馬 峰

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030000）

0 引言

近年來，全地面起重機因為其具有坡路越野行駛、可轉(zhuǎn)移負載場地、道路行駛速度快等優(yōu)勢，在各種工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。全地面起重機屬于道路行駛車輛，其動力機械傳統(tǒng)系統(tǒng)功率大多都處于較大水平。在相關(guān)人員深入研究全地面起重機的過程中，大多將研究重點集中在機械傳動系統(tǒng)、靜液壓傳動系統(tǒng)、雙動力傳動系統(tǒng)等方面，但是很少分析其傳動系統(tǒng)動力學(xué)特征方面的問題。

1 全地面起重機傳動系統(tǒng)動力學(xué)特征

1.1 驅(qū)動力

當車輛在路面上行駛時，其會在一定程度上受到驅(qū)動力矩的影響，當車輪與地面接觸時有很大概率出現(xiàn)反向力，這就是驅(qū)動力。起重機發(fā)動機轉(zhuǎn)矩和車輪半徑能夠影響驅(qū)動力的大小[1]。

1.2 行駛阻力

在實際工作中，相關(guān)人員可以通過式（1）計算行駛阻力F：

式中：Ff為滾動阻力，其會在輪胎形變、車轍成型、輪胎存在附著作用時產(chǎn)生；Fw為空氣阻力，其會在空氣與車輛運動之間相互產(chǎn)生作用時出現(xiàn)，會受到迎風(fēng)面積、濕度以及空氣密度等參數(shù)的影響；Fi為坡道阻力，當起重機整體在道路上行駛時，重力方向會出現(xiàn)分力，會受到坡度大小的影響；Fj為加速阻力，其主要是在車輛突然改變運動狀態(tài)產(chǎn)生，會受到車輛加速度和質(zhì)量的影響。

1.3 附著力

附著力就是車輛行駛過程中受到地面的極限驅(qū)動力，在計算時可使用式（2）：

式中：Fβ為附著力，N；μ 為附著系數(shù)；Fz為軸荷，N。附著系數(shù)是當車輛勻速行駛在水平路面上時，垂直荷載和最高驅(qū)動力之間的比值。附著系數(shù)會在很大程度上受到輪胎結(jié)構(gòu)、車輛行駛速度、路面情況等因素的影響，各種路面附著系數(shù)如表1 所示。

表1 各種路面附著系數(shù)

2 全地面起重機傳動系統(tǒng)損耗功率的主要因素

因為起重機在向驅(qū)動輪中傳輸輸入功率時，零件之間會出現(xiàn)摩擦和振動的情況，會導(dǎo)致一定功率被損耗，降低其傳動效率，從而使其動力性能受到不良影響。同時，全地面起重機擁有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，尤其是傳動系統(tǒng)中存在較多部件，在實際傳動過程中必然會伴隨著損耗功率的問題，某全地面起重機混合傳動系統(tǒng)如圖1 所示。當車輛行駛處于勻速狀態(tài)時，其主要包括兩方面的傳動損失，一方面是滾動阻力、輪胎滑轉(zhuǎn)、部件間摩擦消耗等損耗的功率；另一方面是在傳動系統(tǒng)中當傳動部件不同時也會存在不同的傳動效率，其中輪邊減速器、分動器、差速器、主減速器、離合器、變速器的傳動效率分別為95%、95%、96%、96%、96%、90%。通過相關(guān)分析可知，在降低行走系統(tǒng)的損耗后，全地面起重機的滾動和滑轉(zhuǎn)效率就能夠得到有效提升，但是在實踐過程中擁有較高的難度。因為在不斷提高整車質(zhì)量時，同時其也會擁有越來越大的附著力，將減少滑轉(zhuǎn)，使?jié)L動擁有更大阻力等。因此，為了使行走系統(tǒng)擁有更高的工作效率，需要相關(guān)人員充分考慮路面結(jié)構(gòu)和行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各方面因素。

