1、單元標題 第五章 工程機械牽引性能 單元學時 3 教學目標使學生認識工程機械的牽引特性，牽引性能參數的合理匹配，牽引特性的繪制以及動力特性。學會建立牽引力平衡和牽引功率平衡方程。教學重點牽引特性、動力特性的概念，牽引性能參數的合理匹配的條件。教學難點牽引特性的繪制，牽引力平衡和牽引功率平衡方程的建立。教學方式方法 采用ppt，以文檔、圖片等形式引導學生建立起對工程機械牽引特性、動力特性的認識。教學手段采用ppt，以面授通過文檔，圖片等形式講解教學過程回顧及導引新課第一節 工程機械工況第二節 工作阻力計算第三節 工程機械的驅動力第四節 牽引力平衡和牽引功率平衡第五節 牽引特性第六節 理論牽引特性

2、的繪制第七節 試驗牽引特性第八節 牽引性能參數的合理匹配第九節 動力特性講課內容（轉講稿頁）講 課 內 容 備 課 札 記第四章 工程機械牽引性能第一節 工程機械工況工況的概念：系指整機的工作狀態或機器與作業環境相互作用的狀態之簡稱。n 鏟上運輸機械的運用條件多變可能形成許多不同的工況。（1）典型工況典型工況:在眾多可能的工況中,機器在運用時經常出現的,對機器的設計和評價其性能有決定形響的工況稱為典型工況。工程機械工作過程有兩種典型工況：牽引工況和運輸工況n 牽引工況時，工程機械需要克服工作裝置作業而引起的巨大工作阻力，需要發動機和底盤系統發揮強大的牽引力。此時，工程機械以低擋工作。n 運輸工

3、況時，工程機械僅需克服車輛的行駛阻力，此時，運輸距離較大，為提高生產率，工程機械在高擋工作。 （2）牽引工況對機器的設計要求牽引工況對機器的設計要求是：1機器的適應性較強確保在變化較大的工作阻力下穩定工作；2機器在低檔工作時應能發揮足夠大的牽引力，以便克服短時最大工作阻力；而且牽引效率較高；3發動機的功率應能較好地發揮和利用；4整機布置合理、整機性能匹配且最大圓周牽引力大于附著牽引力。（3）運輸工況對機器總體設計的一般要求運輸工況對機器總體設計的一般要求如下：1速度性能好即運行速度快，變速方便、迅速機器加速性能好，而月在各種速度下運行發動機功率利用充分；2機器的機動性好、能適應各種運用情況的轉

4、向、調度要求轉向半徑??；3機器的通過性好，既能通過松軟、泥濘的路面，又具力較大的爬坡能力；4機器的穩定性好，對于各種復雜的工作情況,機器有足夠的縱向、橫向穩定性。(4)工程機械牽引性能工程機械牽引性能是指工程機械依靠其行走機構和地面的相互作用所發揮的牽引力來完成作業過程的能力。第二節 工作阻力計算一、牽引工況阻力計算1機器在牽引工況下的工作阻力2回轉質量換算系數x回轉質量換算系數x：考慮了發動機、傳動系、行走機構各回轉零件在機器加速或減速過程中產生的對機器直線運行的慣性力。n 對于機械傳動的機器來說，傳動系各軸上的回轉零件換算到驅動輪軸上的等效轉動慣量與該軸至驅動輪軸之間的傳動比之平方成正比。

5、n 變速箱各軸零件的轉動慣量較小，而傳動系末端的傳動零件的轉動慣量雖大，但轉速低，因此，在計算系數x時，可近似地僅考慮發動機和行走機構回轉零件的慣件影響。x可按下式計算n 對于履帶式行走機構則可按下式近似估算； 二、運輸工況的阻力計算當鏟土運輸機械在運輸工況下工作時，作用于機器的阻力應包括滾動阻力Pf、坡道阻力P，和慣性阻力Pjn 它們的計算方法同牽引工況。對于運行速度較高的輪式機械還應包括風阻力PW，PW按下式計算空氣阻力n 運輸工況的工作阻力： 第三節 工程機械的驅動力工程機械的驅動力:是地面作用在其行走機構上的切線牽引力，它是發功機傳至驅動輪上的驅動轉矩，并依靠行走機構與地面之間的附著作

