張巖，李嘉，郭志平（.西安職業(yè)技術學院，陜西 西安 7003；.內(nèi)蒙古工業(yè)大學機械工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0005）

輕型山地運輸車戰(zhàn)技指標方案論證

張巖1，李嘉2，郭志平2
（1.西安職業(yè)技術學院，陜西 西安 710032；2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學機械工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

摘 要：該設計的任務是對需要在地區(qū)地形復雜，路況很差的道路運輸設備和物資設計的一款山地運輸車的方案論證。在初步確定山地運輸車的總質(zhì)量、最高車速范圍、最大爬坡度、輪胎規(guī)格的基礎上，首先，根據(jù)提供的原始參數(shù)和數(shù)據(jù)，對該車各主要總成進行選型，選擇符合實際的發(fā)動機。其次，對山地車進行動力性和經(jīng)濟性分析，調(diào)整發(fā)動機與傳動系參數(shù)的匹配，使其既能滿足動力性需求，也能滿足經(jīng)濟性要求，從而完成基礎的方案論證。

關鍵詞：山地運輸車；發(fā)動機選型；數(shù)據(jù)擬合

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.038

CLC NO.: U469.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-104-03

引言

山地運輸車，是指適合能夠適應惡劣道路環(huán)境及野外行駛并運送緊急較輕物資的運輸車,具有一定的越野行駛能力。本次要設計的山地運輸車是一種能夠在邊區(qū)、災區(qū)等路面狀況差或無路地區(qū)運載較輕緊急物資的運輸車，車輛爬坡度要求高、適應復雜道路環(huán)境狀況，經(jīng)常需要通過一些惡劣地帶，能夠到達一般的運輸車無法到達的地區(qū)。綜合以上國內(nèi)環(huán)境道路的實際情況，現(xiàn)階段國內(nèi)國外的汽車研發(fā)的科學水平，以及設計中的技術和實際要求，輕型山地運輸車的設計研發(fā)具有重要的實際意義和迫切的需求，因此，此次設計要充分考慮汽車的動力性、通過性、經(jīng)濟性等因素。

山地運輸車設計的主要技術指標：（1）運輸車總質(zhì)量：2060kg，越野裝備質(zhì)量：600kg；（2）最高車速范圍：60-70Km/h；（3）最大爬坡度：100%；（4）輪胎規(guī)格：215/80R16越野輪胎，外徑：0.750m。

1、發(fā)動機主要性能指標的選擇

1.1 發(fā)動機最大功率Pemax和相應轉(zhuǎn)速NP

在實際工作中，還利用現(xiàn)有汽車統(tǒng)計數(shù)據(jù)初步估計汽車比功率來確定發(fā)動機應有功率。

對于貨車，式中第一項的數(shù)值大體一致。式中第二項是克服空氣阻力功率的部分，它隨A/m變化，所以第二項將隨著總質(zhì)量的增加而逐步減少[1]。下圖是貨車比功率與總質(zhì)量的關系圖。

由設計的主要技術指標得山地運輸車的總質(zhì)量是2060kg，比功率在15-23kw/t，由比功率公式（1）得Pe為41.2kw。

1.2 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應轉(zhuǎn)速nT

（4）規(guī)?；l(fā)展用地難仍然存在。土地作為一種資源，越來越緊缺，由于耕地保護政策和禁養(yǎng)區(qū)限養(yǎng)區(qū)劃定，使養(yǎng)殖用地進一步的縮減，未來不僅面臨養(yǎng)殖人員的問題，更要解決養(yǎng)殖場地的問題。

根據(jù)公式（2-2）計算確定Temax

式中，α為轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)，在1.1~1.3之間由發(fā)動機最大功率Pemax和相應轉(zhuǎn)速NP和最大轉(zhuǎn)矩Temax及相應轉(zhuǎn)速選擇型號為V1505-T發(fā)動機。

2、汽車變速器的傳動比的選擇

2.1 變速器最小傳動比的選擇

傳動系的總傳動比是傳動系中各部件傳動比的乘積，即最小傳動比過小時，發(fā)動機的加速性不好，容易出現(xiàn)發(fā)動機的噪聲和振動。但最小傳動比過大時，發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性就會不好，當發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時噪聲過大。所以最小傳動比的選擇應該兼顧動力性和經(jīng)濟性。所以山地運輸車的變速器最小傳動比為1。

2.2 變速器最大傳動比的選擇

確定最大傳動比時，需要考慮三個方面的問題：最大爬坡度、附著率及汽車最低穩(wěn)定車速。對于普通汽車來說，傳動系最大傳動比itmax是變速器1檔傳動比ig1與主減速器傳動比io的乘積。當汽車爬坡時，車速相對較低，同時可以忽略空氣的阻力，因此汽車的最大驅(qū)動力應如下計算：

