝載機的實際工況特點,通過以下幾種工況對裝載機進行匹配研究:

(1)路跑。試驗車以最高車速進行路跑。

(2)最大牽引力。試驗車以最低檔位、油門到底進行試驗,直至變矩器失速,測試最大牽引力。

(3)V型作業(yè)。試驗車按照V字型路線進行實際作業(yè),分別進行鏟裝沙土物料和大石物料試驗。

使用專用數(shù)據(jù)采集設(shè)備對裝載機的相關(guān)參數(shù)進行采集,通過讀取ECU數(shù)據(jù)記錄發(fā)動機載荷譜,試驗采集參數(shù)見表1。

表1　發(fā)動機測試參數(shù)

首先對裝載機最高車速工況進行數(shù)據(jù)采集,發(fā)動機工作點分布、扭矩、轉(zhuǎn)速和油門開度分布比例如圖1所示。最高車速路跑工況發(fā)動機負荷率不高,發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高,扭矩多集中在400～600 N·m。

對裝載機進行鏟裝沙土料工況數(shù)據(jù)采集,此工況下發(fā)動機工作點分布、扭矩、轉(zhuǎn)速、油門開度分布比例如圖2所示。

圖1　最高車速路跑工況

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)動機負荷率明顯高于最高車速路跑,發(fā)動機主要工作在大扭矩點附近,整車出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,從工況點分布圖分析可知，發(fā)動機扭矩儲備不足。

圖3為在石料廠進行鏟裝大石料工況作業(yè),此工況下發(fā)動機扭矩、轉(zhuǎn)速、油門開度比例分布圖。從圖3可以看出,鏟裝大石料的工況類似于鏟裝沙土,發(fā)動機工作點多集中于大扭矩附近點。

圖3　鏟裝大石料工況

2　提升扭矩后試驗研究

通過對試驗數(shù)據(jù)分析,某7 L發(fā)動機匹配50裝載機具備可行性,但整車存在熄火現(xiàn)象,從試驗數(shù)據(jù)分析可知熄火現(xiàn)象是因為發(fā)動機扭矩儲備不足,通過修改數(shù)據(jù)將發(fā)動機峰值扭矩由904 N·m提升到1 150 N·m,表2為7 L發(fā)動機扭矩提升前后性能對比。

再次通過試驗研究扭矩提升對裝載機的作業(yè)效率、燃油消耗量等影響。提升扭矩后鏟裝沙土料試驗作業(yè)數(shù)據(jù)見表3,整車未出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,在鏟裝沙土工況下,扭矩提升后的7L發(fā)動機作業(yè)效率和油耗均優(yōu)于原機型和所對標(biāo)的10 L發(fā)動機。

模擬鏟裝大石塊作業(yè)油耗、作業(yè)效率見表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,每小時循環(huán)作業(yè)數(shù)由71個上升到74個。

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

整車配有5 t重塊,整車重量為22 t,最大牽引力試驗在試驗場進行,對原始數(shù)據(jù)整車進行測試,通過拉力計測量的最大牽引力為149 kN,通過傳動軸扭矩換算最大牽引力為145 kN,提升扭矩后,計算得整車最大牽引力166 kN,實際測得最大牽引力159 kN,整機動力性合格。

表2　提升扭矩前后發(fā)動機性能對比

雙失速狀態(tài)時整機轉(zhuǎn)速維持在1 400 r/min,發(fā)動機輸出扭矩為937 N·m,位于大扭矩點附近,試驗過程中發(fā)動機未出現(xiàn)熄火現(xiàn)象,整機動力性合格,雙失速試驗數(shù)據(jù)見表6。

表3　鏟裝沙土料對比數(shù)據(jù)

表4　鏟裝大石塊對比數(shù)據(jù)

表5　鏟裝小石塊對比數(shù)據(jù)

表6　雙失速試驗數(shù)據(jù)

3　結(jié)　論

7 L發(fā)動機基本可以滿足50裝載機的匹配要求,但由于扭矩儲備不足,整車存在熄火現(xiàn)象,通過對7 L發(fā)動機進行扭矩和功率提升,熄火問題得到解決,對比試驗顯示其動力性、經(jīng)濟性比優(yōu)化前有所提升,也高于10 L發(fā)動機,因此優(yōu)化后的發(fā)動機更適于匹配50裝載機。提升扭矩后的某7 L柴油機完全可以達到50裝載機對發(fā)動機各項參數(shù)的要求,而且本體改變較小,結(jié)構(gòu)緊湊,有利于合理布置機艙空間,可以作為50裝載機的動力選擇。

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

[2]張德平.裝載機的動力匹配研究[J].中國內(nèi)燃機協(xié)會燃燒節(jié)能凈化分會2010年學(xué)術(shù)年會,2010:59- 64.

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

[責(zé)任編輯]劉慶

2016-03-10

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

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.010

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1673-5935(2016)02- 0030- 04