圖1 某全地面起重機混合傳動系統(tǒng)示意圖

3 全地面起重機動力影響分析

3.1 利用分時驅(qū)動

驅(qū)動原理，使用分動器完成斷開和接通兩個驅(qū)動軸的工作，并且能夠有效切換雙軸、四軸等驅(qū)動形式[2]。同時，在此種驅(qū)動形式下，相關(guān)人員可以根據(jù)路面實際情況選擇適宜的驅(qū)動方式，使整車擁有更優(yōu)越的動力性能，從而降低使用時消耗燃油的情況。

3.2 仿真分析

本次研究將合理使用斷開分動器，連接其和兩個驅(qū)動輪。設(shè)置60 s 仿真時間，0.7 路面附著系數(shù)，并利用Step 函數(shù)模擬變速箱傳輸轉(zhuǎn)矩，在整車起步時使用1 擋，在2 s 之后提升到2 擋，當?shù)竭_12 擋時，起動機以均勻速度行進，在各擋位下變速器的輸出轉(zhuǎn)矩如表2 所示。

表2 各檔位下變速器的輸出轉(zhuǎn)矩

在仿真時可知，自1.8 s 后整車車速進入不斷上升狀態(tài)，在50 s 時能夠達到最高的速度，之后行駛一直處于勻速狀態(tài)[3]。所以，仿真前5 s 內(nèi)快速提高車速，在5～12 s 時車輛速度上升情況較為平穩(wěn)，在12～50 s 內(nèi)開始降低上升速度，到50 s 上升情況終止。在水平路面行駛環(huán)境中，當起重機驅(qū)動方式不同時其動力性能也會存在差異，詳細情況如表3 所示。

表3 全地面起重機動力性能情況

與四軸驅(qū)動的方式相比，雙軸驅(qū)動在起步時間方面差異并不明顯，但是卻擁有多出6 s 的原地加速時間，兩者最高速度存在4 m/s 的差距。對出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因開展分析，主要是因為雙軸驅(qū)動方式存在較低的車輪滑轉(zhuǎn)效率，致使出現(xiàn)較快的驅(qū)動增長速度，但是在起步后，由于其存在較少驅(qū)動輪，無法充分利用附著系數(shù)，致使驅(qū)動力變化速度較為緩慢，而且存在有限的速度增長幅度。

3.3 動力影響分析

變速器主要通過改變發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、功率等影響傳動。經(jīng)過對發(fā)動機外特征曲線進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)752 r/min 是最低的發(fā)動機穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，2 200 r/min 為最高轉(zhuǎn)速。在提高轉(zhuǎn)速的過程中，同時也會增加功率、轉(zhuǎn)矩，當達到1 100 r/min轉(zhuǎn)速時，其可達到最高的2 800 N·m轉(zhuǎn)矩，然后會持續(xù)降低，直到1 800 r/min，可以達到最高480 kW 功率，隨之會不斷減小功率。在不斷增加變速器檔位的過程中，會不斷降低其驅(qū)動力，而且在增加車速時，也會出現(xiàn)相對較大的行駛阻力。在提高車速后，在檔位相同的情況下驅(qū)動力會表現(xiàn)出先增加后降低的變化過程，在達到75 km/h 車速后，有相交現(xiàn)象出現(xiàn)在12 擋位置行駛阻力和驅(qū)動力中，證明整車最高可以達到75 km/h 的速度。在不斷提升變速器檔位的過程中，將不斷降低起重機加速度，同時提升車速[4]。當起重機為1 擋時擁有最高的加速度，為3.5 m/s 加速度，當12 擋時擁有最低加速度，為接近0 的加速度。在不斷提高變速器檔位時，也會逐漸降低其后備功率，車速也越來越快，在檔位相同的情況下后備功率存在先增加后降低的變化趨勢。在最高車速時，可存在0 后備功率。

4 結(jié)語

在本次研究中深入分析了全地面起重機的動力特征，了解了其動力影響因素，并借助分時驅(qū)動原理，探討了在驅(qū)動方式不同的情況下起重機的動力性能，明確了可以影響其動力性能的關(guān)鍵因素，也就是除了在起重機最高運行速度狀態(tài)下，其擁有越低的變速器檔位，就會擁有越優(yōu)越的動力性能。