煤礦液力傳動車輛動力性和燃油經(jīng)濟性的研究

代立明

（山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原030006）

0 引言

車輛的動力性主要由以下三方面的指標(biāo)來評價[2]：

（1）最高車速:指在良好的水平路面上車輛所能達到的最高行駛速度。

（2）最大坡度：指滿載時在良好路面上，車輛能爬上去的最大坡度。

（3）加速時間:指車輛的加速能力，它對平均車速有很大的影響。

煤礦液力傳動車輛行駛的最高速度低于40 km/h，且行駛路面基本為坡道路面，其動力性對最高車速、最大爬坡度和加速時間的影響是不同的。本文著重研究最高車速和最大爬坡度兩個參數(shù)。

1 動力性模擬計算

在驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖上， 最高檔驅(qū)動力曲線和行駛阻力曲線的交點所對應(yīng)的車速即是最高車速。 對液力變矩器而言，最高車速即為渦輪輸出功率曲線與阻力功率曲線的交點[3]。

式中 Ft——驅(qū)動力

Ff——滾動阻力

Fw——空氣阻力

車輛后輪驅(qū)動勻速上坡時，受力簡圖如圖1所示， 假設(shè)a，b 為車輛質(zhì)心至前后軸的距離，L為車輛軸矩，h 為車輛質(zhì)心高度。

圖1 車輛行駛受力分析圖

α 為坡度角，αlim1為車輛爬坡時的極限傾翻角，可用下式計算

αlim1=tan-1（b/h）

車輛爬坡時后輪所承受的徑向反力FZ2和車輛所受的滾動阻力Ff為

FZ2=G（h sin α+a cos α）/L

ilim1=tan（αlim1）

Ff=fGcos α

當(dāng)驅(qū)動力足夠大， 路面附著系數(shù)為φ 時，由于沿斜坡上的力平衡，得

φFZ2=Gsinα+Ff

則此時車輛能爬上的坡度ilim2為

如果地面附著力足夠大，當(dāng)驅(qū)動力小于附著力極限時，由第一檔最大動力因數(shù)Dtmax可得坡度角α 為

第一檔最大動力因數(shù)為

式中 TTmax——液力變矩器最大輸出轉(zhuǎn)矩

ig1——變速器一檔傳動比

nT——液力變矩器最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速

則受限于車輛驅(qū)動力的最大爬坡度i3為

i3=tan α

綜合上述三種影響爬坡角度的因素，可得到受限于整車結(jié)構(gòu)、地面附著力和車輛最大驅(qū)動力的最大爬坡度為三者最小值：即

i=min（i1,i2,i3）

2 燃油經(jīng)濟性的模擬計算

地面車輛通常采用等速行駛?cè)加拖牧颗c多工況行駛?cè)加拖牧縼砗饬咳加徒?jīng)濟性[4]。 而工程機械采用單位作業(yè)時間燃油消耗量來衡量燃油經(jīng)濟性。本文考慮該類車輛的運行情況采用等速百公里油耗進行模擬計算。

液力傳動車輛工作時，百公里燃料消耗量的計算依賴于發(fā)動機對應(yīng)工況下單位燃料消耗量的模擬計算方法[5]。 由車輛的轉(zhuǎn)矩平衡條件TT=Te

渦輪轉(zhuǎn)速

由汽車?yán)碚摽芍人侔俟锶加拖牧繛?/p>

液力傳動車輛燃油經(jīng)濟性計算的關(guān)鍵就是求出確定液力變矩器的對應(yīng)工況i0，設(shè)

則上述解i 的高次方程可轉(zhuǎn)化為求解F（x）在區(qū)間[imin，imax]內(nèi)的極小值問題。 由此，可以利用較成熟的一維優(yōu)化方法[6](如黃金分割法)進行處理。

算法如下：

（1）根據(jù)給定的車速va，計算Ft，ηt。

（2）以區(qū)間[imin，imax]為原始區(qū)間，搜索x，根據(jù)x 值分別計算nB、λB、K、F2。

（3）計算F（x）的值，并進行判斷。 若F（x）的值小于給定的精度， 則x 為所求的值， 轉(zhuǎn)步驟（4），否則返回步驟（2）進行計算。

（4）根據(jù)所求得的x，以及nB，計算TB，ge，Pe，Qs。 采用一維優(yōu)化計算方法，流程見圖2。

圖2 燃油經(jīng)濟性計算流程圖

3 結(jié)束語

本文對煤礦液力傳動車輛的液力變矩器與柴油機的匹配和評價進行兩方面的分析和模擬計算，對匹配過程發(fā)動機與液力變矩器參數(shù)的選取采用優(yōu)化方法求極值進行計算。本文介紹的匹配研究方法具有通用性和適用性， 計算結(jié)果表明，經(jīng)過優(yōu)化，設(shè)備具有理想的起動轉(zhuǎn)矩，較好的牽引和爬坡性能，能夠滿足煤礦井下惡劣作業(yè)工況要求。該方法對礦用汽車的液力傳動系統(tǒng)優(yōu)化匹配和計算具有實際指導(dǎo)意義。