CPCD250叉車發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)分析及應(yīng)用研究

林青山

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院，山東 濟(jì)寧 272000）

CPCD250叉車發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)分析及應(yīng)用研究

林青山

（山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院，山東 濟(jì)寧 272000）

文中闡述了CPCD250叉車在特定工況下出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)熄火現(xiàn)象，分析了導(dǎo)致叉車發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的相關(guān)因素。通過對發(fā)動(dòng)機(jī)及液壓系統(tǒng)的功率匹配計(jì)算，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，得出發(fā)動(dòng)機(jī)功率與液壓泵功率的變化速度不匹配是CPCD250叉車發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的根本原因。根據(jù)分析計(jì)算的結(jié)果，研究了解決發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)熄火的方法，并對故障車輛進(jìn)行了應(yīng)用調(diào)試。

叉車；發(fā)動(dòng)機(jī)；掉轉(zhuǎn)

CPCD250叉車是額定起重量為25t的內(nèi)燃平衡重式叉車，是近年來我國自主研制出的一款高性能重裝叉車。由于其上市時(shí)間不長且銷量較低，部分高精尖技術(shù)尚不成熟，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)電控及液壓系統(tǒng)匹配技術(shù)比較欠缺，導(dǎo)致此款叉車在性能方面仍然存在著一些瑕疵。其中最棘手的問題是在特定工況下會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)甚至熄火，這種情況不僅會(huì)影響叉車的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對車輛及人員造成傷害，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。針對這種現(xiàn)象，文中從發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)的功率匹配出發(fā)進(jìn)行分析計(jì)算，并采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，找出導(dǎo)致這一故障的根本原因，提出具有可行性的解決方案，成功攻克了這一難題。

1 叉車發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)分析

近日，某叉車使用單位新購置的一臺(tái)CPCD250叉車出現(xiàn)了比較頻繁的發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)甚至熄火故障，售后服務(wù)人員多次維修均未能解決，希望山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院協(xié)助解決。該院專家經(jīng)過現(xiàn)場檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在滿載的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在1600rpm工作時(shí)，如果快速操縱起升或傾斜手柄，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)掉600～700rpm，有時(shí)甚至?xí)ɑ?；如果緩慢操縱起升或傾斜手柄，掉轉(zhuǎn)情況則不明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)速是指發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速突然下降的現(xiàn)象。一般來說，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)速的因素主要有以下幾種：一是發(fā)動(dòng)機(jī)氣路不暢，例如空濾器堵塞等造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量不足；二是發(fā)動(dòng)機(jī)油路不暢通，導(dǎo)致油泵吸油不足；三是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不能滿足負(fù)載的需求，具體來說就是液壓泵的扭矩/功率超過發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩/功率。在檢驗(yàn)現(xiàn)場仔細(xì)檢查了叉車的氣路和油路，并分別將空氣濾清器和柴油濾清器拆下進(jìn)行了詳細(xì)測試，發(fā)現(xiàn)氣路和油路均正常暢通，因此初步判斷故障原因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不能滿足負(fù)載的需求。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)的功率/扭矩匹配計(jì)算

經(jīng)過與該品牌叉車制造商溝通，并查閱相關(guān)技術(shù)資料，確定了叉車的配置信息及主要技術(shù)參數(shù)如下。發(fā)動(dòng)機(jī)采用沃爾沃TAD721VE柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率447KW/1800rpm，分動(dòng)箱速比0.8125，所有裝置最大功率和為412KW。液壓系統(tǒng)采用力士樂雙泵A11VLO145LE2S/11L-NZD12K01P，單個(gè)泵排量145L/min，雙泵最大排量為290L/min。主泵功率340kW，壓力330bar。發(fā)動(dòng)機(jī)功率/扭矩曲線見圖1。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)功率/扭矩曲線

主泵的最大功率為340kW，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大靜功率為447kW，風(fēng)扇等其他消耗約為20%。取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為1600rpm，計(jì)算泵的功率如下：

式中：

Δp—壓力差，Δp=（p-0）bar；

P—最大壓力，p=330bar；

η—總效率，η=0.95；

Vg—雙泵最大排量，Vg=290L/min；

ηv—容積效率，ηv=0.98；

I—分動(dòng)箱速比，i=0.813；

qv—輸出流量，

將各參數(shù)帶入公式中，得出泵的最大功率：

P1=323.8kW。

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率P2為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的功率減去損耗，查圖1發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線圖得出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1600rpm時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)總功率為415kW，則

P2=415×（1-20%）=332 kW。

通過以上計(jì)算可知，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1600rpm時(shí)，泵的最大功率P1小于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率P2，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率滿足負(fù)載的需求。

取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為1600rpm，計(jì)算泵的力矩如下：

泵的最大力矩：

式中：

ηmh—機(jī)械液壓效率，ηmh=η/ηv。

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩T2為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的力矩與分動(dòng)箱速比的乘積，查圖1發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線圖得出在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1600rpm時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩為2439Nm，則

T2=2439×0.813=1983Nm。

通過以上計(jì)算可知，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1600rpm時(shí)，泵的最大力矩T1小于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩T2，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩滿足負(fù)載的需求。

通過液壓泵的功率/扭矩匹配計(jì)算得知，在正常工作狀態(tài)下，泵的功率/扭矩＜發(fā)動(dòng)機(jī)的功率/扭矩，不應(yīng)出現(xiàn)掉轉(zhuǎn)熄火現(xiàn)象。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)功率比/扭矩比測試分析