6、用才得以充分發揮。1工程機械的驅動力計算機械傳動式工程機械的驅動力計算(一)穩定運行時的驅動力計算工程機械在等速穩定運轉條件下，傳至驅動輪上的轉矩MK為式中，Mea-發動機的自由力矩im-傳動系的總傳動比 m-傳動系的總效率傳動系總效率 輔助裝置n 發動機的功率在輸入變速箱之前，必須分出一部分來驅動車輛的輔助裝置。有的工程機械還需分出相當大的部分功率來驅動工作裝置。 n 因此，在計算發動機自由驅動轉矩和功率時，應將這部分轉矩從發動機的轉矩中扣除。 n 輔助裝置主要是操縱主離合器、轉向離合器和工作裝置的工作油泵和潤滑油泵。n 按液壓系統的卸荷狀態(即空載)計算 n 功率輸出軸驅動工作機構消耗的力

7、矩：n 對于輪式裝載機由功率輸出軸驅動工作機構消耗的力矩Mout可按發動機額定力矩的2040來考慮。切線牽引力PKn 在驅動轉矩MK作用下，行走機構切線牽引力PK為：n 對輪式工程機械:n 式中rc輪式行走機構的動力半徑切線牽引力n 履帶式行走機構：n 式中t履帶驅動段效率，t=0.960.97不穩定運行時(二)工程機械作不穩定運行時的驅動力計算n 當機器的工作阻力突然減小或增大時機器將處于加速或減速的不穩定運行狀態。由于發動機飛輪、傳動系的旋轉零件及整機質量的慣性力(或力矩)的影響驅動力矩和圓周牽引力都會發生變化。 加減速對驅動力矩Mk的影響：1 若為加速運行時，發動機的部分能量用于加速飛輪

8、和傳動系中與飛輪剛性連接的其它旋轉零件則驅動力矩Mk將減小。2 當機器減速運行時。慣性影響作用相反。增大了驅動力矩，可以幫助機器克服短時作用的工作阻力。 n 對于輪式行走機構，在不穩定運行時，驅動輪的驅動力矩第四節 牽引力平衡和牽引功率平衡鏟土運輸機械的牽引平衡是指在各種工況下的驅動力與工作阻力的平衡以及驅動功率與克服各種阻力所消耗的功率之間的平衡。一、鏟土運輸機械的牽引力平衡方程n 機器在牽引工況下工作時，其牽引力的平衡方程為：n 當機器在水平地面上等速運行時n 當機器在運輸工況下工作時，其牽引力的平衡方程為：二、鏟土運輸機械的功率平衡方程(一)機器采用機械傳動時的功率平衡方程n 考慮機器的

9、功率平衡時，應以輸入變速箱的功率，即發動機的自由功率Nea為依據來建立功率平衡方程。發動機的自由功率Nea為：輔助裝置消耗的功率計算n NF由輔助裝置空載消耗的功率NF和受工作載荷時所消耗的功率N”F構成第五節 牽引特性牽引特性是反映工程機械牽引性能和燃料經濟性最基本的特性曲線。n 牽引特性以圖解的形式表示了工程機械在一定的地面條件下，在水平地段以全油門作等速運行時，工程機械各擋的牽引參數隨有效牽引力P而變化的函數關系。這些牽引參數包括：有效牽引功率，實際速度V，牽引效率，小時燃油耗GP，比油耗，滑轉率，和發動機功率Ne，(或轉速ne)，亦即：以上各量的圖解形式。牽引特性可分為理論特性和試驗特

10、性兩種。n 理論牽引特性是根據工程機械的基本參數，通過牽引計算來繪制的。由于計算時不可避免地要引入某些假設，所以理論牽引特性與實際情況總會有某些出入。n 試驗牽引特性：是通過牽引試驗測得的牽引特性，較能真實地表明工程機械實際牽引性能和燃料經濟性。n 作用：在牽引特性圖上可以標出工程機械在最低擋的某些特征工況下各項牽引參數的具體數值,作為表征工程機械牽引性能和燃料經濟件的基本指標(見圖41)。特征工況為：1)最大有效牽引功率工況：2)最大牽引效率工況:3)發動機額定功率工況:4)額定滑轉率工況:5)由發動機轉矩決定的最大牽引力工況:6)由附著條件決定的最大牽引力工況:n 對于液力機械傳動還應補充

