基于工況分析的混凝土攪拌運(yùn)輸車經(jīng)濟(jì)性研究及試驗(yàn)測試

李孝先 鄧云海 羅平

摘 要：混凝土攪拌車行駛作業(yè)分滿載送料與空車回程工況，各占總行駛里程的50%。針對傳統(tǒng)的傳動系速比匹配主要考慮滿載送料工況下的動力性與經(jīng)濟(jì)性最佳，從而導(dǎo)致空車回程工況發(fā)動機(jī)的負(fù)載率極低、耗油等問題，研究了一種基于攪拌車行駛作業(yè)工況循環(huán)的速比匹配方法，即在保證動力性的條件下滿載送料與空車回程雙速比，兼顧了空車回程的經(jīng)濟(jì)性。理論研究、仿真分析及試驗(yàn)測試結(jié)果表明，空車回程工況燃油經(jīng)濟(jì)性提高8%以上。

關(guān)鍵詞：攪拌車 工況分析 經(jīng)濟(jì)性 仿真 試驗(yàn)

隨著社會對節(jié)能和環(huán)保意識的強(qiáng)化，如何讓汽車在擁有良好動力性的同時還擁有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為了當(dāng)前汽車領(lǐng)域之中研究的熱點(diǎn)問題。汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性與發(fā)動機(jī)和整車動力系統(tǒng)的匹配是否合理有著非常密切的關(guān)系[1，2]。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，混凝土攪拌車作為一種運(yùn)輸商品混凝土的專用車被廣泛應(yīng)用，主要運(yùn)輸范圍為城市及城郊結(jié)合部。傳統(tǒng)的攪拌車主要是利用通用的載貨汽車車底盤改裝，增加一個專用上裝裝置，動力傳動系的匹配主要是考慮滿載送料行駛工況，而忽略了空車回程行駛工況占攪拌車總行駛里程的50%的特殊性，從而導(dǎo)致攪拌車有一半時間行駛在極不經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下。

1 攪拌車作業(yè)工況分析

攪拌車是在載重汽車或?qū)Ｓ闷嚨妆P上，安裝一個可以自行轉(zhuǎn)動的攪拌筒的專用汽車，它兼有載運(yùn)和攪拌混凝土的雙重功能。攪拌車由汽車底盤和專用上裝兩大部分組成。

攪拌車作業(yè)與通用公路載貨車作業(yè)有其特殊性，為停車裝料、滿載送料、停車卸料及空車返回四工況循環(huán)作業(yè)。滿載送料與空車返回為攪拌車的兩個行駛作業(yè)工況，隨著底盤輕量化及裝載方量的加大，滿載與空車質(zhì)量相差在兩倍以上，空車返回作業(yè)里程占總行駛里程的50%，導(dǎo)致攪拌車有一半里程運(yùn)行在“大馬拉小車”的極不經(jīng)濟(jì)工況下。

2 攪拌車動力傳動系統(tǒng)匹配

攪拌車整車主要參數(shù)確定后，首要選擇合適的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)的功率越大那么就代表了汽車的動力性越好，但是過大的功率則會導(dǎo)致功率利用率下降，導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性下降，同時還必須要加大動力傳動系的質(zhì)量。因此，需要對發(fā)動機(jī)的功率進(jìn)行合理的選擇。

當(dāng)發(fā)動機(jī)選定之后，要實(shí)現(xiàn)動力系統(tǒng)合理匹配，就需要注重變速器的傳動比及主減速器傳動比。傳動系的參數(shù)將會對汽車的動力性以及燃油經(jīng)濟(jì)性帶來決定性的影響?？梢酝ㄟ^計算機(jī)模擬計算來對傳動系統(tǒng)基本參數(shù)如機(jī)械變速器的速比范圍、檔位數(shù)量以及驅(qū)動橋速比等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行選擇，并進(jìn)行理論分析，選擇其中最佳的參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動力傳動系的合理匹配。

變速器傳動比與主減速器傳動比的乘積即為傳動系的傳動比。傳動系速比范圍（即最大傳動比與最小傳動比之差值）可以根據(jù)汽車在極限工況下的行駛要求初步確定。傳動系的最大傳動比應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動車輪與路面的附著力、汽車的最低穩(wěn)定車速和車輪的滾動半徑來綜合考慮。在確定傳動系最大傳動比時，一般以最大爬坡度為設(shè)計目標(biāo)，其余兩方面為約束條件進(jìn)行校核。最小傳動比的確定，對于側(cè)重整車的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能平衡，是選擇最高檔位時能讓整車發(fā)揮出最高車速，即讓最高車速出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)的最大功率點(diǎn)上。也就是說發(fā)動機(jī)在最大功率時的轉(zhuǎn)速時，汽車具有最大的速度。選定了imax及imin，并確定了變速箱的檔數(shù)，就可根據(jù)汽車的性能要求，選擇變速箱中間其他各檔的速比[3]。

3 攪拌車整車性能模擬計算

根據(jù)上述動力傳動系統(tǒng)匹配方法，對攪拌車試驗(yàn)樣車滿載時動力性和經(jīng)濟(jì)性計算、優(yōu)化。下面以BSQ-0為基準(zhǔn)變速器，以ZJ-0為基準(zhǔn)驅(qū)動橋速比，以試驗(yàn)樣車為基準(zhǔn)車型，通過改變變速器的速比、檔位數(shù)量以及驅(qū)動橋速比，研究空載時傳動系參數(shù)對攪拌車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，見表1。

攪拌車滿載和空載質(zhì)量相差很大，在一定范圍內(nèi)減小傳動系速比，燃油經(jīng)濟(jì)性可得到改善，而動力性下降不大。假設(shè)在傳動系中增加一個減速箱，以降低主減速速比，速比如表2。

根據(jù)上述動力傳動系統(tǒng)匹配方法對空載時攪拌車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計算。

空載時，隨著主減速比的減小，有效功率呈上升趨勢，即發(fā)動機(jī)的功率利用率提高。

4 試驗(yàn)測試

在試驗(yàn)場構(gòu)造綜合試驗(yàn)道路工況，如圖2所示，行駛工況如上圖1所示。

測試油耗如表3所示。

由仿真結(jié)果與試驗(yàn)測試結(jié)果對比可知，二者所得整車油耗比較接近，仿真結(jié)果具有一定可信度。因此，在整車設(shè)計中，可采用附件程序計算整車動力性和經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

由以上理論研究、仿真分析及試驗(yàn)測試結(jié)果表明，空載時，隨著主減速比的減小，燃料消耗量呈下降的趨勢。

根據(jù)上述計算結(jié)果及試驗(yàn)測試，減速箱速比取0.6-0.7比較合適，能兼顧滿載和空載的動力性和經(jīng)濟(jì)性平衡。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉維信.汽車設(shè)計.[M]北京：清華大學(xué)出版社2001.7.

[2]王麗榮，上官云飛.基于Cruise自卸車動力性經(jīng)濟(jì)性仿真分析與優(yōu)化.專用汽車，2007（3）：29～31.

[3]王鐵，武玉維，李萍鋒，鄭利鋒，王曉.重型載貨汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配.汽車技術(shù)，2010（9）：33～37.

[4]董金松.重型載貨汽車動力傳動系匹配研究.吉林大學(xué).

[5]汽車設(shè)計.第4版.吉林大學(xué).王望予主編 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.12.