CPCD250叉车发动机掉转分析及应用研究

林青山

（山东省特种设备检验研究院济宁分院，山东 济宁 272000）

CPCD250叉车发动机掉转分析及应用研究

林青山

（山东省特种设备检验研究院济宁分院，山东 济宁 272000）

文中阐述了CPCD250叉车在特定工况下出现的发动机掉转熄火现象，分析了导致叉车发动机掉转的相关因素。通过对发动机及液压系统的功率匹配计算，并结合实验测试数据，得出发动机功率与液压泵功率的变化速度不匹配是CPCD250叉车发动机掉转的根本原因。根据分析计算的结果，研究了解决发动机掉转熄火的方法，并对故障车辆进行了应用调试。

叉车；发动机；掉转

CPCD250叉车是额定起重量为25t的内燃平衡重式叉车，是近年来我国自主研制出的一款高性能重装叉车。由于其上市时间不长且销量较低，部分高精尖技术尚不成熟，尤其是发动机电控及液压系统匹配技术比较欠缺，导致此款叉车在性能方面仍然存在着一些瑕疵。其中最棘手的问题是在特定工况下会出现发动机掉转甚至熄火，这种情况不仅会影响叉车的正常使用，严重时还会对车辆及人员造成伤害，导致安全事故的发生。针对这种现象，文中从发动机与液压系统的功率匹配出发进行分析计算，并采用试验数据进行验证，找出导致这一故障的根本原因，提出具有可行性的解决方案，成功攻克了这一难题。

1 叉车发动机掉转分析

近日，某叉车使用单位新购置的一台CPCD250叉车出现了比较频繁的发动机掉转甚至熄火故障，售后服务人员多次维修均未能解决，希望山东省特种设备检验研究院济宁分院协助解决。该院专家经过现场检验，发现在满载的工况下，发动机在1600rpm工作时，如果快速操纵起升或倾斜手柄，发动机转速会掉600～700rpm，有时甚至会熄火；如果缓慢操纵起升或倾斜手柄，掉转情况则不明显。发动机掉转速是指发动机在正常工作状态下，转速突然下降的现象。一般来说，导致发动机掉转速的因素主要有以下几种：一是发动机气路不畅，例如空滤器堵塞等造成发动机进气量不足；二是发动机油路不畅通，导致油泵吸油不足；三是发动机输出功率不能满足负载的需求，具体来说就是液压泵的扭矩/功率超过发动机输出的扭矩/功率。在检验现场仔细检查了叉车的气路和油路，并分别将空气滤清器和柴油滤清器拆下进行了详细测试，发现气路和油路均正常畅通，因此初步判断故障原因为发动机输出功率不能满足负载的需求。

2 发动机与液压系统的功率/扭矩匹配计算

经过与该品牌叉车制造商沟通，并查阅相关技术资料，确定了叉车的配置信息及主要技术参数如下。发动机采用沃尔沃TAD721VE柴油发动机，最大功率447KW/1800rpm，分动箱速比0.8125，所有装置最大功率和为412KW。液压系统采用力士乐双泵A11VLO145LE2S/11L-NZD12K01P，单个泵排量145L/min，双泵最大排量为290L/min。主泵功率340kW，压力330bar。发动机功率/扭矩曲线见图1。

图1 发动机功率/扭矩曲线

主泵的最大功率为340kW，发动机的最大静功率为447kW，风扇等其他消耗约为20%。取发动机转速n为1600rpm，计算泵的功率如下：

式中：

Δp—压力差，Δp=（p-0）bar；

P—最大压力，p=330bar；

η—总效率，η=0.95；

Vg—双泵最大排量，Vg=290L/min；

ηv—容积效率，ηv=0.98；

I—分动箱速比，i=0.813；

qv—输出流量，

将各参数带入公式中，得出泵的最大功率：

P1=323.8kW。

发动机输出功率P2为当前转速下的功率减去损耗，查图1发动机功率曲线图得出在发动机转速为1600rpm时，发动机总功率为415kW，则

P2=415×（1-20%）=332 kW。

通过以上计算可知，在发动机转速为1600rpm时，泵的最大功率P1小于发动机输出功率P2，发动机输出功率满足负载的需求。

取发动机转速n为1600rpm，计算泵的力矩如下：

泵的最大力矩：

式中：

ηmh—机械液压效率，ηmh=η/ηv。

发动机输出力矩T2为当前转速下的力矩与分动箱速比的乘积，查图1发动机扭矩曲线图得出在发动机转速为1600rpm时，发动机扭矩为2439Nm，则

T2=2439×0.813=1983Nm。

通过以上计算可知，在发动机转速为1600rpm时，泵的最大力矩T1小于发动机输出力矩T2，发动机输出力矩满足负载的需求。

通过液压泵的功率/扭矩匹配计算得知，在正常工作状态下，泵的功率/扭矩＜发动机的功率/扭矩，不应出现掉转熄火现象。

3 发动机功率比/扭矩比测试分析

此款发动机是电控发动机，发动机的ECU（电控单元）可以将当前转速下的功率比、扭矩比发往CAN总线，通过计算机可以获取这两个参数，通过参数对比分析来查找发动机掉转的根本原因。经过多次测试，得到参数见表1。

