第七章牽引性能參數的

合理匹配第一節牽引性能第二節牽引性能參數合理匹配的條件第三節用牽引特性曲線分析機械的牽引性能第四節牽引性能參數的計算步驟第一節牽引性能車輛主要使用性能：牽引性能、動力性能、燃料經濟性、穩定性、通過性、轉向性。牽引性能：——牽引特性（曲線）。牽引作業時車輛在不同牽引力下的實際速度、滑轉率、牽引功率、牽引效率、小時油耗、比油耗、發動機功率等。牽引性能性能不僅取決于發動機、傳動系、行走機構、工作裝置各總成本身的性能，而且也與各總成間的工作是否協調有著密切的關系，即牽引性能參數間存在相互制約關系。牽引性能參數間相互制約關系的體現：切線牽引力與發動機調速特性之間的相互配置；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。一、切線牽引力在發動機調速特性上的配置變負荷工況下，工作阻力的急劇變化使得機器的切線牽引力和發動機曲軸阻力矩也隨之發生急劇的變化。曲軸阻力矩的急劇變化，使發動機的實際平均輸出功率和平均比油耗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，與曲軸阻力矩Mc在調速特性上的配置位置（決定于傳動系傳動比）有關。平均阻力矩曲軸阻力矩在發動機調速特性上的配置A—平均阻力矩工作點KZ很小時，平均輸出功率必然很小；隨KZ增大，平均輸出功率增大；KZ增大到一定值，輸出功率的增長速度開始減慢。到一定程度時，發動機的實際平均輸出功率，必然將隨著發動機負載程度的提高而下降。KZ進一步增大，阻力矩最大值超過發動機最大扭矩時，發動機工作不穩定甚至熄火。扭矩負載系數：KZ必然存在一最佳值KZ0

，在此最佳值下，發動機的實際輸出功率將最大。最佳負載程度下的發動機扭矩Mepmax和最大平均輸出功率可以用最佳扭矩負載系數KZ0和最佳功率輸出系數KP0來表示:切線牽引力在發動機調速特性上的配置原則1．最大阻力矩不超過發動機的最大輸出扭矩。防止發動機熄火，減輕駕駛員勞動強度。2．為了獲得較大的平均輸出功率，應該使發動機在工作循環的大部分時間處在調速區段上工作。可通過合理配置發動機的最大輸出功率在行走機構滑轉曲線上的位置以實現上述兩項要求。二、發動機最大輸出功率在滑轉曲線的配置

（牽引功率、生產率）行走機構的牽引效率x可以由滾動效率f與滑轉效率的乘積來表示

x=f/G

履帶：輪胎：當x=xmax時，應滿足條件

行走機構取得最大牽引效率xmax時對應的工況稱為行走機構的最大牽引效率工況，該工況對應的相對牽引力和滑轉率分別表示為xmax和xmax。由牽引功率的表達式：由于Ba和mr可近似地認為是常量，因此，如果使Pe和x同時達到最大值，則PKP具有最大值。

這就是說，當發動機的最大輸出功率Pemax與行機構的最大牽引效率xmax匹配在一起時，機器將獲得最大有效牽引功率。對于輪式機械來說，最大牽引效率工況大約在=10%左右，對于履帶機械，大約在5%左右。對連續作業的機械來說，機器的生產率Q可用下式表示(m3/h)由于切截面積A與有效牽引成正比Kb——切削比阻力，N/m2

機器的實際行駛速度可用vT

(1-

)注意和f，則生產率：機器生產率考慮到f=x，則機器的生產率可表示如下理論切線牽引功率FKVT一定時，生產率與行走機構的牽引效率成正比。對于連續作業的機械來說，行走機構的最大牽引效率工況和最大生產率工況是一致的。對于循環作業的機械來說，機器的生產率可用下式表示：（m3/h）q——機器每一工作循環所完成的土方量，或鏟斗容量，m3；t1——工作循環中鏟土工序的時間，s；t0——工作循環中其余工序的時間q可認為與有效牽引力FKP成正比，而t1則與鏟土時的實際行駛速度v成反比，亦即：由此可得：考慮到v=vT(1-)

