工程车辆的牵引性能和燃料经济性

1ZFS2019/8/102ZFS2019/8/10两种工况：牵引工况：工作阻力大，要求机械发挥大的牵引力。运输工况：无工作阻力，行驶阻力小，要求机械具有高的速度性能：加速性能、运行稳定性和机动性。主要工况是牵引工况。牵引工况下的工作能力和燃料消耗量称为机械的牵引性能和牵引工况下的燃料经济性。要求机械在低挡工作时保证发动机的功率高效地转换为牵引功率，并发挥出必要的牵引力，同时消耗的燃料尽可能少。用牵引特性评价车辆的牵引性能和燃料经济性。发动机特性和地面附着条件是牵引力平衡和牵引功率平衡计算的基础。3ZFS2019/8/10第一节牵引力平衡和牵引功率平衡一、驱动力（切线牵引力）的确定机械传动系液力机械传动系KrmmecKriMFKrmmKriMF2附着条件决定的最大有效牵引力（附着力）GF4ZFS2019/8/105ZFS2019/8/10二、牵引力平衡FK=∑F1、滚动阻力Ff2、坡道阻力Fi4、工作阻力Fx作用在工作装置上的铲掘阻力。3、加速阻力FjcosfGFfsinGFidtdvgGFjrKLrmKmrJGgriJeGg22211牵引工况的牵引力平衡方程：FK=Ff＋Fi＋Fj＋Fx运输工况的牵引力平衡方程：FK=Ff＋Fi＋Fj＋Fw有效牵引力FKP=FK－(Fi＋Fj＋Ff)6ZFS2019/8/10三、牵引功率平衡方程—牵引功率和牵引效率牵引功率平衡表明机械在牵引工况下工作时，发动机的有效功率的分配以及如何在各种阻力中作功。机械传动系1、驱动发动机辅助装置消耗的功率PBa2)()05.0~03.0(eheehBannPP对应效率BaeBaeBaPPP2、驱动功率输出轴所需的功率PPTO到此，输入变速箱的功率，亦即发动机的自由功率Pec为：Pec=Pe-(PBa+PPTO)3、传动系中损耗的功率Pm)1(mecmPP驱动轮上的驱动功率PKPK=Pec-Pm=Pecm7ZFS2019/8/104、履带驱动段上的功率损失Pr)1()1(rmecKrPPPr5、行走机构滑转引起的功率损失PTKKvFvFPV—行走机构对地面的滑转速度；—滑转率滑转效率11TTTTTKKTKvvvvvvvvFvFvF6、滚动阻力消耗的功率PfcosfGvvFPff滚动效率fKfKfKfFFFFF17、坡道阻力消耗的功率PisinGvPi8、工作阻力消耗的功率，即有效牵引功率PKPvFPxKP8ZFS2019/8/10理论速度vT和实际速度v（单位：km/h）mKeTirnv377.0)1(Tvv车辆功率平衡方程：KPifrmPTOBaePPPPPPPPP有效牵引功率可表示为：ifrmPTOBaeKPPPPPPPPPP在水平地面作业时有效牵引功率可用下式计算：frmecKPPP牵引效率KPfrmBaecKPeeceKPKPPPPPPP9ZFS2019/8/10液力机械传动系功率平衡方程：xifrmTePTOBaePPPPPPPPPP其中：PTe为液力传动部分(变矩器)的功率损失。另外，在PBa计算中还应包括变矩器冷却油泵消耗的功率。BaTeheehBaPnnPP2)()05.0~03.0(bmBaTpQTP)1()1(121ecTePPPPP车辆在水平地面作业时有效牵引功率PKP可用下式计算：frmecKPPP牵引效率KPfrmBaKP10ZFS2019/8/10第二节牵引特性牵引特性曲线表示工程车辆在一定地面条件下，在水平地段上以各档稳定速度工作时，其牵引性能指标和经济性能指标随牵引力的变化规律。通常用牵引功率、实际速度、牵引效率、小时燃油耗、耗油率、滑转率、发动机功率随牵引力变化的曲线来表示其函数关系。牵引特性可分为理论特性和试验特性两种。