柴油機與推土機的匹配畢業(yè)設計.doc

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1、 畢業(yè)設計（論文） 題 目 柴油機與推土機的匹配設計 院 （系） 機械與動力工程學院 專業(yè)班級 熱動2010—3 學生姓名 學號 指導教師

2、 職稱 副教授 評閱教師 職稱 201_年 6 月 日 學生畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明 本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在導師的指導下進行的設計（研究）工作及取得的成果，設計（論文）中引用他（她）人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學院或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設計（研究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。

3、 畢業(yè)設計（論文）作者（簽字）： 年 月 日 摘要 摘 要 推土機是工程機械的一種，通過前面的推土裝置對泥沙進行搬運或者清理，其工作環(huán)境一般比較惡劣，工作過程中載荷的變化比較大，所以對推土機上的動力性能要求比較高，所以推土機上的動力裝置影響著推土機性能的好壞。了解推土機上面各個部

4、件的結(jié)構(gòu)和工作原理，對推土機上的柴油機進行匹配是至關(guān)重要的。我國的推土機產(chǎn)業(yè)目前處于世界中上水平，要想處于世界領先還需要更多的努力。 推土機的功率輸出是通過液力變矩器進行輸出的，推土機動力匹配也就是柴油機與液力變矩器之間的匹配。本文先確定發(fā)動機的功率，再選擇兩種發(fā)動機用他們的參數(shù)和液力變矩器進行匹配，最后選擇合適的柴油機。 關(guān)鍵詞：柴油機 液力變矩器 推土機 扭矩 額定功率 I

5、 ABSRACT ABSTRACT Bulldozer is a kind of engineering machinery, through the installation diagram pushing device in front of the handling or cleaning of the sediment, work environment is bad, the working process of the change of load is relatively large, so the high requirement t

6、o the dynamic performance of a bulldozer, so the power device of bulldozer affects the performance of the bulldozers, understanding the structure and working principle of the various components of the bulldozer above matching is critical for the diesel engine of bulldozer. Chinas bulldozer industry

7、is currently in the world in the upper level, to be in the lead of the world still need more efforts. The power output of the bulldozer is through the torque converter output, matching that of diesel engine and hydraulic torque converter of the power matching between the bulldozer. This paper i

8、s to determine the power of the engine, and then select the two engine with their parameters and hydraulic torque converter matching, and then select the appropriate diesel engine. Keywords：Diesel；hydraulic torque converter；torque；Rated power II

9、 目錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 工程機械簡介 1 1.1.1 國內(nèi)發(fā)展狀況 1 1.2工程機械分類 2 1.3 主要研究內(nèi)容 3 2 推土機發(fā)展、分類及基本結(jié)構(gòu)和原理 4 2.1 推土機的發(fā)展 4 2.2 推土機的分類 5 2.3 推土機的基本結(jié)構(gòu)及原理 6 2.3.1 推土機的外形結(jié)構(gòu) 6 2.3.2 SD16推土機三種機型的推土裝置 7 2.3.3 三元件一級一相液力變矩器 8 2.3.4 動力換擋變速箱 11 2.

10、3.5終傳動 16 2.3.6行走部分 17 3 工程柴油機的特性 18 3.1 內(nèi)燃機的選型 18 3.1.1 內(nèi)燃機特性曲線 18 3.1.2 內(nèi)燃機的額定轉(zhuǎn)速 19 3.1.3 內(nèi)燃機的控制方式 19 3.14工程機械柴油機的性能 19 4 推土機的使用特性 24 5 柴油機的匹配計算 26 5.1 匹配設計步驟 26 5.2匹配計算 27 5.2.1 對動力裝置的基本要求 27 5.2.2 匹配原則 27 5.2.3 計算步驟 27 5.2.4 詳細計算 28 6 結(jié)論 35 參考文獻 36 致 謝 37

11、 1 緒論 1 緒論 1.1 工程機械簡介 工程機械, 其實就是用于工程建設的施工機械的總稱。這個設備的定義和稱呼在世界上都差不多，比如德國叫做建筑機械與裝置；英、美則是稱它為建筑機械與設備；俄羅斯稱呼為建筑與筑路機械，日本卻叫做建設機械。因為它在人類的生活中所占據(jù)的不可撼動的重要地位，使得每個國家對它的運用都很廣泛。與其他的國家相比較，中國的工程機械的種類更是繁多，增加了許多獨特的行業(yè)，比如：鐵路路線工程機械、電梯、叉車、裝修機械等等，范圍也比起其他國家更加廣泛一些。 工程機械的運用歷史是非常悠久的，自從人類

12、借助起重工具替代人力的時候就已經(jīng)開始了，因為起重工具就屬于工程機械。早在公元前1600年左右，我國就已經(jīng)開始使用桔槔和轆轤。桔槔就代表起重杠桿，轆轤代表的是手搖絞車。對于起重工具的使用，羅馬和古代埃也有著悠久的歷史，最起碼，沒有起重杠桿，金字塔就不可能建成。 自從瓦特發(fā)明了蒸汽機之后，近代工程機械的發(fā)展也就正是開始了。19世紀初，歐洲所使用的壓路機、挖掘機、起重機等都是由蒸汽機驅(qū)動。直到勒努瓦研制出世界上第一臺內(nèi)燃機及德國的雅可比發(fā)明直流發(fā)動機之后，工程機械得到較快的發(fā)展速度。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)之后，發(fā)展更是迅速。它的品種、數(shù)量和質(zhì)量能直接影響一個國家生產(chǎn)建設的發(fā)展，所以沒有哪個國家會忽視它