則上式可改寫為當滑轉曲線=(FKP)為已知時，即可給出機器生產率Q隨有效牽引力FKP而變化的曲線。若令：則：生產率進一步分析：如對FKP求Q之微商由于1。當行走機構在其最大效率工況下工作時所以：因而生產率曲線Q=Q（FKP）處在上升階段，此時Q并非最大2。如令則可以獲得滿足最大生產率的條件。此時為負值，因而行走機構牽引效率曲線處于下降階段。由此可知，對于循環作業的機構來說，行走機構的最大效率工況和最大生產率工況是不一致的，而且兩者偏離的情況顯然與工作循環中其余工序的時間t0之值有關。當t0=0時，亦即為機構變為邊續作業時，Qmax工況與xmax工況相重合。t0愈大，即鏟土工序的時間在整個工作循環中所占有比重愈小，則在滑轉曲線上Qmax工況將愈向xmax工況右方偏離。小結對于連續作業的機械，不論從充分利用發動機的功率，還是充分發揮機器生產率的角度來看，均應將作業過程中的平均工作阻力配置在最大牽引效率工況附近（圖7-4的曲線1）。但對于循環作業的機械來說，為了使機器獲得最大的生產率，則應將工作循環中的平均最大工作阻力（這一阻力通常出現在鏟土過程的末尾）配置在最大生產率工況附近（圖7-4的曲線2）。*輪式機械的額定滑轉率（由最大生產率確定）可定為H=20%~25%，對于輪式裝載機由于鏟裝工序時間在整個循環中所占比例很小，所以H=30%~35%，而履帶式機械的額定滑轉率則可定為H=10%~15%。第二節牽引性能參數

合理匹配的條件鏟土運輸機械牽引性能參數的合理匹配應保證充分利用發動機的功率和發揮機器的最大生產率。A。對于自行式平地機，由于比較接近于連續作業機械，發動機負荷的變化帶有穩定隨機過程的性質，影響發動機最佳負荷程度的因素相對較少。因此，對于此類機械，牽引性能參數應根據發動機的最大平均輸出功率、行走機構的額定滑轉率和工作裝置的平均工作阻力之間的合理匹配關系來確定。此時應該保證當工作裝置以設計要求的平均阻力連續作業時，發動機正好在最大平均輸出功率工況下工作，而行走機構則在最大生產率的工況下工作(即額定滑轉率δH工況)

B。對于推土機、鏟運機、裝載機一類的循環作業機械來說，不僅鏟掘工序的工作阻力變化急劇，而且不同工序的工作阻力也是不同的。各工序時間長短，所采用的檔位等因素又都帶有隨機變化的性質。因而影響發動機負荷循環的因素將更為復雜，曲軸阻力矩的變化則呈現為某種非穩定的隨機過程，確定發動機的最佳負荷載程度也顯得十分困難。在這種情況下，比較簡單的辦法是根據發動機的額定功率工況、行走機構的最大生產率工況、工作裝置的平均最大工作阻力工況之間的合理配置來確定牽引性能參數。此時牽引性能參數之間應滿足下列條件：

循環作業機械牽引參數合理匹配的條件1．牽引性能參數的匹配必須保證機器在突然超負荷時，首先發生行走機構的滑轉，而不應導致發動機熄滅。此時發動機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)。當機器在此種條件下工作時，行走機構的滑轉起著一種自動保護作用。它一方面減輕了司機的操作，另一方面自動地保護了發動機不致嚴重超載。因此，牽引性能參數合理匹配的第一個條件可以歸納為：

