汽車起重機動力裝置的匹配研究

黃心順，季運濤

(安徽柳工起重機有限公司，安徽 蚌埠 233000)

汽車起重機的動力性是指在路況良好的路面上直線行駛時，由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。動力性是汽車起重機各重性能中最基本、最重要的性能。動力性的由最高車速、最大爬坡度和加速時間等33 個指標來評價。

汽車起重機動力裝置的匹配，主要是動力裝置參數(shù)的選擇匹配。包括選定發(fā)動機的功率、變速箱速比、車橋速比以及車輪的滾動半徑。發(fā)動機的功率選擇一般通過預(yù)期的最高車速、最大爬坡度初步選擇發(fā)動機的應(yīng)有功率。根據(jù)預(yù)期的最高車速和爬坡度、發(fā)動機外特性參數(shù)、輪胎滾動半徑以及整機重量初步選定傳動系的最小和最大傳動比。

1 動力裝置匹配方案

汽車起重機的動力裝置由發(fā)動機、變速箱、傳動軸、貫通驅(qū)動橋、驅(qū)動橋、驅(qū)動車輪組成,如圖1 所示。發(fā)動機為整車的動力源，輸出驅(qū)動動力，變速箱可改變傳動比，擴大驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，適應(yīng)變化的行駛條件，如起步、加速、上坡等。驅(qū)動橋的車橋速比為減速增矩的作用，提高驅(qū)動車輪的驅(qū)動力作用；驅(qū)動車輪將動力裝置的驅(qū)動扭矩作用于地面，產(chǎn)生整車的驅(qū)動力。表1 為原動力裝置方案，表2 為改進后動力裝置方案。

圖1 汽車起重機動力裝置布置圖

表1 原動力裝置方案

表2 改進后動力裝置方案

由表1、表2 對比可見，改進后的動力裝置方案發(fā)動機功率、額定扭矩提升，額定轉(zhuǎn)速降低，即采用低速大扭矩的發(fā)動機；變速箱采用帶有超速擋的變速箱，檔位數(shù)9 不變；車橋速比減小、最大驅(qū)動扭矩減小，即采用小速比和小規(guī)格主減的車橋；驅(qū)動車輪采用小滾動半徑，承載基本相當?shù)膶捇喬?。以上動力裝置的參數(shù)的確定，需要動力性匹配計算、相關(guān)校核和成本分析確定方案的合理性。

2 匹配計算

2.1 車速計算

由汽車理論知識，汽車車速的計算由式(1)確定

式中 n——發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；

ig——變速器各擋速比；

i0——驅(qū)動橋傳動比；

r——輪胎滾動半徑。

帶入表1、表2 參數(shù)數(shù)據(jù)，取發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速、變速箱的最高擋速比帶入上式，可以得到原動力裝置方案最高車速為86km/h；改進后動力裝置方案最高車速為91km/h?？梢姼倪M后動力裝置方案的最高車速大，動力性能強。

2.2 爬坡度計算

由汽車理論知識，汽車爬坡度的計算由式(2)確定

式中 D——汽車的動力因數(shù)；

F1——驅(qū)動力；

Fw——空氣阻力；

m——整機重量；

g——重力加速度；

f——滾動阻力系數(shù)，可 按f=0.0076+0.000056V 確定。

帶入表1、表2 參數(shù)數(shù)據(jù)，取發(fā)動機額定扭矩、變速箱的最低擋速比帶入上式，可以得到原動力裝置方案最大爬坡度為34.7%；改進后動力裝置方案最大爬坡度為36.2%?？梢姼倪M后動力裝置方案的最大爬坡度大，動力性能強。

2.3 加速時間

由汽車理論知識，汽車加速時間t 的計算由式(3)確定

式中 u——汽車加速到的車速，取u=40km/h；

umin——最小穩(wěn)定車速，umin=5km/h；

a——整車的加速度。

帶入數(shù)據(jù)得到，原動力動力裝置方案加速時間為75s,改進后動力裝置方案加速時間為70s,可見改進后動力裝置方案的加速時間短，動力性能強。

2.4 傳動系統(tǒng)校核

變速箱A、變速箱B 的額定輸入扭矩均為1 190Nm，額定輸入轉(zhuǎn)速為2 600r/min；由表1、表2 參數(shù)均能滿足中發(fā)動機輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速要求。

單根驅(qū)動車橋最大輸出扭矩Tq

Tq=0.5Teig1i0h

Te——發(fā)動機額定扭矩；

ig1——變速箱的1 擋速比；

h——傳動系統(tǒng)的總效率，h=0.85。

帶入表1、表2 中的技術(shù)參數(shù)，可以得到原動力裝置方案單根驅(qū)動車橋最大輸出扭矩為31 131Nm，遠小于驅(qū)動橋A 最大驅(qū)動扭矩40 000Nm 的要求；改進后動力裝置方案單根驅(qū)動車橋最大輸出扭矩為31 049Nm，小于驅(qū)動橋B 最大驅(qū)動扭矩32 000Nm 的要求的參數(shù)要求?？梢妰煞N方案，驅(qū)動車橋均能夠滿足系統(tǒng)最大驅(qū)動扭矩要求。

2.5 成本分析

表3 為改進前后動力裝置方案價格。

表3 改進前后成本分析 （單位：萬元）

由表3 分析結(jié)果可見，通過重新匹配動力裝置，選擇低速大扭矩發(fā)動機、超速擋變速箱、小規(guī)格速比的車橋和小滾動半徑的寬基輪胎，每臺汽車起重機可以節(jié)約成本0.586 萬元，按年產(chǎn)3 000臺汽車起重機計算，可節(jié)約成本約1 758 萬元/年。

3 總結(jié)

由以上分析可見，通過重新匹配動力裝置，選擇低速大扭矩發(fā)動機，超速擋變速箱、小規(guī)格和速比的車橋和小滾動半徑的寬基輪胎的匹配方案可在大幅節(jié)約成本的前提下，有效地提高動力性能，可見本文所闡述的動力裝置的匹配方案具有很高的應(yīng)用價值。