平地机动力性评价指标研究

张鹏程

（长安大学道路施工技术与设备教育部重点实验室，陕西 西安710064）

随着平地机产量的迅速增加，产品更新换代的速度加快，平地机的传动方式和控制方法正向机电液一体化的的方向发展。原有的指标很难衡量行业的发展水平。本文针对平地机新技术的发展，及其性能评价指标陈旧的问题，在保证其作业安全和质量的前提下，对平地机的动力性指标进行研究，提出了补充和建议。本文研究分析了平地机液力锁止变矩器，分析了其闭锁原理，并提出了影响其性能品质的技术参数，从而确保平地机评价指标能适应国内平地机的发展。

1 加速性能评价

1.1 加速性能分析

加速性能是平地机的重要动力性指标。加速度a不是固定不变的，在车辆加速的过程加速度a是车速v的函数，如图1是加速度曲线。由曲线可知，平地机机起步加速过程，启动力矩是随着平地机车速v的变化而不断变化的。通常用平地机原地起步加速时间来评价平地机的加速性能。原地起步加速时间是指平地机由一档起步，并以最大的加速度（包括最恰当的换档时间）逐步换到最高档的最高速度时间[1]。

图1 加速度曲线

1.2 加速性能指标补充

原地起步加速时间反映了平地机由起步到最高速度的加速时间。实际中，平地机的最高速度用于高速转场、清除积雪等少数工况。平地机通常作业的速度在10 km/h左右[2]。

如图2所示，这是两台平地机的速度—时间变化曲线，从图中可以看出两台平地机的原地起步加速时间相同。但由于它们的加速过程不同，它们加速到最大速度的一半所需的时间也相差甚远。平地机原地起步通常并不是加速到最高速度，所以原地起步加速时间并不能科学地反映平地机的加速性能。鉴于平地机的作业速度通常在14~16 km/h处，作为对平地机加速性能的补充，可以将平地机原地起步加速到16 km/h所需的时间对平地机的加速性能评价进行补充。

图2 速度—时间变化曲线

2 液力锁止变矩器技术评价指标研究

2.1 平地机液力锁止变矩器指标现状

国产平地机传动方式主要是液力传动，动力传递路线如图3所示[1]。

图3 液力传动路线

由于在变速箱与发动机输出轴之间增加了液力变矩器，大大降低了对换档技术的要求以及突变负载对变速箱的影响，既实现了换档的平顺性，满足了作业质量的要求，也具有一定的载荷自适应能力，但液力变矩器的特性决定了平地机行驶速度可控性较差，且作业时传动系统高效区较窄，影响作业效率[1]。为了提高液力变矩器高速区的效率，许多厂商开始采用液力锁止变矩器。目前平地机液力锁止变矩器技术的相关评价还是处于空白，其液力锁止变矩器的技术和评价出现了断层。

2.2 液力锁止变矩器性能指标的补充

平地机采用液力锁止变矩器，液力变矩器的技术参数和闭锁品质指标对于提升平地机性能具有促进作用。

液力变矩器的闭锁机构是安装在泵轮与涡轮间的闭锁离合器。其工作状态决定了液力变矩器的3种不同工作状况，即：液力状态、机械状态及机械液力混合状态[3]。液力状态是指液力变矩器的闭锁机构不闭锁的状态；机械状态是指闭锁机构闭锁时的状态；而机械液力混合状态则指由液力状态向机械状态或由机械状态向液力状态过渡时的过渡状态。闭锁离合器的液压缸是装在泵轮壳内的旋转缸。在闭锁过程中，离合器活塞受到液压缸内工作油压的作用时克服变矩器补偿油压使活塞运动，并将离合器主、被动部分压紧，进而闭锁液力变矩器[3]。

2.2.1 打滑时间

打滑时间对离合器结合的平稳性有显著影响，但也影响到闭锁离合器摩擦零件的寿命。打滑时间越长，摩擦零件的滑摩功就越大，摩擦零件越易烧毁。所以设计打滑时间不易过长。由于涡轮当量转动惯量不同，打滑时间与排挡有关，低速挡当量转动惯量小，打滑时间短；高速挡当量转动惯量大，打滑时间长，应满足高速挡的打滑时间要求，设计为不超过1 s[4].

2.2.2 滑摩功率和滑摩功

在闭锁过程中，闭锁离合器在传递转矩的同时产生滑摩，最后使主被动零件转速相等。在滑摩过程中，离合器消耗的功称之为滑摩功。它是反映摩擦零件承受热应力能力的参数。滑摩功值取决于下列因素：摩擦片的压力、相对转速、换挡时间、发动机和变矩器的转矩变化特性、主被动零件的转动惯量、主被动零件的阻力矩、摩擦副的摩擦因数和表面状态和润滑强度及油的粘度等。在没有试验数据的条件下，滑摩功率、滑摩功分别按下面理论方法计算

式中：

PC为滑摩功率；

WC为滑摩功；

MC为闭锁离合器打滑过程中作用在泵轮上的滑摩力矩（N·m）.

2.2.3 涡轮传递的功率

在闭锁过程中，涡轮传递的功率有两部分：闭锁离合器产生的机械功率Plm和变矩器产生的液力功率Pcm.

式中：

MT为变矩器涡轮转矩（N·M）.

2.2.4 冲击度或冲击载荷

冲击度或冲击载荷是衡量闭锁时结合平稳性好坏的主要参数，冲击度或冲击载荷越小，结合品质越好[4]。冲击度即角加速度的变化率（δ＝ ε/△t），冲击载荷指闭锁过程中变矩器传递转矩所出现的最大值（或最大转矩波动量），一般应小于设计转矩与传动系动载系数的乘积。在闭锁过程中，变矩器传递的转矩为

3 结束语

文章通过平地机工况特点和发展趋势，从理论上分析了加速性能、几何通过性和液力锁止变矩器性能特点。在现有的基础上对平地机的加速性能，几何通过性和液力锁止变矩器性能指标进行了补充。

[1]林 涛.液压机械传动平地机关键技术研究[D].西安:长安大学，2012.

[2]高燕雯.轮式装载机性能评价指标和建模仿真研究[D].西安:长安大学，2013.

[3]霍晓东，申岳国，刘 琦，等.液力变矩器闭锁时机对传动系统动态特性影响的仿真研究[J].工程机械，2007，38（04）:53-57.

[4]孙旭光，项昌乐.新型牵引—制动型液力变矩减速器闭锁过程动态性能[J].机械工程学报，2006，42（S1）:9-15.