此款發(fā)動(dòng)機(jī)是電控發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU（電控單元）可以將當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的功率比、扭矩比發(fā)往CAN總線，通過計(jì)算機(jī)可以獲取這兩個(gè)參數(shù)，通過參數(shù)對比分析來查找發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的根本原因。經(jīng)過多次測試，得到參數(shù)見表1。

表1 測得的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)

通過以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，快速動(dòng)作時(shí)的功率比均超過了70%。此款發(fā)動(dòng)機(jī)為渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)功率比＜60%時(shí)，渦輪增壓不起作用，發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升速度較快，能夠及時(shí)響應(yīng)液壓泵的變化；當(dāng)功率比≥60%時(shí)，渦輪增壓開始作用，由于該款發(fā)動(dòng)機(jī)排量較大，在這種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升速度較慢，跟不上液壓泵功率的變化速度。

綜上所述，CPCD250叉車發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的原因?yàn)椋翰孳嚌M載的情況下快速起升或傾斜時(shí)，負(fù)載變化較大且較快，發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化速度跟不上液壓泵功率的變化速度。具體來說就是叉車快速起升或傾斜載荷時(shí)，液壓泵和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率均上升，但泵功率上升的速度遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升的速度，雖然最終泵的功率沒有超過發(fā)動(dòng)機(jī)，但在某些時(shí)刻泵的瞬時(shí)功率超過發(fā)動(dòng)機(jī)功率，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)[1］。

4 研究解決方案并調(diào)試

根據(jù)以上分析，文中針對發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的故障制定了兩個(gè)解決方案：一是利用電氣控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)液壓泵的功率，在剛開始快速動(dòng)作時(shí)，限制泵的功率，避免泵全功率工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率變化跟上泵的功率變化時(shí)，再逐漸增大泵的功率；二是調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率響應(yīng)速度，避免泵的瞬時(shí)功率超過發(fā)動(dòng)機(jī)功率。經(jīng)過與叉車制造商、發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)商及叉車使用單位的多方溝通協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)如果采用第二種方案，不僅調(diào)節(jié)成本較高，而且會(huì)造成燃油率增加，發(fā)動(dòng)機(jī)冒黑煙等情況，因此決定采用第一種解決方案。

調(diào)試時(shí)應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的掉轉(zhuǎn)情況來進(jìn)行，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不掉轉(zhuǎn)時(shí)不調(diào)節(jié)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)時(shí)，減小液壓泵的功率，隨后再增大泵的功率。具體的調(diào)試方法為：將動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差與泵功率做自適應(yīng)關(guān)系，即只要轉(zhuǎn)速差達(dá)到設(shè)定值，就減小泵功率，直至轉(zhuǎn)速差減小到達(dá)設(shè)定值以下[2］。

經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)將掉轉(zhuǎn)起始值設(shè)為100轉(zhuǎn)時(shí)效果良好，掉轉(zhuǎn)現(xiàn)象得到控制，最大掉轉(zhuǎn)數(shù)穩(wěn)定在100～200之間，叉車可以正常工作。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率變化速度與泵的功率差距很小，相對于整個(gè)叉車的工作來說只是瞬間的概念，因此對叉車的使用性能及設(shè)計(jì)參數(shù)沒有影響。

雖然發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的問題已經(jīng)解決，但是在使用中應(yīng)盡量避免滿載工況下快速操縱起升或傾斜手柄，因?yàn)檫@不僅會(huì)降低液壓件的使用壽命，還會(huì)增加載荷掉落甚至砸傷人的風(fēng)險(xiǎn)。在后期的改進(jìn)設(shè)計(jì)中可以在液壓先導(dǎo)油路后增加一節(jié)流裝置，減小主閥開啟速度，使泵功率上升的速度減慢，給發(fā)動(dòng)機(jī)較長的反應(yīng)時(shí)間[3］。

5 總結(jié)

通過對CPCD250叉車發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)的功率匹配計(jì)算，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)功率比/扭矩比測試分析，找出了發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的根本原因，并針對分析結(jié)果制定了解決方案，在故障叉車上進(jìn)行了調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的效果，有效地解決了發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)的故障，保障了叉車的安全運(yùn)行。

[1］陳以田，宋雨，韓立華.旋挖鉆機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高原掉轉(zhuǎn)分析[J］.建筑機(jī)械化，2005，26（7）：55-55.

[2］柳波，何清華，楊忠炯.發(fā)動(dòng)機(jī)-變量泵功率匹配極限負(fù)荷控制 [J］.中國機(jī)械工程，2007,18 （4）：500-503.

[3］周盼，陶元芳.叉車發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器匹配多目標(biāo)優(yōu)化[J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2012（3）：57-59.

Analysis and Application of CPCD250 Forklift Engine Turned

Lin Qing-Shan
( Shandong Special Equipment Inspection and Research Institute Jining Branch, Jining 272000,Shandong, China)

This paper states extinction phenomenon of CPCD250 forklift in specifi c conditions appear engine , and analyzes the factors related to forklift engine reversed. the power of the engine and hydraulic system matching calculation, combined with experimental data, obtained the change rate of the power of the engine and the hydraulic pump of the power does not match is the fundamental reason for the CPCD250 forklift truck engine reversed. According to the results of analysis and calculation of the solution to swing the fl ameout of engine, and the application of vehicle fault debugging.

Forklift; Engine; Turn around

2016-02-05

林青山，男，山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院，起重機(jī)械檢驗(yàn)中心，助理工程師，檢驗(yàn)員