由發動機扭矩決定的最大牽引力FMemax應大于地面附著條件所決定的最大牽引力(即附著力)Fφ

亦即：2．牽引性能參數合理匹配的第二個條件是從發動機的額定功率工況應與行走機構的最大生產率工況相適應的角度提出來的。當發動機在額定功率工況下工作時，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由行走機構額定滑轉率決定的額定牽引力FH應相等。亦即：機器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FH(例如大10%左右)，即會引起行走機構完全滑轉。3．牽引性能參數合理匹配的第三個條件是從工作裝置的容量應與額定牽引力相適應的角度提出來的。如前所述，為了使機器獲得較高的生產率，應該保證當鏟土過程中發揮最大的鏟掘力時(它通常發生在鏟土過程的末尾)，行走機構能在額定滑轉率工況附近工作。亦即：

鏟土過程末尾的平均最大工作阻力Fx應等于機器的額定牽引力FH。此條件可用下式表示：Fx=FHa-a—發動機額定功率工況；b-b—行走機構額定滑轉率工況；c-c—平均最大工作阻力工況；d-d—最大牽引效率工況；e-e—由發動機扭矩決定的最大牽引力工況；f-f—行走機構最大附著能力工況a-ab-bc-c線應接近或吻合，且d-d線在它們左側。e-e線在f-f線的右側.Fx=FH發動對于液力機械傳動的機械牽引性能參數的合理匹配功率效率渦輪力矩比油耗小時油耗對于液力機械傳動的機械牽引性能參數的合理匹配條件可歸納如下：1.對于液力機械傳動的鏟土運輸機械來說，行走機構的滑轉應該起到防止變矩器進入低效區工作的作用。這樣，合理匹配的第一條件可表述為：由發動機與變矩器共同工作輸出特性上最大工作扭矩M2pmax(與ηP=75%相對應的變矩器輸出軸最大扭矩)所決定的牽引力FM2pmax應大于由附著條件決定的最大牽引力Fφ，2.牽引性能參數合理匹配的第二個條件可歸納為發動機與變矩器共同工作輸出特性的最大功率工況應與行走機構的最大生產率工況相一致

