基于工況分析的混凝土攪拌運輸車經濟性研究及試驗測試

李孝先 鄧云海 羅平

摘 要：混凝土攪拌車行駛作業分滿載送料與空車回程工況，各占總行駛里程的50%。針對傳統的傳動系速比匹配主要考慮滿載送料工況下的動力性與經濟性最佳，從而導致空車回程工況發動機的負載率極低、耗油等問題，研究了一種基于攪拌車行駛作業工況循環的速比匹配方法，即在保證動力性的條件下滿載送料與空車回程雙速比，兼顧了空車回程的經濟性。理論研究、仿真分析及試驗測試結果表明，空車回程工況燃油經濟性提高8%以上。

關鍵詞：攪拌車 工況分析 經濟性 仿真 試驗

隨著社會對節能和環保意識的強化，如何讓汽車在擁有良好動力性的同時還擁有良好的燃油經濟性已經成為了當前汽車領域之中研究的熱點問題。汽車的動力性、經濟性與發動機和整車動力系統的匹配是否合理有著非常密切的關系[1，2]。隨著我國基礎設施建設的快速發展，混凝土攪拌車作為一種運輸商品混凝土的專用車被廣泛應用，主要運輸范圍為城市及城郊結合部。傳統的攪拌車主要是利用通用的載貨汽車車底盤改裝，增加一個專用上裝裝置，動力傳動系的匹配主要是考慮滿載送料行駛工況，而忽略了空車回程行駛工況占攪拌車總行駛里程的50%的特殊性，從而導致攪拌車有一半時間行駛在極不經濟的狀態下。

1 攪拌車作業工況分析

攪拌車是在載重汽車或專用汽車底盤上，安裝一個可以自行轉動的攪拌筒的專用汽車，它兼有載運和攪拌混凝土的雙重功能。攪拌車由汽車底盤和專用上裝兩大部分組成。

攪拌車作業與通用公路載貨車作業有其特殊性，為停車裝料、滿載送料、停車卸料及空車返回四工況循環作業。滿載送料與空車返回為攪拌車的兩個行駛作業工況，隨著底盤輕量化及裝載方量的加大，滿載與空車質量相差在兩倍以上，空車返回作業里程占總行駛里程的50%，導致攪拌車有一半里程運行在“大馬拉小車”的極不經濟工況下。

2 攪拌車動力傳動系統匹配

攪拌車整車主要參數確定后，首要選擇合適的發動機，發動機的功率越大那么就代表了汽車的動力性越好，但是過大的功率則會導致功率利用率下降，導致燃油經濟性下降，同時還必須要加大動力傳動系的質量。因此，需要對發動機的功率進行合理的選擇。

當發動機選定之后，要實現動力系統合理匹配，就需要注重變速器的傳動比及主減速器傳動比。傳動系的參數將會對汽車的動力性以及燃油經濟性帶來決定性的影響?？梢酝ㄟ^計算機模擬計算來對傳動系統基本參數如機械變速器的速比范圍、檔位數量以及驅動橋速比等各項參數進行選擇，并進行理論分析，選擇其中最佳的參數，進而實現動力傳動系的合理匹配。

變速器傳動比與主減速器傳動比的乘積即為傳動系的傳動比。傳動系速比范圍（即最大傳動比與最小傳動比之差值）可以根據汽車在極限工況下的行駛要求初步確定。傳動系的最大傳動比應根據汽車最大爬坡度、驅動車輪與路面的附著力、汽車的最低穩定車速和車輪的滾動半徑來綜合考慮。在確定傳動系最大傳動比時，一般以最大爬坡度為設計目標，其余兩方面為約束條件進行校核。最小傳動比的確定，對于側重整車的動力性能和經濟性能平衡，是選擇最高檔位時能讓整車發揮出最高車速，即讓最高車速出現在發動機的最大功率點上。也就是說發動機在最大功率時的轉速時，汽車具有最大的速度。選定了imax及imin，并確定了變速箱的檔數，就可根據汽車的性能要求，選擇變速箱中間其他各檔的速比[3]。

3 攪拌車整車性能模擬計算

根據上述動力傳動系統匹配方法，對攪拌車試驗樣車滿載時動力性和經濟性計算、優化。下面以BSQ-0為基準變速器，以ZJ-0為基準驅動橋速比，以試驗樣車為基準車型，通過改變變速器的速比、檔位數量以及驅動橋速比，研究空載時傳動系參數對攪拌車動力性和燃油經濟性的影響，見表1。

攪拌車滿載和空載質量相差很大，在一定范圍內減小傳動系速比，燃油經濟性可得到改善，而動力性下降不大。假設在傳動系中增加一個減速箱，以降低主減速速比，速比如表2。

根據上述動力傳動系統匹配方法對空載時攪拌車動力性和燃油經濟性進行計算。

空載時，隨著主減速比的減小，有效功率呈上升趨勢，即發動機的功率利用率提高。

4 試驗測試

在試驗場構造綜合試驗道路工況，如圖2所示，行駛工況如上圖1所示。

測試油耗如表3所示。

由仿真結果與試驗測試結果對比可知，二者所得整車油耗比較接近，仿真結果具有一定可信度。因此，在整車設計中，可采用附件程序計算整車動力性和經濟性。

5 結論

由以上理論研究、仿真分析及試驗測試結果表明，空載時，隨著主減速比的減小，燃料消耗量呈下降的趨勢。

根據上述計算結果及試驗測試，減速箱速比取0.6-0.7比較合適，能兼顧滿載和空載的動力性和經濟性平衡。

參考文獻：

[1]劉維信.汽車設計.[M]北京：清華大學出版社2001.7.

[2]王麗榮，上官云飛.基于Cruise自卸車動力性經濟性仿真分析與優化.專用汽車，2007（3）：29～31.

[3]王鐵，武玉維，李萍鋒，鄭利鋒，王曉.重型載貨汽車動力傳動系統參數優化匹配.汽車技術，2010（9）：33～37.

[4]董金松.重型載貨汽車動力傳動系匹配研究.吉林大學.

[5]汽車設計.第4版.吉林大學.王望予主編 北京：機械工業出版社，2003.12.