研究车辆牵引特性的意义在车辆的设计过程中，用牵引特性研究和检查发动机、传动系、行走机构和工作装置各参数之间匹配的合理性；在使用过程中，有助于合理地使用机械，有效地发挥他们的生产率。在组织机械化施工时，牵引特性也是解决各机种合理配合的基本依据。11ZFS2019/8/10特征工况的牵引性能和燃料经济性指标1、最大有效牵引功率PKPmax工况；2、最大牵引效率KPmax工况；3、发动机额定功率PeH工况；4、额定滑转率H工况；5、发动机转矩决定的最大牵引力FMemax工况；6、附着条件决定的最大牵引力F工况；对液力机械传动的车辆，还有：7、变矩器最大输出功率P2max工况；8、变矩器工作转矩决定的最大牵引力FM2Pmax工况。12ZFS2019/8/10机械传动车辆牵引特性曲线的绘制1、原始资料1）发动机调速外特性Me=Me(ne)，Pe=Pe(ne)，Ge=Ge(ne)或ge=ge(ne)2）车辆使用质量Gs和附着质量G3）地面条件和滑转率曲线=（FKP）可用经验公式或类比试验数据曲线。4）传动系统简图和各挡机械传动比iM5）驱动链轮啮合齿数ZK和链轨节销孔中心距(履带节距)lt或轮胎动力半径rk2、计算和绘制步骤1）计算以下参数：传动系总效率m履带驱动段效率r驱动轮动力半径rk滚动阻力Ff97.0~96.097.099.0~98.0212211rmmmfGFlZrsftKk213ZFS2019/8/102）计算扣除辅助装置和功率输出轴消耗后发动机外特性Mec=Mec(ne),Pec=Pec(ne),Gec=Gec(ne)eceecPTOBaeecPTOBaeecPgGPPPPMMMM2)()05.0~03.0()()05.0~03.0(eHeeHBaeHeeHBannPPnnMM3）计算驱动力(切线牵引力)FK、有效牵引力FKP、理论速度vT和实际速度v、牵引功率PKP和牵引效率KP等。KrmmecKriMFmKeTirnv377.0)1(TvvfKKPFFF3600vFPKPKPeKPKPPPPTOeKPKPPPP所用单位：长度:m，速度:km/h，力:N，转速:rpm，转矩:N.m，功率:kW，小时燃油耗:kg/h，比油耗:g/kW.h14ZFS2019/8/104）根据以上计算结果，选取合适的坐标比例，以有效牵引力FKP为横坐标，其余参数为纵坐标，依次绘制各曲线。)()()()()()()(KPKPeeKPKPKPKPKPKPKPKPKPKPKPKPKPKPKPFvvFPPFFggFGGFFPP，，，，，，15ZFS2019/8/10牵引特性曲线（机械传动，I挡）16ZFS2019/8/10机械传动牵引特性曲线17ZFS2019/8/10机械传动理论牵引特性曲线18ZFS2019/8/10液力机械传动车辆牵引特性曲线的绘制1）发动机调速外特性Me=Me(ne)，Pe=Pe(ne)，Ge=Ge(ne)或ge=ge(ne)2）发动机与液力变矩器共同工作的输出特性曲线M2=M2(n2)，P2=P2(n2)，Ge2=Ge2(n2)3）车辆使用质量Gs和附着质量G4）地面条件和滑转率曲线=（FKP）可用经验公式或类比试验数据曲线。5）传动系统简图和机械传动部分各挡传动比iM6）驱动链轮啮合齿数ZK和链轨节销孔中心距(履带节距)lt或轮胎动力半径rk1、原始资料19ZFS2019/8/10发动机-变矩器共同工作输出特性曲线滑转率曲线825.9)(1.0GPGPKPKP11492.305.0SKPSKPGPGP轮式机械：履带式机械：20ZFS2019/8/101）计算以下参数：机械传动部分总效率m履带驱动段效率r驱动轮动力半径rk滚动阻力Ff97.0~96.097.099.0~98.0212211rmmm2tKklZrfGFsf2、计算和绘制步骤2）计算驱动力(切线牵引力)FK、有效牵引力FKP、理论速度vT和实际速度v、牵引功率PKP和牵引效率KP等。