表1 测得的发动机相关参数

通过以上数据发现：在不同的发动机转速下，快速动作时的功率比均超过了70%。此款发动机为涡轮增压发动机，当功率比＜60%时，涡轮增压不起作用，发动机功率上升速度较快，能够及时响应液压泵的变化；当功率比≥60%时，涡轮增压开始作用，由于该款发动机排量较大，在这种情况下发动机功率上升速度较慢，跟不上液压泵功率的变化速度。

综上所述，CPCD250叉车发动机掉转的原因为：叉车满载的情况下快速起升或倾斜时，负载变化较大且较快，发动机功率变化速度跟不上液压泵功率的变化速度。具体来说就是叉车快速起升或倾斜载荷时，液压泵和发动机的功率均上升，但泵功率上升的速度远高于发动机功率上升的速度，虽然最终泵的功率没有超过发动机，但在某些时刻泵的瞬时功率超过发动机功率，从而导致发动机掉转[1］。

4 研究解决方案并调试

根据以上分析，文中针对发动机掉转的故障制定了两个解决方案：一是利用电气控制系统来调节液压泵的功率，在刚开始快速动作时，限制泵的功率，避免泵全功率工作，当发动机的功率变化跟上泵的功率变化时，再逐渐增大泵的功率；二是调节发动机的功率响应速度，避免泵的瞬时功率超过发动机功率。经过与叉车制造商、发动机供应商及叉车使用单位的多方沟通协调，发现如果采用第二种方案，不仅调节成本较高，而且会造成燃油率增加，发动机冒黑烟等情况，因此决定采用第一种解决方案。

调试时应根据发动机的掉转情况来进行，当发动机不掉转时不调节，当发动机掉转时，减小液压泵的功率，随后再增大泵的功率。具体的调试方法为：将动机转速差与泵功率做自适应关系，即只要转速差达到设定值，就减小泵功率，直至转速差减小到达设定值以下[2］。

经过现场反复调试，发现将掉转起始值设为100转时效果良好，掉转现象得到控制，最大掉转数稳定在100～200之间，叉车可以正常工作。由于发动机的功率变化速度与泵的功率差距很小，相对于整个叉车的工作来说只是瞬间的概念，因此对叉车的使用性能及设计参数没有影响。

虽然发动机掉转的问题已经解决，但是在使用中应尽量避免满载工况下快速操纵起升或倾斜手柄，因为这不仅会降低液压件的使用寿命，还会增加载荷掉落甚至砸伤人的风险。在后期的改进设计中可以在液压先导油路后增加一节流装置，减小主阀开启速度，使泵功率上升的速度减慢，给发动机较长的反应时间[3］。

5 总结

通过对CPCD250叉车发动机与液压系统的功率匹配计算，结合发动机功率比/扭矩比测试分析，找出了发动机掉转的根本原因，并针对分析结果制定了解决方案，在故障叉车上进行了调试，达到了预期的效果，有效地解决了发动机掉转的故障，保障了叉车的安全运行。

[1］陈以田，宋雨，韩立华.旋挖钻机发动机高原掉转分析[J］.建筑机械化，2005，26（7）：55-55.

[2］柳波，何清华，杨忠炯.发动机-变量泵功率匹配极限负荷控制 [J］.中国机械工程，2007,18 （4）：500-503.

[3］周盼，陶元芳.叉车发动机与液力变矩器匹配多目标优化[J］.起重运输机械，2012（3）：57-59.

Analysis and Application of CPCD250 Forklift Engine Turned

Lin Qing-Shan
( Shandong Special Equipment Inspection and Research Institute Jining Branch, Jining 272000,Shandong, China)

This paper states extinction phenomenon of CPCD250 forklift in specifi c conditions appear engine , and analyzes the factors related to forklift engine reversed. the power of the engine and hydraulic system matching calculation, combined with experimental data, obtained the change rate of the power of the engine and the hydraulic pump of the power does not match is the fundamental reason for the CPCD250 forklift truck engine reversed. According to the results of analysis and calculation of the solution to swing the fl ameout of engine, and the application of vehicle fault debugging.

Forklift; Engine; Turn around

2016-02-05

林青山，男，山东省特种设备检验研究院济宁分院，起重机械检验中心，助理工程师，检验员