11、：7)變矩器最大輸出功率工況；8)變矩器工作轉矩決定的最大牽引力工況。 牽引特性的作用1.在機械的設計過程中，牽引特性被用于：研究和檢查發動機、傳動系、行走機構和工作裝置的參數之間的匹配是否合理；2.比較、評價各總體方案的動力性能和經濟性能，并擇優確定設計方案；3.評價、判別設計方案與現有同類機器相比較的優劣；通過牽引特性全面量化地描述機器的牽引性能、速度性能和經濟性。4.在機器使用過程中，牽引特性有助于合理地使用機器，合理地組織機械化施工中各種機型的配合，充分發揮機器的性能，提高生產率。第六節 理論牽引特性的繪制(i)已知的原始資料1)發動機調速外特性，包括以下曲線：2)工程機械使用重量Gs

12、和附著重量Gn 使用重量:變應包括工程機械凈重，全部液體重量(燃料，容量的23以上，冷卻水、潤滑油、按規定量注入的工作油)，隨車工具及駕駛員重量(按75kg計算)。n 附著重量: 指作用在驅動元件上的部分使用重量。顯然，履帶車輛的使用重量等于附著重量。3)傳動系各擋總傳動比i m及傳動效率m。4)驅動輪動力半徑rd 。5)地面條件和滑轉率曲線。輪式工程機械n 對于工程機械的典型地面條件，自然密實的粘性新切土按以下經驗公式繪制：n 對于輪式工程機械(輪胎氣壓在0203MPa范圍)對于履帶式工程機械(在00.5范圍內)液力機械傳動n 對液力機械傳動的工程機械，可將發動機和液力變矩器看成是復合動力裝

13、置，兩者共同工作的輸出特性可視為復合動力裝置的外部特性，其牽引特性的繪制方法與上述并無原則差別。第七節 試驗牽引特性試驗牽引特性:通過牽引試驗實際測定的牽引特性稱為機器的試驗牽引特性。作用：利用試驗牽引特性可以全面地評價機器牽引性能和燃油經濟性，也可檢驗機器總體設計的合理性。n 牽引試驗是機器的主要試驗之一。一、牽引試驗方法的基本原理(一)基本試驗方法牽引試驗可以分為：1 專用的試驗臺架試驗試驗臺試驗：是根據相對運動的可逆性原理制造的。2 跑道試驗：場地試驗n 加載方式：試驗負荷由專用的負荷車來加載?；虿捎么蠊β实耐侠瓩C加載。n 試驗應測定的數據為：有效牽引力P、試驗機器的行駛距離L，通過這距

14、離的時間t、相應的燃油消耗量Ge ， 左右驅動輪的轉速nk 和力矩MKL 、MKR ， 發動機轉速ne 。 n 有時為了進一步分析牽引效率的組成還可附加測定發動機的輸出轉矩和左右驅動輪的驅動轉矩。目前在牽引試驗中廣泛采用著各種電測儀器，大大提高了測定的真實性和測試效果。(二)試驗地段土壤條件的測定n 為了明確表示牽引試驗的路面條件，可用土壤的顆粒級配、密實度、含水量與強度來評價試驗地段的土壤的物理機械性能。二、試驗數據處理n 根據牽引試驗所獲得的測量數據，經整理后，可按下述公式確定繪制特性的各項數值。1應取牽引負荷穩定的區段的每次試驗有效牽引力p之讀數的平均值，作為P的標準值。2實際運行速度v

