代立明

（山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原030006）

0 引言

車(chē)輛的動(dòng)力性主要由以下三方面的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)[2]：

（1）最高車(chē)速:指在良好的水平路面上車(chē)輛所能達(dá)到的最高行駛速度。

（2）最大坡度：指滿(mǎn)載時(shí)在良好路面上，車(chē)輛能爬上去的最大坡度。

（3）加速時(shí)間:指車(chē)輛的加速能力，它對(duì)平均車(chē)速有很大的影響。

煤礦液力傳動(dòng)車(chē)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(dòng)力性對(duì)最高車(chē)速、最大爬坡度和加速時(shí)間的影響是不同的。本文著重研究最高車(chē)速和最大爬坡度兩個(gè)參數(shù)。

1 動(dòng)力性模擬計(jì)算

在驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖上， 最高檔驅(qū)動(dòng)力曲線和行駛阻力曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的車(chē)速即是最高車(chē)速。 對(duì)液力變矩器而言，最高車(chē)速即為渦輪輸出功率曲線與阻力功率曲線的交點(diǎn)[3]。

式中 Ft——驅(qū)動(dòng)力

Ff——滾動(dòng)阻力

Fw——空氣阻力

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

圖1 車(chē)輛行駛受力分析圖

α 為坡度角，αlim1為車(chē)輛爬坡時(shí)的極限傾翻角，可用下式計(jì)算

αlim1=tan-1（b/h）

車(chē)輛爬坡時(shí)后輪所承受的徑向反力FZ2和車(chē)輛所受的滾動(dòng)阻力Ff為

FZ2=G（h sin α+a cos α）/L

ilim1=tan（αlim1）

Ff=fGcos α

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

φFZ2=Gsinα+Ff

則此時(shí)車(chē)輛能爬上的坡度ilim2為

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

第一檔最大動(dòng)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(dòng)比

nT——液力變矩器最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速

則受限于車(chē)輛驅(qū)動(dòng)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(chē)結(jié)構(gòu)、地面附著力和車(chē)輛最大驅(qū)動(dòng)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(jì)性的模擬計(jì)算

地面車(chē)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?lái)衡量燃油經(jīng)濟(jì)性[4]。 而工程機(jī)械采用單位作業(yè)時(shí)間燃油消耗量來(lái)衡量燃油經(jīng)濟(jì)性。本文考慮該類(lèi)車(chē)輛的運(yùn)行情況采用等速百公里油耗進(jìn)行模擬計(jì)算。

液力傳動(dòng)車(chē)輛工作時(shí)，百公里燃料消耗量的計(jì)算依賴(lài)于發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)工況下單位燃料消耗量的模擬計(jì)算方法[5]。 由車(chē)輛的轉(zhuǎn)矩平衡條件TT=Te

渦輪轉(zhuǎn)速

由汽車(chē)?yán)碚摽芍人侔俟锶加拖牧繛?/p>

液力傳動(dòng)車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算的關(guān)鍵就是求出確定液力變矩器的對(duì)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(wèn)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(jìn)行處理。

算法如下：

（1）根據(jù)給定的車(chē)速va，計(jì)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(jì)算nB、λB、K、F2。

（3）計(jì)算F（x）的值，并進(jìn)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(jìn)行計(jì)算。

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

圖2 燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)煤礦液力傳動(dòng)車(chē)輛的液力變矩器與柴油機(jī)的匹配和評(píng)價(jià)進(jìn)行兩方面的分析和模擬計(jì)算，對(duì)匹配過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器參數(shù)的選取采用優(yōu)化方法求極值進(jìn)行計(jì)算。本文介紹的匹配研究方法具有通用性和適用性， 計(jì)算結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，設(shè)備具有理想的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，較好的牽引和爬坡性能，能夠滿(mǎn)足煤礦井下惡劣作業(yè)工況要求。該方法對(duì)礦用汽車(chē)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配和計(jì)算具有實(shí)際指導(dǎo)意義。