履帶車輛動力特性曲線的繪制方法及應(yīng)用

徐梓欽 歐陽長永 楊健 葛新章

摘要：動力因數(shù)和車速的關(guān)系常用曲線表示，D=f（v）之間的這種關(guān)系曲線叫做動力特性曲線，在分析和評價裝甲車輛動力性時，使用動力特性曲線更加方便、直觀。動力特性曲線用途很多，它可以確定裝甲車輛動力性指標(biāo)、評價動力性，評價排擋劃分是否合理等等。

Abstract： The relationship between power factor and speed is often expressed by a curve. The relationship between D=f（v） is called dynamic characteristic curve. It is more convenient and intuitive to use dynamic characteristic curve when analyzing and evaluating the dynamic performance of armored vehicles. The dynamic characteristic curve has many uses， it can determine the dynamic performance index of armored vehicles， evaluate the dynamic performance， evaluate whether the gear division is reasonable， and so on.

關(guān)鍵詞：履帶車輛;動力特性曲線;繪制方法

Key words： track-laying vehicle;dynamic characteristic curve;drawing method

中圖分類號：TJ81+0.1;TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0020-02

1? 動力特性的計算繪制方法

牽引力特性曲線只能評價裝甲車輛在不同齒輪上所能克服的牽引力、速度和行駛阻力，不能評價和比較不同重量下裝甲車輛動力性能的優(yōu)劣，因此，進(jìn)一步引入動力因數(shù)和動力特性的概念。發(fā)動機(jī)牽引力Fe與裝甲車輛作戰(zhàn)總重量G的比值稱為單位牽引力，記為D。

1.1 已知數(shù)據(jù)

下面說明牽引特性曲線和動力特性曲線的計算繪制方法的已知數(shù)據(jù)：

①發(fā)動機(jī)的外特性（功率或轉(zhuǎn)矩外特性）;

②裝甲車輛的傳動簡圖;

③裝甲車輛的戰(zhàn)斗全重;

④各擋總傳動比;

⑤主動輪工作半徑。

1.2 繪制動力特性曲線的步驟

①選取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計算點在發(fā)動機(jī)最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和最大功率點轉(zhuǎn)速之間的整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，按適當(dāng)間隔，選取若干個轉(zhuǎn)速計算點：nemin、ne1、ne2……nep，以后的全部計算都根據(jù)這些計算點進(jìn)行;②根據(jù)已選定的轉(zhuǎn)速計算點和已知有關(guān)參數(shù)，計算各擋理論車速;③根據(jù)已知各擋理論車速，計算動力裝置效率，并結(jié)合傳動簡圖計算傳動裝置效率，計算各擋不同車速時行動裝置效率，最后計算不同排擋的裝甲車輛總效率;④根據(jù)已選定的轉(zhuǎn)速計算點和已知有關(guān)參數(shù)，計算各擋發(fā)動機(jī)牽引力Fe，根據(jù)不同排擋、不同轉(zhuǎn)速計算點的Fe值和υ值，可以繪制牽引特性曲線，即Fe=f（v）曲線;⑤根據(jù)已選定的轉(zhuǎn)速計算點和已知有關(guān)參數(shù)，計算各擋動力因數(shù);⑥綜合以上數(shù)據(jù)，繪制動力特性曲線，即D=f（v）曲線。

2? 動力特性的曲線用途

2.1 根據(jù)發(fā)動機(jī)最大功率求解最高車速

如圖1所示，在動力特性曲線的縱坐標(biāo)上取良好路面所對應(yīng)的fo值，過此點向右引一條平行橫坐標(biāo)的直線，它和最高擋動力特性曲線相交于P點，由P點向下引垂直線和橫坐標(biāo)交點的對應(yīng)速度即為最高車速Vmax。

2.2 評價裝甲車輛的動力性

對于現(xiàn)有裝甲車輛和正在設(shè)計的裝甲車輛，按前述方法繪制它的動力特性曲線，利用動力特性曲線，可以直觀、方便地評價不同裝甲車輛的動力性，或一個裝甲車輛各擋的動力性。對于同一地面，能用較高擋位、較高車速通過的裝甲車輛的動力性比用較低擋位（或同一擋位）、較低車速通過的裝甲車輛的動力性好。

2.3 評價各檔傳動比分配是否合理

相鄰兩擋動力特性曲線在垂直方向上的距離h不應(yīng)過大（1、2擋例外），若此值過大，當(dāng)有一地面阻力系數(shù)正好介于h范圍內(nèi)時，只能以低擋行駛;這會影響裝甲車輛的平均速度。當(dāng)?shù)孛孀枇ο禂?shù)為fo時，3擋動力不夠，只能用2擋通過。相鄰兩擋動力特性曲線在水平方向上應(yīng)有一定的重疊度Δ（一、二擋例外），特別是相鄰的低速擋間的重疊度不能太小;以便于順利地由低速擋換入高一級排擋（如由2擋換入3擋）。如果低速擋換擋車速小于要換入的高一級排擋的最小車速，這時將無法由低速擋換入高一級排擋，可能會出現(xiàn)停車或使發(fā)動機(jī)熄火。如圖2所示，當(dāng)2擋換3擋車速V2h小于3擋最小車速V3min，無法實現(xiàn)換擋。

