陳增彬

摘 要：介紹了XXG3501型非公路自卸車傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配選擇與計(jì)算

關(guān)鍵詞：非公路自卸車；傳動(dòng)系統(tǒng)；匹配

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.110

0 引言

隨著露天礦山的開采和大型基礎(chǔ)工程的開發(fā)，中國礦用車市場的需求近年來穩(wěn)步增長。2009年11月，廈工重工YW3500-30噸級礦用自卸車順利下線，成為福建地區(qū)唯一具有礦山專用重型運(yùn)輸裝備生產(chǎn)能力的企業(yè)。廈工重工YW3500型非公路自卸車已在紫金山金銅礦完成工業(yè)性生產(chǎn)試驗(yàn)，投入小批量生產(chǎn)。目前，該車已經(jīng)得到紫金山用戶的認(rèn)可，開始批量裝備。本文著重對YW3500型非公路自卸車的改進(jìn)型XXG3501的傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配進(jìn)行選擇與計(jì)算分析。

XXG3501與傳統(tǒng)的兩軸式礦用車有所不同，它采用公路車模式的三軸車橋，前后橋均采用礦山專用車橋，單前橋轉(zhuǎn)向，雙后橋驅(qū)動(dòng)。因此在載荷儲(chǔ)備上往往大于同等噸位的兩軸礦用車。XXG3501的變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)直接連接，而非傳統(tǒng)兩軸礦用車的分體式安裝；舉升油缸采用單缸前置式，與兩軸礦用車的雙缸中置式也有所不同；整車行駛平順性、舒適性、制動(dòng)性等方面好于兩軸礦用車，轉(zhuǎn)彎半徑略大于兩軸礦用車。

1 XXG3501非公路自卸車傳動(dòng)系統(tǒng)的選型

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

XXG3501型非公路自卸車需要在礦山路面上行駛，急變載荷頻率高，負(fù)載大、經(jīng)常超載、工作環(huán)境惡劣。選型時(shí)就要求發(fā)動(dòng)機(jī)具有足夠的扭矩儲(chǔ)備系數(shù)和較大的剛度。因此，要掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線；充分了解了發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻、潤滑、燃油、進(jìn)氣、排氣、傳動(dòng)、調(diào)速、啟動(dòng)等系統(tǒng)的技術(shù)性能和安裝要求；明確發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)保要求和環(huán)境適應(yīng)性；確定發(fā)動(dòng)機(jī)制造標(biāo)準(zhǔn)、相應(yīng)附件如風(fēng)扇、水泵、啟動(dòng)馬達(dá)、發(fā)電機(jī)等附件情況。最終選定重汽杭發(fā)的非公路用機(jī)WD615系列高速柴油機(jī)。該機(jī)采用國外引進(jìn)技術(shù)，使用可靠，動(dòng)力性強(qiáng)，起動(dòng)迅速，維修方便。并且達(dá)到了歐Ⅱ（即國家排放標(biāo)準(zhǔn)B階段要求）。選用此款發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅是因?yàn)槠涑墒斓呐涮?，還因?yàn)榈V山原先使用的發(fā)動(dòng)機(jī)與此相似，礦山用戶對此也比較認(rèn)可。此外，重汽杭發(fā)的售后服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)遍布全國，售后服務(wù)非常方便。因此，XXG3501作為YW3500的改進(jìn)型，為了保持零件的通用性以及方便用戶的管理，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然選用重汽杭發(fā)，功率上升一個(gè)階段，達(dá)到247Kw（336馬力）。最大扭矩為1350N.m。

1.2 變速箱

為了確保車輛具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，使發(fā)動(dòng)機(jī)增加在經(jīng)濟(jì)外特性曲線下運(yùn)行的時(shí)間，要求變速器具有足夠的擋位和合理的數(shù)比。XXG3501所使用的變速器為法士特從美國引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的富勒雙中間軸變速器。該變速器采用主副箱組合設(shè)計(jì)、雙中間軸傳動(dòng)、主軸和主軸齒輪浮動(dòng)。速比范圍寬，結(jié)構(gòu)新穎、操縱輕便、扭矩儲(chǔ)備系數(shù)大、承載力強(qiáng)，在國內(nèi)使用非常廣泛。根據(jù)匹配計(jì)算，XXG3501選擇9擋箱，前進(jìn)擋最大速比為12.11，不帶超速擋，即最小速比為1。

變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)采用一體式安裝，即變速箱上帶有離合器殼，通過離合器殼與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼連接在一起。變速箱帶有離合器分離撥叉及離合器助力缸安裝支架，安裝撥叉及助力缸都非常方便。變速箱后端采用輔助支撐，增加了變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。

