周新文

鋼廠低速牽引車牽引力、爬坡度分析計算

周新文

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

分析計算低速牽引車的牽引能力和爬坡能力（驅(qū)動輪不打滑），列車所需最大牽引力、爬坡度，為鋼廠低速牽引車的動力傳動系統(tǒng)匹配選型提供參考數(shù)據(jù)。

低速牽引車；牽引力；爬坡度；分析計算

前言

過去兩百年鋼鐵工藝技術(shù)革命的核心是解決“效率”問題，今天提高作業(yè)效率依然是鋼鐵企業(yè)所追求的。廢鋼自卸車、廢鋼料槽車、渣罐車、成品運(yùn)輸車（螺紋鋼、鋼管、鋼卷等）的有效載荷均在60t～90t，多以牽引甩掛作業(yè)模式。由于場內(nèi)限速30km/h、多采用實(shí)心輪胎、所以重載車速更低，場內(nèi)坡度≤8%，所以以下分析計算中均不考慮空氣阻力。為確保車輛在鋼廠場內(nèi)運(yùn)輸安全可靠，提高運(yùn)輸效率，只需對低速牽引車及列車所需最大牽引力、最大爬坡度進(jìn)行分析計算，為后期整車的動力傳動系統(tǒng)最終合理選型提供幫助。

1 低速牽引車的驅(qū)動力計算

牽引車的動力性是各項(xiàng)性能中最基本的最重要的一種性能，取決于發(fā)動機(jī)功率和扭矩及傳動系統(tǒng)。為了提高鋼廠低速牽引車的動力性，變速器多選配帶液力變扭器，保證平穩(wěn)輸出大扭矩?，F(xiàn)結(jié)合具體車型重點(diǎn)對低速牽引車最大牽引力、最大爬坡度進(jìn)行分析計算。

表1 示例車型參數(shù)

式中：

F：驅(qū)動力，N；—車輪半徑，m；

η：傳動效率；i：變速箱傳動比；

i：驅(qū)動橋總速比；T：發(fā)動機(jī)最大扭矩，Nm；

η：傳動效率，取0.83

2 爬坡度計算

式中：—列車爬坡度，%；動力因數(shù)：

取滾動阻力系數(shù)f≈0.022，則爬坡度按以下公式近似計算：

圖1

在有效載荷90000kg，列車總質(zhì)量120000kg時，經(jīng)計算：

低速牽引車最大爬坡度約為23.7%。

3 牽引力計算

3.1 低速牽引車最大輸出牽引力Fk

由于低速牽引車車速較慢，不考慮空氣阻力，F=0，即：

3.2 列車所需牽引力計算

驅(qū)動力計算按整車在8%坡道上，以坡道靜態(tài)起步和坡道行駛情況來進(jìn)行分析，同樣適用汽車行駛方程式（忽略空氣阻力）：

式中：

F—靜態(tài)起步阻力，F=φ×G×g，靜態(tài)起步阻力系數(shù)取0.075；—重力加速度，m/s2

F—坡度阻力，F=，坡度阻力系數(shù)取0.08（即8%坡度）；

F—滾動阻力，F=f×G×g，滾動阻力系數(shù)取0.022；

F—加速阻力，F=j×G×g，加速阻力系數(shù)取0.015；

當(dāng)列車總質(zhì)量G為120000kg，在坡度為8%時，經(jīng)計算：

坡道靜態(tài)起步時，列車所需的牽引力F為：

坡道行駛時，列車所需的牽引力F為：

在以上工況下，列車所需牽引力為182280N，小于低速牽引車的最大輸出牽引力304966N，能夠正常牽引行駛（驅(qū)動輪不打滑）。

3.3 濕滑路面、靜態(tài)起步的計算分析

通常對低速牽引車的驅(qū)動力、牽引性能計算分析多在干燥良好水泥路面情況下，而在雨后濕滑路面的情況考慮的較少，所以載質(zhì)量在90t左右情況時，牽引車靜態(tài)起步時，出現(xiàn)前輪打滑、橫擺、側(cè)偏現(xiàn)象，即所謂方向“發(fā)飄”，司機(jī)無“路感”，無法保持穩(wěn)定行駛。從汽車的操縱穩(wěn)定性分析，車輛在靜態(tài)起步和加速時，作用在前輪上的垂直負(fù)荷是減小的，后輪的垂直力是增加的。以下只從靜態(tài)起步工況來計算分析。

前軸的滿載軸荷為10928kg，占比27%，滿足轉(zhuǎn)向所需扭矩，同時也滿足GB7258中關(guān)于機(jī)動車在空載和滿載狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向軸軸荷分別與該車整備質(zhì)量和總質(zhì)量的比值≥20%的要求。

靜態(tài)起步工況時，驅(qū)動輪的附著力決定于附著系數(shù)以及地面作用于驅(qū)動輪的法向反作用力。

車輛保持正常平穩(wěn)起步，必須符合汽車行駛的附著條件，即前輪的地面切向反作用力不能大于附著力。

式中：

2—靜態(tài)起步時，驅(qū)動輪附著力，；

2—靜態(tài)起步時，驅(qū)動橋軸荷，；

—重力加速度，m/s2；

驅(qū)動橋滿載軸荷為：2=29678kg

∴2=145422N

靜態(tài)起步時，列車所需的驅(qū)動力為：

==88200（7）

式中：

—靜態(tài)起步阻力，N；

—靜態(tài)起步阻力系數(shù)，取0.075；

—重力加速度，m/s2

經(jīng)計算：

F

t

<

F

φ

2

（8）

∴滿足正常行駛。

4 結(jié)論

通過對鋼廠場內(nèi)低速牽引車的牽引力和最大爬坡度簡明分析計算，以及在路面潮濕工況下，對列車能夠正常行駛的附著條件的計算分析，能夠較快速幫助我們較全面地對大噸位牽引車的動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行較合理的匹配選型和軸荷分配。

[1] 余志生,汽車?yán)碚?第5版[M]機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2] 彭莫,刁增祥,汽車動力系統(tǒng)計算匹配及評價,[M]北京理工大學(xué)出版社,2009.

[3] 吳逸民.大型平板列車組牽引力、爬坡度計算及應(yīng)用.重型汽車2005.3.

[4] 王霄鋒.汽車底盤設(shè)計.第2版.[M]清華大學(xué)出版社,2018.1.

Analysis and calculation of traction and climing degree of low-speed tractor in steel mills

Zhou Xinwen

( Shaanxi Automobile Holding Group Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Analyze and calculate the traction and climbing ability of low-speed tractor (driving wheels do not skid),the maximum traction and climbing slope required for the train, and provide reference data for the matching and selection of the power transmission system of low-speed tractor in steel mills.

Low speed tractor; Traction; Climing degree; Analyze calculations

U467

B

1671-7988(2019)18-165-03

U467

B

1671-7988(2019)18-165-03

周新文，工程師，就職于陜西汽車集團(tuán)控股有限公司技術(shù)中心、從事特種車產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.055