關于低轉速發動機在裝載機上的應用

申富強等

摘 要：現階段，國外廠家比如卡特彼勒公司已經采用了用戶可以根據不同的作業工況來合理選用合適的功率模式在工作，使用戶大大節省了柴油的消耗量，創造了更大的經濟效益。文章重點研究了如何降低發動機轉速，通過和變矩器的合理匹配，以現場用戶大量的試驗數據來評價配置低轉速裝載機的省油效果。

關鍵詞：低轉速；發動機；試驗；匹配

中圖分類號：TH243 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0056-02

節能降噪是現階段裝載機優化的必然趨勢，國內國外各大裝載機生產商在裝載機的降低能耗，提高工作效率方面投入了大量的人力物力，現階段國內廠家主要通過調整發動機的功率匹配，優化發動機和變矩器的配置，提升變矩器的有效利用率，降低發動機轉速等手段來降低裝載機在工作過程中的油耗，在負荷比較大的工況選用大功率模式，在負荷比較小的工況選用經濟省油模式來有效的降低油耗。

1 低轉速發動機技術的應用目的

當今社會，用戶對裝載機的經濟省油性和排放的要求越來越嚴格，對發動機的排放、噪音和省油效果的要求日趨提高。低轉速發動機已經是目前裝載機行業的發展方向，國內和國外的工程機械企業正在開發或已開發出額定轉速為2 000 r/min的低轉速發動機。

近兩年，國內工程機械裝載機行業低轉速發動機配置在銷量比較大的中型裝載機上比較普遍，低轉速發動機的優點如下：

①發動機轉速降低使發動機的工作壽命延長。

②提高用戶使用的舒適性。

③降低噪音和尾氣排放濃度，減小環境污染。

④提高動力，節省柴油的消耗量。

2 低轉速發動機與變矩器、變速箱的匹配

2.1 裝載機生產作業循環特性

裝載機生產作業循環特性見表1。

裝載機用戶在實際鏟裝循環作業過程中是非常繁忙緊張的，在不同的工況下循環時間不同，通常的循環時間在30～50 s之間，比如在需要長距離運輸的煤場工況循環時間就會長一點，而在短距離的礦山工況循環時間會短一點，在每個循環工況的重復操作下，對發動機的動力輸出響應要求是很高的。

2.2 裝載機配置低轉速發動機與變矩器、變速箱的匹配

2.2.1 裝載機的動力輸出

裝載機的動力輸出分為兩部分：

①傳遞給液壓泵，由液壓泵傳遞給動臂油缸和轉斗油缸完成動力輸出。

②由發動機傳遞給驅動橋，再由驅動橋傳遞至車輪完成動力輸出。

裝載機發動機在額定點工作，變矩器在高效率區工作，裝載機會發揮出高效的動力性和經濟性。

所以如何充分利用發動機的功率，與變矩器的匹配關系十分關鍵。

2.2.2 裝載機的工作模式

裝載機工作分為兩種模式：

①裝載機運輸工況，發動機動力全部提供給車輪運輸。

②裝載機鏟裝運輸工況，此工況下發動機的輸出功率一大部分提供給裝載機的液壓系統工作用于鏟裝物料，余下的功率部分提供給變矩器供車輪運輸。

裝載機在工作過程中一般是在兩種模式下不停地更換運行，所以要使發動機和變矩器的匹配兼顧這兩種模式，必須根據裝載機在不同工況下確定不同的扭矩匹配曲線，通過大量的試驗數據來找到最佳的扭矩匹配點，以達到提高動力、節省油耗量的目的。

2.3 典型工況下對動力性能的要求

沙場、煤場、礦山發動機轉速分布對比圖如圖1所示，沙場、煤場、礦山液壓系統壓力分布對比圖如圖2所示。

2.4 裝載機低轉速發動機和變矩器匹配問題分析

由于國產變矩器的制造工藝及技術條件，使得變矩器的能容不高從而吸收功率性能較差，變矩器工作曲線偏右，如圖3所示，運輸工況時，i=0的匹配點在額定轉速點（扣除運輸工況時液壓系統消耗扭矩）明顯偏右，未充分利用發動機的功率，遠離柴油機經濟油耗區，油耗比較高，匹配不合理。

3 試驗驗證

將匹配后裝載機整機，在臺架測試合格后，將不同配置的試驗樣機在同一時間、同一地點進行試驗驗證：

①試驗場理想工況下生產率油耗試驗。

②用戶實際工況生產率油耗試驗。

3.1 不同工況下生產率油耗試驗

不同工況下生產率油耗試驗見表2。

3.2 不同工況下裝載機循環作業特點

不同工況下裝載機循環作業特點見表3。

司機感受：低轉速裝載機動力強勁，有強烈的“推背感”；高低轉速裝載機在操作性方面無明顯區別；轉向靈活、鏟料時提動臂有力、鏟斗挖掘有力，操作起來比較輕松。

4 結 語

高低轉速裝載機通過不同工況的油耗對比試驗，得出在試驗場、井陘礦山和包頭煤場的場地作業時配低轉速發動機的裝載機的每斗平均油耗相對于配置高轉速發動機的裝載機省油效果較明顯；在成都砂石場作業時配低轉速發動機的裝載機的每斗平均油耗相對于配置高轉速發動機的裝載機省油效果不太明顯；但兩種機型在不同工況下的操作舒適性方面無明顯區別。通過在不同工況下的試驗結果數據分析得出在不同的工況場地，低轉速發動機省油效果也是不同。所以在后續的試驗開發時，應根據裝載機不同工況的作業特性，來優化發動機和變矩器匹配，使配置低轉速發動機裝載機的性能更加優越、節約用戶的耗油成本，使用戶和企業達到雙贏。

參考文獻：

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