牵引性能参数的合理匹配方案

牵引特性是评价工程机械的牵引性能和燃料经济性的基本依据。牵引特性图的作用为：

（1）在牵引特性图上可以看到不同挡位下工程机械动力性和经济性各项指标的具体数值。

（2）可以从各挡特性曲线的形状、走向和分布中获知在不同牵引负荷下工程机械牵引性能和燃料经济性的变化情况、各挡传动比的分配情况和牵引力、速度的适应性能。

（3）可以根据各特征工况下的功率平衡来分析发动机额定功率的分配情况。

（4）从各特征工况在牵引特性图上的位置和相互关系中来分析牵引性能参数匹配的合理性。

通过这些分析将进一步表明各总成的工作性能是否获得充分发挥，并表示出工程机械牵引性能和燃料经济性良好或欠佳的原因。

牵引性能参数的合理匹配：

牵引性能参数是指机器总体参数中直接影响机械牵引性能的发动机、传动系、行走机构、工作装置的基本参数。由于牵引性能是车辆的基本性能，这些参数的确定也就决定了所设计机器的基本性能指标。

施工机械在作业时发动机、传动系、行走机构、工作装置既相互联系又相互制约。机器的整机性能不仅取决于总成本身的性能，而且也与各总成间的工作是否协调有着密切的关系，因此，在机器的总体参数之间存在着相互匹配是否合理的问题。只有正确地选择发动机、传动系、行走机构、工作装置的参数，并保证它们之间具有合理的匹配，才能充分发挥各总成本身的性能，从而使整机获得较高的技术经济指标。

对机械传动的车辆来说，机器的作业是通过发动机、传动系、行走机构和工作装置的共同工作来完成的，在这种共同工作过程中，机器每个总成性能的充分发挥都将受到其他总成性能的制约，而机器的牵引特性则将以机器外部输出特性的形式显示出各总成共同工作的最终结果，因此，在选择各总成的参数时，必须充分注意到它们之间相互的制约关系，这种制约关系主要反映在切线牵引力与发动机调速特性之间的相互配置，以及发动机的最大输出功率和工作阻力与行走机构滑转曲线之间的相互配置上。下面将着重讨论上述配置关系对各总成和整机性能的影响，以及如何保证机器牵引性能参数之间合理匹配的问题。

（一）切线牵引力在发动机调速特性上的配置

铲土运输机械的工作对象大多是较为坚硬的土石方，其中常常还有巨大的石块、树根等，土的均质性也比普通耕地差得多。因此，在作业过程中工作阻力会发生急剧变化，并常常出现短时间的高峰载荷以及行走机构完全滑转等情况，这是大部分铲土运输机构负荷工况的显著特点。工作阻力的急剧变化使得机器的切线牵引力也随之发生急剧的变化，后者通过传动系反映到发动机曲轴上来，就形成了曲轴的阻力矩急剧波动。许多研究表明，这种急剧波动的负荷对发动机的性能将产生很大的影响。

因此，在变负荷工况下，发动机的实际平均输出功率和平均比油耗会大大偏离它们的额定指标。平均输出功率和比油耗的数值与曲轴阻力矩MZ在调速特性上的配置位置有关。对于同样变化的切线牵引力，当选择不同的传动系传动比时，可以在发动机曲轴上获得一系列相似的负荷循环。因此，通过调节传动比的方法就可以改变发动机负荷循环在调速特性上的位置，这就产生了应该如何配置曲轴阻力矩在调速特性上的位置，以获得最大的平均输出功率的问题（见图4.5）。

图4.5　调速特性曲线

因此，发动机只有在稳定工况下工作时才能输出额定功率。而平均阻力矩的工作点才能配置得等于其额定转矩。当阻力矩发生波动时，发动机的最大平均输出功率总是小于它的额定功率。只有适当配置阻力矩在发动机调速特性上的位置，才能获得最大的平均输出功率。

（二）牵引性能参数合理匹配的条件

1.牵引性能参数合理匹配的第一个条件

由发动机转矩决定的最大牵引力 Pmax应大于地面附着条件所决定的最大牵引力（即附着力）Pϕ。

满足第一个条件的原因：牵引性能参数的匹配必须保证工程机械在突然超负荷时，首先发生行走机构的滑转，而不应导致发动机熄火，此时由发动机扭矩所决定的最大牵引力应留有适当的储备（相对于地面的附着力而言）。此时，行走机构的滑转起着一种自动保护作用。它一方面减轻了司机的操作，另一方面自动地保护了发动机不致严重超载。

2.牵引性能参数合理匹配的第二个条件

当发动机在额定工况下工作时，机器的行走机构将在额定滑转率工况下工作，此时由发动机额定功率决定的有效牵引力 PNeH与行走机构额定滑转率决定的额定牵引力 PH 应相等，即PNeH=PH。

满足第二个条件的原因：工程机械在这样的匹配条件下工作时，有效牵引力稍大于额定牵引力 PH （例如大 10% 左右），即会引起行走机构完全滑转。这样，便于司机在作业过程中掌握作业参数，使工程机械尽可能在接近额定牵引力的范围内作业。

牵引性能参数合理匹配第二个条件的作用是：

（1）由于行走机构滑转的自动保护作用将防止发动机在作业过程中产生严重超载。

（2）使发动机在工作循环的大部分时间内将在调速区段上工作，从而可保证发动机在变负荷工况下能获得较好的动力性经济性。

3.牵引性能参数合理匹配的第三个条件

工程机械工作过程中的平均最大工作阻力 Pmax应等于行走机构的额定牵引力 PH。(www.xing528.com)

满足第三个条件的原因：

为了使工程机械获得较高的生产率，应保证工程机械作业过程中发生的最大工作阻力应在行走机构的额定滑转率工况附近，从而保证工作装置的容量与额定牵引力相适应。

（三）速度挡位数的选择和各挡传动比的分配

机械上采用多挡变速器的目的，主要是为了满足不同工况（运输工况和牵引工况）、不同作业条件以及工作循环中不同工序对牵引力和速度的要求。

选择挡位数和分配传动比时，通常都遵循着一些共同的原则：

（1）必须保证机器牵引特性图上各挡速度曲线有适当的重叠，并且高一挡的最大有效牵引力点应该处于低一挡的速度曲线之下（见图4.6）。

图4.6　牵引特性的速度曲线

目的：当工作阻力大到必须换至低一挡时，机器的车速仍然接近换挡前的速度，发动机也不易熄火。

（2）为了使发动机的功率在各挡工作范围内均获得同等程度的利用（具有相同的平均功率），必须保证机器在各挡工作时发动机的扭矩、转速和功率都能在同一范围内变化。对轮式机械来说，也为了获得最大的起步加速度。

这一要求可通过按几何级数分配各挡传动比的方法来实现（见图4.7）。

证明：由于

其中

又有

从上式中消去 PK2，PK3，…，则

由此可得

传动比公比：

这就是说，根据上述分配原则所得的各挡传动比为一几何级数。

图4.7　传动系传动比按几何级数分配时的射线图