3.牽引必參數合理匹配的第三個條件和機械傳動性能參數匹配條件并無原則區別，即機器在鏟土過程中末尾的平均最大工作阻力Fx應等于額定牽引力FH

Fx=FH第三節用牽引特性曲線分析機械的牽引性能1．最大有效牽引功率Pkpmax工況；2．最大牽引效率ηkpmax工況；3．發動機額定功率PeH工況；4．額定滑轉率δH工況；5．由發動機扭矩決定的最大牽引力FMemax工況；6．由附著條件決定的最大牽引力Fφ工況對于液力機械傳動的機器還應補充：7．變矩器最大輸出功率P2max工況；8．變矩器工作扭矩決定的最大牽引力FM2pmax工況。試驗推土機（圖6-6、圖6-7、圖6-8）的主要參數表6-1參數名稱圖6-6圖6-7圖6-8發動機額定率（kW）136112.5136發動機額定轉速（r/min）185018001850發動機額定轉矩（N·m）716610716發動機最大轉矩（N·m）800680800發動機最大轉矩轉速（r/min）115011001150發動機空轉最高轉速（r/min）200020002000I擋總傳動比120120—II擋總傳動比78.978.9—履帶節距（m）0.2160.2160.216驅動輪嚙合齒數12.512.512.5推土裝置高度（mm）106011001280推土裝置寬度（mm）426041703620推土機使用質量（N）213700202000211000推土機滾動阻力（N）1400021680188001．各特征工況下機器牽引性能和燃料經濟性的基本指標。圖6-6所示推土機牽引性能指標普遍高于圖6-7。2．根據各檔有效牽引功率曲線和行駛速度曲線的分布情況來考察各檔傳動比的分配和牽引力與行駛速度的適應性能。各檔牽引功率曲線間不應有深谷存在。高一檔最大牽引力點應在低擋速度線下，以保證換檔時速度平穩性。高檔位牽引力有適當儲備，以克服短時阻力增加。3．根據各特征工況下的牽引效率、滾動效率和滑轉率對發動機額定功率的分配和牽引效率的組成作出分析（表7-3和表7-4）。4．為分析牽引性能參數匹配的合理性，可在牽引特性圖上用垂線標出各特征工況的位置。發動機額定功率工況（a-a）、行走機構額滑轉率工況(b-b)（H=10%~15%）和工作裝置滿鏟作業工況(c-c)在牽引特性圖上的標線是否接近或吻合。其次應檢查FMemax和F工況之間的相互關系。圖7-6中Fmemax>F而圖7-7相反。5．進一步分析牽引性能和燃料經濟良好或欠佳的原因。并對機器的動力性和經濟性作出更為全面的評價。a-a—P2max工況；b-b—δH工況；c-c--FM2pmax工況；d-d—Fφ工況試驗推土機（圖6-6、圖6-7、圖6-8）的主要參數表6-1參數名稱圖6-6圖6-7圖6-8發動機額定率（kW）136112.5136發動機額定轉速（r/min）185018001850發動機額定轉矩（N·m）716610716發動機最大轉矩（N·m）800680800發動機最大轉矩轉速（r/min）115011001150發動機空轉最高轉速（r/min）200020002000I擋總傳動比120120—II擋總傳動比78.978.9—履帶節距（m）0.2160.2160.216驅動輪嚙合齒數12.512.512.5推土裝置高度（mm）106011001280推土裝置寬度（mm）426041703620推土機使用質量（N）213700202000211000推土機滾動阻力（N）140002168018800比較圖7-8和圖7-6就可以看出，盡管兩臺推土機的參數基本相同，但前者的牽引特性與后者比較，卻有著很大的差別。這種差別反映出液力機械傳動的一系列特點，并可以從圖7-8上明顯地看出：1.從速度特性來看，它沒有明顯的轉折點，呈現為一條柔軟并能隨牽引負荷變化而自動調節機器速度的特性曲線，速度特性的這種“柔性”反映了液力傳動扭矩特性的自動無級調節的性能。2.速度特性的上述特點反映到有效牽引功率特性上，使得有效牽引力功率曲線看起來比較平滑而飽滿。液力機械傳動的最大牽引功率和最大牽引效率都明顯地低于機械傳動，尤其是最大牽引效率只有62%，這是因為在變矩器中存在著功率損失的緣故，這也是液力機械傳動不可避免的缺點。然而圖7-8上有效牽引功率曲線卻由于比較飽滿而可以在較寬的范圍內保持高的有效牽引功率，從而將大大地提高發動機額定功率的利用程度。這表明在工作阻力變化的情況下，液力機械傳動能輸出最大的平均有效牽引功率。3.液力機械傳動有效牽引功率曲線比較飽滿的特點還可顯著地減小各檔功率曲線之間的波谷面積。由此表明，機器在全部速度段和負荷范圍內發動機額定功率獲得充分的利用；另一方面也說明比起單純的機械傳動來，機器的變速箱檔位可減少。4.從燃料經濟性的角度來看，液力機械傳動的最低比油耗較之機械傳動顯著增高(圖7-8中未示出)。液力機械傳動比油耗曲線的另一個明顯的特點是當負荷增大而車速下降時，比油耗可劇增至無限大。這一點顯然是由變矩器的效率特性所引起的。為了低降油耗和防止變矩器發生過熱就必須嚴格限制變矩器在工作效率區范圍以外運轉。在最低檔上，通常可以利用履帶的滑轉來加以限制，在高檔上則要求司機嚴格按照規定，在車速下降時及時進行換檔。在分析液力傳動機械牽引性能參數匹配的合理性時，可檢查以下幾點：1．檢查與變矩器最大工作轉矩相對應的牽引力FM2Pmax是否大于附著條件決定的牽引力F。2．檢查發動機與變矩器共同工作輸出特性上的最大功率工況P2max與額定滑轉率工況H以及鏟土過程的平均最大工作阻力工況FX在牽引特性上的位置是否接近或吻合。3．此外，為了避免當機器負荷突然減小時車速猛然增高的缺點（例如當鏟掘阻力增大到極限值車輛即停止時，突然提升工作裝置，車速就迅速增高），一檔理論空載行駛速度Tmax相對于渦輪最大輸出功率P2max所對應的理論速度TP2max必須進行限制，亦即第四節