15、可根據在相應區段(即確定有效牽引力的同一區段)，由五輪儀測定的行駛距離L和相應的試驗持續時間t來計算.第八節 牽引性能參數的合理匹配牽引特性是評價工程機械的牽引性能和燃料經濟性的基本依據。牽引特性圖的作用為：1 在牽引特性圖上可以看到不同擋位下工程機械動力性和經濟性各項指標的具體數值;2 可以從各擋特性曲線的形狀、走向和分布中獲知在不同牽引負荷下工程機械牽引性能和燃料經濟性的變化情況、各擋傳動比的分配情況和牽引力、速度的適應性能。3.可以根據各特征工況下的功率平衡來分析發動機額定功率的分配情況4 從各特征工況在牽引特性圖上的位置和相互關系中來分析牽引性能參數匹配的合理性。n 通過這些分析將進一

16、步表明各總成的工作性能是否獲得充分發揮，并表示出工程機械牽引性能和燃料經濟性良好或欠佳的原因。牽引性能參數的合理匹配 牽引性能參數是指機器總體參數中直接影響機械牽引性能的發動機、傳動系、行走機構、工作裝置的基本參數。由于牽引性能是車輛的基本性能，這些參數的確定也就決定了所沒計機器的基本性能指標； 施工機械在作業時發動機、傳動系、行走機構、工作裝置既相互聯系又相互制約。機器的整機性能不僅取決于總成本身的性能，而且也與各總成間的工作是否協調有著密切的關系；因此，在機器的總體參數之間存在著相互匹配是否合理的問題。只有正確地選擇發動機、傳動系、行走機構、工作裝置的參數，并保證它們之間具有合理的匹配，才

17、能充分發揮各總成本身的性能，從而使整機獲得較高的技術經濟指標。對機械傳動的車輛來說，機器的作業是通過發動機機械傳動系、行走機構和工作裝置的共同工作來完成的，在這種共同工作過程中，機器每個總成性能的充分發揮都將受到其他總成性能的制約，而機器的牽引特性則將以機器外部輸出特性的形式顯示出各總成共同工作的最終結果，因此，在選擇各總成的參數時，必須充分注意到它們之間相互的制約關系，這種制約關系主要反映在切線牽引力與發動機調速特性之間的相互配置，以及發動機的最大輸出功率和工作阻力與行走機構滑轉曲線之間的相互配置上。下面將著重討論上述配置關系對各總成和整機性能的影響以及如何保證機器牽引性能參數之間合理匹配的

18、問題。 一、切線牽引力在發動機調速特性上的配置 鏟土運輸機械的工作對象大多是較為堅硬的土石方，其中常常還有巨大的石塊、樹根、土的均質性也比普通耕地差得多。因此，在作業過程中工作阻力會發生急劇變化，并常常出現短時間的高峰載荷以及行走機構完全滑轉等情況。這是大部分鏟土運輸機構負荷工況的顯著特點。工作阻力的急劇變化使得機器的切線牽引力也隨之發生急劇的變化，后者通過傳動系反映到發動機曲軸上來，就形成了曲軸急劇波動的阻力矩。許多研究表明，這種急劇波動的負荷對發動機的性能將產生很大的影響；因此，在變負荷工況下發動機的實際平均輸出功率和平均比油牦會大大偏離它們的額定指標。平均輸出功率和比油耗的數值與曲軸阻力

19、矩MC在凋連特性上的配置位置有關。對于同樣變化的切線牽引力，當選擇不同的傳動系傳動比時，可以在發動機曲軸上獲得一系列相似的負荷循環。因此，通過調節傳動比的方法就可以改變發動機負荷循環在調速特性上的位置，這就產生了應該如何配置曲軸阻力矩在調速特性上的位置，以獲得最大的平均輸出功率(圖1-2-16)因此，發動機只有在穩定工況下工作時才能輸出額定功率。而平均阻力矩的工作點才能配置得等于其額定轉矩。當阻力矩發生波動時，發動機的最大平均輸出功率總是小于它的額定功率。只有適當配置阻力矩在發動機調速特性上的位置，才能獲得最大的平均輸出功率。n 在分析牽引性能參數的匹配時，可從以下幾方面考慮：1) 牽引參數合