式中：imax為最大爬坡度，imax=45度

由設計的主要技術指標得山地運輸車的Ttqmax。在進行動力性分析時，無試驗得到準確滾動阻力系數(shù)值，可用經(jīng)驗公式大致估算。

α=45%，輪胎外徑：0.750m，r=0.750m；傳動效率取0.82-0.85。

最大傳動比確定后，還應計算驅(qū)動輪的附著率，檢查附著條件是否滿足上坡或者加速的要求。

綜上所述，汽車變速器最高檔的傳動比為3.84。

2.3 變速器傳動比的選擇

在選定汽車的最小傳動比imin、最大傳動比imax及傳動系的檔位數(shù)后，應當確定中間各檔的傳動比。實際上，汽車傳動系各檔位的傳動比大體上是按照等比級數(shù)分配的。

令公比為q，則q3=3.84所以q=1.566。最后四個檔位的傳動比為i1= 3.84，i2=2.45，i3=1.566，i4=1。

3、汽車動力性及燃油經(jīng)濟性計算

3.1 運用matlab繪制發(fā)動機驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖

運用表中各數(shù)據(jù)用matlab軟件polyfit工具擬合發(fā)動機驅(qū)動力各檔位F與車速v的關系式繪制發(fā)動機驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖。

圖上所示為I、II、III、IV檔位驅(qū)動力與速度的關系圖，點劃線表示的為爬坡檔位的驅(qū)動力與速度的關系。圖中紅線為行駛阻力與車速的關系線，紅線與IV檔相交時，驅(qū)動力與行駛阻力達到了平衡，此時汽車的車速最高，最高車速約為67m/s。

3.2 汽車通過性的驗證

由于不同行駛路面滾動阻力系數(shù)對汽車的通過性由一定的影響，現(xiàn)通過取用不同路面的滾動阻力系數(shù)，對汽車行駛時阻力與行駛車速及檔位進行驗證。在不同滾動阻力系數(shù)，發(fā)動機驅(qū)動力各檔位F與車速v的關系式繪制不同滾動阻力系數(shù)發(fā)動機驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖。

圖上所示為I、II、III、IV檔位驅(qū)動力與速度的關系圖，點劃線表示的為爬坡檔位的驅(qū)動力與速度的關系。圖中紅線為不同滾動阻力系數(shù)與行駛阻力與車速的關系線。由下向上分別為f=0.01，f=0.03，f=0.05，f=0.07，f=0.10的行駛阻力與車速的關系曲線。

3.3 汽車爬坡性的驗證

由于山地運輸車多運行在西藏、貴州等偏遠地區(qū)，對汽車的爬坡性能要求較高，現(xiàn)通過取用不同路面的爬坡度，對汽車行駛時爬坡能力進行驗證。不同爬坡度，發(fā)動機驅(qū)動力各檔位F與車速v的關系式繪制驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖。

圖5所示為I、II、III、IV檔位驅(qū)動力與速度的關系圖。圖中紅線為不同滾動阻力系數(shù)與行駛阻力與車速的關系線。由下向上分別為i=0%，i=20%，i=40%，i=60%，i=80%，i=100%的行駛阻力與車速的關系曲線。當i=100%時，紅線與爬坡檔曲線有交點，交點橫坐標約為31m/s，所以所選發(fā)動機動力性符合設計要求的爬坡度100%。

4、結論

本文是對復雜路況設計的一款輕型山地運輸車的方案論證。根據(jù)車輛提供的原始參數(shù)和數(shù)據(jù)，為山地運輸車選擇V1505—T型發(fā)動機,并根據(jù)V1505—T型發(fā)動機外特性曲線圖，繪制驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖，利用直觀的圖例證明輕型山地運輸車的動力性，突出山地車良好的動力性，爬坡性。發(fā)動機能夠保證山地運輸車的動力性，在此基礎上，兼顧燃油經(jīng)濟性。

參考文獻

[1] 余志生.汽車理論（第五版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.

[2] 劉惟信.汽車設計[M].北京:清華大學出版社,2001.

[3] 陳家瑞.汽車構造（第五版）[M].北京:人民交通出版社,2006.

[4] 蔣美華,齊丹,李慧梅,李栓成,童敏勇.裝載機總體布局可行性分析研究 [J].工程機械,2006(08):7-12.

[5] 鄧薇.Matlab 函數(shù)全能速查寶典[M].北京:人民郵電出版社,2012.

The Demonstration Program of Light Mountain Truck Tactical Technical Index

Zhang Yan1,Li Jia2,Guo Zhiping2
( 1.Xi'an Vocational and Technical College, Shaanxi Xi’an 710032; 2. Mechanical College of Inner Mongolia University, Mongolia Hohhot 010051 )

Abstract:The design task is in the area with complex terrain, poor road conditions road transport equipment and supplies designed a mountain truck demonstration program. In the preliminary determination of the total mass of the mountain truck, top speed range, the maximum gradeability, tire size, first, according to the original parameters and the data provided by the major assembly on the car selection, choose realistic engine . Secondly, the bike be dynamic and economic analysis, adjusted to match the engine and drive train parameters, it can meet the power demand, but also to meet the economic requirements, thus completing the basic demonstration program.

Keywords:Mountain transport vehicle; Engine selection; Data fitting

作者簡介：張巖，助教，就職于西安職業(yè)技術學院，研究方向為發(fā)動機性能及其與車輛匹配技術。

中圖分類號：U469.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-104-03