基于工况分析的混凝土搅拌运输车经济性研究及试验测试

李孝先 邓云海 罗平

摘 要：混凝土搅拌车行驶作业分满载送料与空车回程工况，各占总行驶里程的50%。针对传统的传动系速比匹配主要考虑满载送料工况下的动力性与经济性最佳，从而导致空车回程工况发动机的负载率极低、耗油等问题，研究了一种基于搅拌车行驶作业工况循环的速比匹配方法，即在保证动力性的条件下满载送料与空车回程双速比，兼顾了空车回程的经济性。理论研究、仿真分析及试验测试结果表明，空车回程工况燃油经济性提高8%以上。

关键词：搅拌车 工况分析 经济性 仿真 试验

随着社会对节能和环保意识的强化，如何让汽车在拥有良好动力性的同时还拥有良好的燃油经济性已经成为了当前汽车领域之中研究的热点问题。汽车的动力性、经济性与发动机和整车动力系统的匹配是否合理有着非常密切的关系[1，2]。随着我国基础设施建设的快速发展，混凝土搅拌车作为一种运输商品混凝土的专用车被广泛应用，主要运输范围为城市及城郊结合部。传统的搅拌车主要是利用通用的载货汽车车底盘改装，增加一个专用上装装置，动力传动系的匹配主要是考虑满载送料行驶工况，而忽略了空车回程行驶工况占搅拌车总行驶里程的50%的特殊性，从而导致搅拌车有一半时间行驶在极不经济的状态下。

1 搅拌车作业工况分析

搅拌车是在载重汽车或专用汽车底盘上，安装一个可以自行转动的搅拌筒的专用汽车，它兼有载运和搅拌混凝土的双重功能。搅拌车由汽车底盘和专用上装两大部分组成。

搅拌车作业与通用公路载货车作业有其特殊性，为停车装料、满载送料、停车卸料及空车返回四工况循环作业。满载送料与空车返回为搅拌车的两个行驶作业工况，随着底盘轻量化及装载方量的加大，满载与空车质量相差在两倍以上，空车返回作业里程占总行驶里程的50%，导致搅拌车有一半里程运行在“大马拉小车”的极不经济工况下。

2 搅拌车动力传动系统匹配

搅拌车整车主要参数确定后，首要选择合适的发动机，发动机的功率越大那么就代表了汽车的动力性越好，但是过大的功率则会导致功率利用率下降，导致燃油经济性下降，同时还必须要加大动力传动系的质量。因此，需要对发动机的功率进行合理的选择。

当发动机选定之后，要实现动力系统合理匹配，就需要注重变速器的传动比及主减速器传动比。传动系的参数将会对汽车的动力性以及燃油经济性带来决定性的影响。可以通过计算机模拟计算来对传动系统基本参数如机械变速器的速比范围、档位数量以及驱动桥速比等各项参数进行选择，并进行理论分析，选择其中最佳的参数，进而实现动力传动系的合理匹配。

变速器传动比与主减速器传动比的乘积即为传动系的传动比。传动系速比范围（即最大传动比与最小传动比之差值）可以根据汽车在极限工况下的行驶要求初步确定。传动系的最大传动比应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着力、汽车的最低稳定车速和车轮的滚动半径来综合考虑。在确定传动系最大传动比时，一般以最大爬坡度为设计目标，其余两方面为约束条件进行校核。最小传动比的确定，对于侧重整车的动力性能和经济性能平衡，是选择最高档位时能让整车发挥出最高车速，即让最高车速出现在发动机的最大功率点上。也就是说发动机在最大功率时的转速时，汽车具有最大的速度。选定了imax及imin，并确定了变速箱的档数，就可根据汽车的性能要求，选择变速箱中间其他各档的速比[3]。

3 搅拌车整车性能模拟计算

根据上述动力传动系统匹配方法，对搅拌车试验样车满载时动力性和经济性计算、优化。下面以BSQ-0为基准变速器，以ZJ-0为基准驱动桥速比，以试验样车为基准车型，通过改变变速器的速比、档位数量以及驱动桥速比，研究空载时传动系参数对搅拌车动力性和燃油经济性的影响，见表1。

搅拌车满载和空载质量相差很大，在一定范围内减小传动系速比，燃油经济性可得到改善，而动力性下降不大。假设在传动系中增加一个减速箱，以降低主减速速比，速比如表2。

根据上述动力传动系统匹配方法对空载时搅拌车动力性和燃油经济性进行计算。

空载时，随着主减速比的减小，有效功率呈上升趋势，即发动机的功率利用率提高。

4 试验测试

在试验场构造综合试验道路工况，如图2所示，行驶工况如上图1所示。

測试油耗如表3所示。

由仿真结果与试验测试结果对比可知，二者所得整车油耗比较接近，仿真结果具有一定可信度。因此，在整车设计中，可采用附件程序计算整车动力性和经济性。

5 结论

由以上理论研究、仿真分析及试验测试结果表明，空载时，随着主减速比的减小，燃料消耗量呈下降的趋势。

根据上述计算结果及试验测试，减速箱速比取0.6-0.7比较合适，能兼顾满载和空载的动力性和经济性平衡。

参考文献：

[1]刘维信.汽车设计.[M]北京：清华大学出版社2001.7.

[2]王丽荣，上官云飞.基于Cruise自卸车动力性经济性仿真分析与优化.专用汽车，2007（3）：29～31.

[3]王铁，武玉维，李萍锋，郑利锋，王晓.重型载货汽车动力传动系统参数优化匹配.汽车技术，2010（9）：33～37.

[4]董金松.重型载货汽车动力传动系匹配研究.吉林大学.

[5]汽车设计.第4版.吉林大学.王望予主编 北京：机械工业出版社，2003.12.