20、理匹配的第一個條件：由發動機轉矩決定的最大牽引力Pmax應大于地面附著條件所決定的最大牽引力(即附著力)P滿足第一個條件的原因牽引性能參數的匹配必須保證工程機械在突然超負荷時，首先發生行走機構的滑轉，而不應導致發動機熄火，此時由發動機扭矩所決定的最大牽引力應留有適當的儲備(相對于地面的附著力而言)。n 此時，行走機構的滑轉起著一種自動保護作用。它一方而減輕了司機的操作，另一方面自動地保護了發動機不致嚴重超載。2）牽引性能參數合理匹配的第二個條件當發動機在額定工況下工作時，機器的行走機構將在額定滑轉率工況下工作，此時由發動機額定功率決定的有效牽引力與行走機構額定滑轉率決定的額定牽引力PH應相等，

21、亦即 滿足第二個條件的原因n 工程機械在這樣的匹配條件下工作時，有效牽引力稍大于額定牽引力 PH (例如大10左右)，即會引起行走機構完全滑轉。這樣，便于司機在作業過程中掌握作業參數，使工程機械盡可能在接近額定牽引力的范圍內作業。作用1) 由于行走機構滑轉的自動保護作用將防止發動機在作業過程中產生嚴重超載2)使發動機在工作循環的大部分時間內將在調速區段上工作,從而可保證發動機在變負荷工況下能獲得較好的動力性經濟性。3）牽引性能參數合理匹配的第三個條件工程機械工作過程中的平均最大工作阻力Px應等于行走機構的額定牽引力PH，原因n 為了使工程機械獲得較高的生產率，應保證工程機械作業過程中發生的最大

22、工作阻力應在行走機構的額定滑轉率工況附近n 從而保證工作裝置的容量與額定牽引力相適應。（四）速度檔位數的選擇和各檔傳動比的分配n 機械上采用多擋變速器的目的，主要是為了滿足不同工況（運輸工況和牽引工況）、不同作業條件以及工作循環中不同工序對牽引力和速度的要求。選擇檔位數和分配傳動比時，通常都遵循著一些共同的原則 ：n 第一：必須保證機器牽引特性圖上各檔速度曲線有適當的重疊，并且高一檔的最大有效牽引力點應該處于低一檔的速度曲線之下（見圖47）目的：當工作阻力大到必須換至低一檔時，機器的車速仍然接近換檔前的速度，發動機也不易熄火。 n 第二：為了使發動機的功率在各檔工作范圍內均獲得同等程度的利用（

23、具有相同的平均功率），必須保證機器在各檔工作時發動機的扭矩、轉速和功率都能在同一范圍內變化。 n 對輪式機械來說，也為了獲得最大的起步加速度。n 這一要求可通過按幾何級數分配各檔傳動比的方法來實現。 證明：由于，又有，從上式中消去，.，則.由此可得：傳動比公比:n 這就是說，根據上述分配原則所得的各檔傳動比為一幾何級數。第九節 動力特性一、動力特性的概念及動力因數動力特性：是機器在運輸工況下的動力性能的基本特性?？梢杂糜谠u價機器的以下三個方面能力：1.車輛的速度性能（最高行駛速度）2.加速性能（加速時間）3.爬坡能力（最大爬坡角度）它們與以下阻力有關：n 滾動阻力： （影響車速）n 坡道阻力：

24、 （爬坡能力）n 慣性阻力： （加速時間）以上阻力皆與機重有關，為便于比較不同機器重量的動力性能，引入動力因數概念。n 根據運輸工況下的牽引力的平衡方程即將上式變換后得： 動力因數：數值（PK-PW）/G稱為動力因數D，表示了扣除風阻力后，單位機重所能提供的用來克服滾動阻力、坡道阻力和慣性阻力的切線牽引力（圓周牽引力）。 則動力因數可按下式計算：顯然上式是機器在運輸工況下的牽引力平衡方程的另一種表示形式。 上式中右邊前兩項之和主要與道路狀況有關，稱之為道路阻力系數 ，即這樣，式D可改寫為： n 由于PK和PW都是實際行駛速度v的函數，因此動力因數是機器速度的函數，即可表示為D=fD(v)，若以v作為自變量，采用圖解形式表示機器在各檔的動力因數隨速度v而變化的曲線，該曲線稱為機器的動力特性。 動力特性曲線總結：利用動力特性，可以較方便地比