輪式鑿巖臺車底盤動力系統(tǒng)匹配計算研究

張鳳生，張鎮(zhèn)

（遼寧 沈陽 110000）

目前液力傳動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種鑿巖臺車中，在進行底盤動力特性計算時，主要任務(wù)在于確定發(fā)動機外特性曲線和變矩器不同速比下多條輸入特性曲線的共同工作點，這項工作通常需用畫圖法在圖中量出交點或使用CRUISE等專業(yè)軟件計算，前者工作成本高，后者使用經(jīng)濟成本高且操作復(fù)雜不易掌握。本文通過使用Excel電子表格編輯相關(guān)公式，并利用宏功能編程求取發(fā)動機與變矩器的共同工作點，進而能夠求出整機的動力特性曲線，下面以某鑿巖臺車為例進行計算。

1 發(fā)動機與變矩器的共同工作

通常我們獲得的發(fā)動機外特性曲線通常為發(fā)動機的凈功率，在實際計算中要扣除10%的發(fā)動機附件和冷卻齒輪泵的使用功率，獲得實際發(fā)動機的輸出特性。根據(jù)廠家提供的變矩器不同速比下公稱力矩MBg等參數(shù)結(jié)合參考文獻[4]計算變矩器在不同速比和不同轉(zhuǎn)速下的輸入特性曲線。

式中，MBg為液力變矩器公稱力矩，Nm；MBη為轉(zhuǎn)速時泵輪輸入扭矩，Nm；nB為泵輪工作轉(zhuǎn)速，rpm；

求取發(fā)動機外特性與變矩器輸入特性曲線的交點是本次計算的關(guān)鍵。Excel的平滑線散點圖，可以根據(jù)兩組代表X-Y坐標(biāo)的散點數(shù)值生成一條曲線，卻無法提供這條曲線的公式，所以無法查找曲線上的點坐標(biāo)。盡管也可以通過“添加趨勢線”功能擬合出曲線的不同函數(shù)類型的公式，單對于發(fā)動機輸出特性曲線的復(fù)雜性，其誤差一般無法滿足工程應(yīng)用要求。

圖1 發(fā)動機外特性與變矩器輸入特性曲線

圖2 泵輪輸入力矩與發(fā)動機輸出力矩相減得曲線

因此，本文參照參考文獻[5]的方法，通過Excel二次開發(fā)實現(xiàn)散點曲線的插值功能。將輸入的每一組轉(zhuǎn)速和扭矩值作為節(jié)點，然后在每兩個節(jié)點之間創(chuàng)建三次貝塞爾曲線，得到貝塞爾插值多項式方程，利用牛頓切線法根據(jù)代入已知的待求Y軸數(shù)值即可計算對應(yīng)X軸數(shù)值。在實際中將同一轉(zhuǎn)速值對應(yīng)的泵輪輸入力矩與發(fā)動機力矩相減得出一組新的轉(zhuǎn)速力矩對應(yīng)曲線，見圖2。

在新曲線中對應(yīng)扭矩值為零的轉(zhuǎn)速值即為發(fā)動機與泵輪的共同工作點。再利用插值法求出變矩器輸入曲線上X橫上為匹配轉(zhuǎn)速值時對應(yīng)的Y軸力矩值，即為二者匹配力矩值。

2 整車動力性能計算

發(fā)動機和變矩器匹配完成后，變矩器的輸出軸可以看成是一個新的發(fā)動機輸出軸，將其帶入公式（2）和公式（3）計算整車的動力性能：

式中，i為轉(zhuǎn)速比；K為變矩系數(shù)；nB為液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速，r/min；MB為液力變矩器泵輪扭矩，Nm；im為傳動系總傳動比；ηm為傳動系總效率；nk為驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速，r/min；Mk為驅(qū)動輪扭矩，Nm；rd為驅(qū)動輪動力半徑，m；Vt為理論行駛速度，km/h；Fk為理論行駛牽引力，N；

圖3 整車動力特性曲線

最后得出整機動力特性曲線見圖3，在開發(fā)完成的表格中設(shè)計人員可以任意更改發(fā)動機、變矩器、整車等的參數(shù)，最終的計算結(jié)果會隨著設(shè)計參數(shù)的改變而實時更新，能夠極大的提高的搞作效率。