定義為兩相鄰排擋動力特性線之間，在發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的重合度。

若v（i-1）p-V=0時，則相鄰兩擋動力特性線間排擋遮度為零，稱為零遮度。

若v（i-1）p-V<0時，相鄰兩擋動力特性線間排擋遮度為負(fù)值，稱為負(fù)遮度。

若v（i-1）p-V>0時，相鄰兩擋動力特性線間排擋遮度為正值，稱為正遮度。一般車輛各排擋間都應(yīng)具有一定的正遮度。但由于最低擋（通常為1擋）常作為特殊用途擋使用，所以1擋和2擋之間的動力特性線可以為負(fù)遮度。

3? 坦克動力特性曲線

發(fā)動機(jī)在外特性工作時其效率為：

式中nd為動力裝置效率，Nj為發(fā)動機(jī)有效功率，N's為動力裝置損失功率，設(shè)計中初步計算可取nd=0.80～0.90。在本實驗中，59坦克車的動力裝置效率選取=0.80。

①利用已知的發(fā)動機(jī)外特性，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從最小到最大轉(zhuǎn)速的整個轉(zhuǎn)速范圍，按照合適的間隔取計算點如n1、n2、n3、nf以后的計算根據(jù)這些取好的計算點進(jìn)行。②根據(jù)已選定的轉(zhuǎn)速計算點，在發(fā)動機(jī)外特性曲線上找出相應(yīng)的功率Nf和扭矩Mf的值。③根據(jù)計算點的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，按下式計算坦克在某擋下對應(yīng)的行駛速度。

千米/小時

式中nf——計算點的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）;i——給定排擋的坦克總傳動比;rz——主動輪工作半徑（米）。

計算傳動裝置效率nch比較簡單，認(rèn)為nch不隨行駛速度變化，根據(jù)上述傳動效率計算ηch=0.975=0.859。

但是履帶行駛裝置效率nx因行駛速度和傳遞牽引力的不同，在很大范圍內(nèi)變化。nz可以直接根據(jù)行駛速度由經(jīng)驗公式ηx=0.95-0.003v計算。

坦克效率：

按下式計算坦克牽引力：

單位牽引力：

對于不同排擋，重復(fù)上述計算步驟，最后繪制該擋的動力特性曲線。

計算輸入到傳動裝置的功率時，需要在外特性中除去動力裝置的各種功率損失，包括冷卻風(fēng)扇、空氣濾清器和排氣裝置的功率損失，其中最主要的是冷卻風(fēng)扇的功率損失，可按下式計算冷卻風(fēng)扇的功率。

式中：Nf——發(fā)動機(jī)任意轉(zhuǎn)速ne時風(fēng)扇損失的功率，kW;

Nfmax——發(fā)動機(jī)在額定功率點（轉(zhuǎn)速nep）工作時風(fēng)扇損失的最大功率。

4? 對比結(jié)果的詳細(xì)分析

在動力傳動系統(tǒng)改裝過程中，對動力特性匹配進(jìn)行了詳細(xì)分析，液力機(jī)械變速箱傳動比等參數(shù)，使改裝后的裝甲車輛動力特性盡量接近第一代坦克車，以便獲得相近的駕駛感受。通過對比發(fā)現(xiàn)：①與原一代坦克相比，改裝后的坦克每擋的動力特性范圍都擴(kuò)大了，并且加裝液力變矩器后，車輛不會熄火，低速行駛效能更好。②改裝前和改裝后的一代坦克車各擋的動力因數(shù)接近，改裝后的一代坦克車的動力因數(shù)一、二、三擋比原坦克車稍大，四擋比原坦克車略小，五擋與原坦克相當(dāng)。這說明，改裝后59坦克車在一、二、三擋的牽引性能比原坦克要好，四擋時，牽引性能則不如原坦克。③高速狀態(tài)下，動力性能低于原坦克，為使高速行駛性能不受影響，閉鎖液力變矩器。④兩者的動力特性曲線也反應(yīng)了它們的爬坡能力，改裝后的一代坦克的爬坡度一、二、三擋比原坦克車稍大，四、五擋與原坦克車相當(dāng)。⑤改裝后的一代坦克和原坦克各擋的最高速度接近，其中改裝后的一代坦克一、二、三、五擋的最高速度與原坦克車最高速度基本相等，四擋比坦克稍快。⑥改裝后可減少排擋數(shù)目，將三檔、四檔減去，一檔二檔、五檔即可滿足使用，方便駕駛員操作。⑦雖然改裝后的一代坦克的發(fā)動機(jī)動力性并沒有太大改善，但是其動力特性已經(jīng)與三代以及三代大改的坦克相似，因此可以將退役的一代坦克，改裝后作為三代坦克的教練車。

總的來說，作為模擬訓(xùn)練車，因為改裝后的一代坦克車的動力性能不可能與原坦克車完全相同，只能是盡量接近，改裝后一代坦克車的各擋最高車速完全可以滿足需求。所以，經(jīng)過改裝后的一代坦克車的動力傳動性能基本滿足要求。

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