1.3 離合器

離合器的匹配主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩。國內(nèi)同等功率發(fā)動(dòng)機(jī)大多使用420推式膜片彈簧離合器。為了適應(yīng)礦山的超載及頻繁換擋，XXG3501選用430底拉式膜片彈簧離合器。此種離合器傳遞扭矩、摩擦面積均大于420離合器。另外，430離合器的分離軸承采用免維護(hù)式，與壓盤總成一起轉(zhuǎn)動(dòng)，不存在調(diào)整離合器分離軸承與膜片彈簧間隙的問題。而420推式離合器卻需要及時(shí)調(diào)整分離軸承與膜片彈簧間的自由間隙，一般為3mm。若摩擦片磨損后，沒有及時(shí)調(diào)整間隙，分離軸承與膜片彈簧長時(shí)間貼合，會(huì)很快燒壞。另外，膜片彈簧離合器能自動(dòng)調(diào)整分離杠桿與摩擦片間的距離，即在摩擦片磨損后，不需要人工調(diào)整分離杠桿，壓盤仍然能夠自動(dòng)調(diào)整，壓緊摩擦片，保證可靠的傳遞扭矩。

1.4 傳動(dòng)軸

傳動(dòng)軸種類多樣，按法蘭面可分為平盤連接、端面齒連接、翼型連接等。目前各配套廠廣泛使用端面齒傳動(dòng)軸。其優(yōu)點(diǎn)是：安裝方便，傳動(dòng)可靠，制造成本低。若采用平盤連接，則連接螺栓的數(shù)量及強(qiáng)度均有較高要求，安裝工時(shí)較多；采用翼型連接，則制造成本相對較高。通過綜合考慮，XXG3501選用汽車中使用最廣泛的端面齒傳動(dòng)軸。

2 匹配計(jì)算

動(dòng)力性是車輛各種性能中最基本、最重要的性能，也是傳動(dòng)系統(tǒng)中需要進(jìn)行匹配計(jì)算的內(nèi)容。動(dòng)力性的評價(jià)指標(biāo)可分為三個(gè)方面：第一，最高車速；第二，加速時(shí)間；第三，最大爬坡度。XXG3501為非公路自卸汽車，因此對加速時(shí)間沒有特別的要求，在本文中不進(jìn)行計(jì)算。

2.1 最大驅(qū)動(dòng)力

驅(qū)動(dòng)力計(jì)算公式為：各擋的凈驅(qū)動(dòng)力Ft=TtqigioηT/r

式中，Tt為作用于驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩（即凈輸出扭矩），ig為變速器傳動(dòng)比，io為主減速比，ηT為系統(tǒng)傳動(dòng)效率，r為車輪滾動(dòng)半徑（m）。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出扭矩對應(yīng)值從表1柴油機(jī)外特性曲線中可以得出。凈輸出扭矩：扣除了風(fēng)扇、發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)附屬設(shè)備和被驅(qū)動(dòng)部件的損耗約14Kw。

2.2 最高車速

按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）上汽車能達(dá)到的最高行駛速度（我國規(guī)定載質(zhì)量為滿載）。而XXG3501主要行駛在礦區(qū)內(nèi)崎嶇不平的土路面上。因此計(jì)算中路面附著系數(shù)設(shè)定為土路面。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與行駛速度關(guān)系μa=0.377rn/（igio）

式中，μa為汽車行駛速度（Km/h）；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；r為車輪滾動(dòng)半徑（m）；ig為變速器傳動(dòng)比；io為主減速器傳動(dòng)比。

滾動(dòng)阻力Ff=W×f

式中，W為整車重力，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)。車輛額定載重30噸時(shí)的滾動(dòng)阻力：

Ff=49000×9.8×0.03=14406N。可以得出以下結(jié)論：

滿載時(shí)，滿載最小穩(wěn)定行駛速度：1.27Km/h，滿載最大行駛速度：48.46Km/h。

2.3 最大爬坡度

通常按變速箱在最低擋，發(fā)動(dòng)機(jī)在最高扭矩時(shí)計(jì)算動(dòng)力動(dòng)力因素DⅠmax。計(jì)算公式為DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G。此動(dòng)力因素即可換算為最大爬坡度。

式中，F(xiàn)tⅠmax為最低擋的最大驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)W =CDAμa×μa/21.15為車輛的空氣阻力，G為整車滿載重力，CD為空氣阻力系數(shù)（取0.5），A為迎風(fēng)面積，即車輛在行駛方向的投影面積A=B×Ha（B=輪距，Ha=當(dāng)量車高）。計(jì)算空氣阻力按最高擋最高車速計(jì)算，即取最大值。

FW =CDAμa×μa/21.15=0.5×8.2775×48.46×48.46/21.15=459.54N

DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G=（228971-459.54）/480200=0.4759

代入下式

計(jì)算可得XXG3501在爬坡?lián)鯐r(shí)的最大爬坡度αmax=26.69°，約50.27%。

經(jīng)過對XXG3501動(dòng)力性指標(biāo)的匹配計(jì)算，可以得出XXG3501傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配是合理的，各配套廠技術(shù)成熟，整車動(dòng)力性良好，理論上滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。車輛的動(dòng)力性還與很多方面有關(guān)，如行駛的附著條件與附著率、車輛功率的平衡等等，本文中對XXG3501的動(dòng)力性也僅僅是計(jì)算最大驅(qū)動(dòng)力、最高車速、最大爬坡能力等基本動(dòng)力特性，因此應(yīng)用性及針對性強(qiáng)。若需要對整車動(dòng)力性做出更嚴(yán)格的評估，則需要更具體、深入的研究、計(jì)算與分析。endprint