KrmmecKriMFmKeTirnv377.0)1(TvvfKKPFFF3600vFPKPKPeKPKPPPPTOeKPKPPPP21ZFS2019/8/10所用单位：长度:m，速度:km/h，力:N，转速:rpm，转矩:N.m，功率:kW，小时燃油耗:kg/h，比油耗:g/kW.h3）根据以上计算结果，选取合适的坐标比例，以有效牵引力FKP为横坐标，其余参数为纵坐标，依次绘制各曲线。牵引特性曲线（液力机械传动，I挡）22ZFS2019/8/10fkmIeGPriMM)(0maxfkmITGPriMmax根据牵引特性曲线校核基本参数对机械传动系，为防止发动机熄火，Ⅰ档传动比应满足：1、最大驱动力是否足够对液力机械传动，防止变矩器进入涡轮制动工况，应满足：3、各档牵引功率曲线之间没有深谷，即保证牵引力在Pmin和PH之间都有足够的牵引功率。2、Ⅰ档对应的最大牵引功率的牵引PKpN力与额定牵引力PH相接近，以提高作业生产率，并充分利用发动机功率。23ZFS2019/8/10①驱动力及速度计算maxvinrveKT377.0inrvTKT377.0kmeKriMPkmTKriMP三、动力特性1、评价指标①最高速度②最大爬坡度（角）③加速度性能（加速时间）2.驱动力—行驶阻力平衡图②阻力计算wjfPPPPP水平地面等速直线条件下：fGPf22)6.3(TwKFVP24ZFS2019/8/10③绘制曲线，并确定机械的动力性能评价指标机械传动系液力机械传动系25ZFS2019/8/10汽车驱动力－行驶阻力平衡图1tF2tF3tF4tFwfFFfFmaxauau驱动力Fth/kmua，车速mgfFf26ZFS2019/8/101.最大速度和部分负荷时的力平衡以及uamax和部分负荷时的等速2.加速能力3.最大爬坡度27ZFS2019/8/102.加速能力它用aj,但aj不方便评价。通常用加速时间或加速距离来评价。jjjwftjauttadutadudtFFFmdtdua离散化处理后则加速度倒数曲线为加速度：)(1mFdtduajj28ZFS2019/8/10jjjwftjauussaudusduaudsFFFmdsududtdudsdsdtdua)(1或者29ZFS2019/8/10汽车加速度－速度图1ja2ja3ja4jamFFwffmaxauau加速度ajh/kmua，车速30ZFS2019/8/10加速度倒数曲线11ja41ja21ja31jaauconstuui加速时间曲线ja/1au速度31ZFS2019/8/10由驱动力、滚动阻力和空气阻力，就可按行驶方程式计算加速度及其倒数，从而求得加速时间或者加速距离。TtqTtq1Ttq2Ttq3……Ttqmnn1n2n3……n1mFtFt1Ft2Ft3……Ftmuaua1ua2ua3……uamI档FtFt1Ft2Ft3……Ftmuaua1ua2ua3……uamII档FfFfFfFf……FfFwFwFwFw……Fw32ZFS2019/8/10FjFj1Fj2Fj3……Fjmaja1a2a3……a1mI档FjFj1Fj2Fj3……Fjmaja1a2a3……a1mII档tt1t2t3TmuatduadtFFFmajjwftj11)]([133ZFS2019/8/10☆手工计算时,一般忽略原地起步过程的离合器打滑过程.即假设在最初时刻，汽车已具备起步换档所需的最低车速。☆换档时刻的确定：若I-II加速度曲线相交