13、的重要性。 1.1.1 國內(nèi)發(fā)展狀況 我國工程機械的發(fā)展的發(fā)展時間也已經(jīng)有50多年了。從1954年撫順重型機器廠從蘇聯(lián)引進機械式挖掘機并與1961年7月成功試制我國歷史上第一臺挖掘機，到1963年我國成功開始試制國內(nèi)第一臺Z1-4裝載機，再到1978年天工所應機械部要求制定出以Z450為基準的我國輪式裝載機系列標準，最后到現(xiàn)在，進入工程機械的成熟時代，在這其間有許多的著名企業(yè)已經(jīng)發(fā)展的一個很高的水平。1989年徐工集團和三一集團相繼成立；1992年長沙中聯(lián)重工科技發(fā)展有限公司成立；1999湖南山河智能機械股份有限公司成立；2004年山東眾友工程機械有限公司成立；到2007年也取得了驕人的成

14、績。在07年世界工程機械50強評比中，我國有徐工集團、中聯(lián)、三一重工、山推、鉚工、廈工這7家企業(yè)上榜，其中徐工以年銷售收入25.48億美元位居十四，山推位居28名，三一重工居26名，這三家企業(yè)則是07年企業(yè)評比中排行榜中上升幅度最大的企業(yè)。2003—2008年國內(nèi)外挖掘機銷量、新機銷量和進口二手挖掘機數(shù)量對比詳見表1-1。 表1-1 2003—2008年國內(nèi)外挖掘機銷量、新機銷量和進口二手挖掘機數(shù)量對比 年度 2003 2004 2005 2006 2007 2008 總銷量 63000 48921 48142 70018 91832 103023 新機銷量

15、 38000 33921 33642 32000 64282 74177 進口二手挖掘機 25000 15000 14500 20000 27550 28846 進口二手機/總銷量 39.68% 30.66% 30.12% 28.56% 30% 28% 我國的機械行業(yè)經(jīng)過五十年的發(fā)展取得了驕人的成績。在2005年生產(chǎn)工程機械的企業(yè)約有1000家，其中外商獨資合資企業(yè)130家；年銷售額1000萬以上企業(yè)有300家；億元以上企業(yè)有100家，年銷售額940億元，占全行業(yè)的75%；10億元以上的企業(yè)有23家，年銷售額占全行業(yè)的50%。如下表1-2。 表1-2

16、 2005年國內(nèi)工程機械行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)分布情況統(tǒng)計表 項目 數(shù)量 銷售額 年銷售額占行業(yè)百分比 外商獨資 130家 年銷售額1000萬以上企業(yè) 300家 億元以上企業(yè) 100家 940億元 75% 10億元以上企業(yè) 23家 50% 2005年-2008年行業(yè)銷售收入情況見表1-3。 表1-3 2006年—2008年工程機械行業(yè)銷售收入情況統(tǒng)計表 年份 2006 2007 2008 銷售額 969.96億元 2223億元 1471.68億元 同比增長率 34.17% 37% 48.05% 1.2工程機械分類

17、工程機械主要分為：挖掘機械、鏟土運輸機械、工程起重機械、路面機械、壓實機械、樁工機械、工業(yè)車輛、混凝土機械、鋼筋和預應力機械、裝修機械、鑿巖機械、掘進機械、氣動工具、鐵路線路機械、市政工程與環(huán)衛(wèi)機械、軍用工程機械、電梯與扶梯、工程機械專用零部件、其它專用工程機械等[1]。 2 1.3 主要研究內(nèi)容 本設計主要研究的是鏟土運輸機械，也就是推土機。而推土機與柴油機的匹配設計是一項非常重要的工程實踐項目，在內(nèi)燃機應用領域具有重要地位；內(nèi)燃機與工程機械的匹配設計與計算是保證工程機械優(yōu)良使用性能的前提條件。 所以本文的主要研究內(nèi)容如下： （1）柴油機特性分析； （2）推土機使用特性分

18、析； （3）柴油機與工程機械的匹配設計與計算。 39 2 推土機發(fā)展分類基本結(jié)構(gòu)和原理 2 推土機發(fā)展、分類及基本結(jié)構(gòu)和原理 推土機是工程機械中比較常見的一種。它的主要功能是推土、鏟土、運土、卸土。 推土機屬于工程車輛，大型的金屬推土刀安裝在前方，推土刀位置和角度可以調(diào)整，在使用時放下前面的推土刀，向前鏟削并推平沙、石塊及送運送泥沙等。推土機能夠單獨完成挖土、運土和卸土工作，操作靈活、轉(zhuǎn)動方便、所需工作面小、行駛速度快。推土機主要適用于一類土至三類土的淺挖、短運，如場地的清理或平整，開挖深度不大的基坑以及回填，推筑高度不大的路

19、基等[1]。 2.1 推土機的發(fā)展 第一臺履帶式推土機是由美國Benjamin Holt在1904年研制出的，它是對拖拉機進行的改進，在履帶式拖拉機上安裝人力提升的推土裝置，用的動力系統(tǒng)是蒸汽機，后來卡特彼勒公司研制出了以天然氣和汽油機為動力系統(tǒng)的履帶式推土機，鏟刀也發(fā)展成為鋼絲繩提升[1]。 五十年代的時候履帶式推土機的功率還只有74kw，發(fā)展不快，規(guī)格和品種也不齊全，七十年代才出現(xiàn)了301.5KW的推土機。隨著工程建筑和資源開發(fā)的發(fā)展需要，圍繞效率高、成本低為核心，開發(fā)出了大型化、機電一體化和液壓化的履帶式推土機[1]。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和變革，目前的柴油機都采用柴油機驅(qū)動，推土

20、所用鏟刀和松土器都采用液壓缸提升。 目前世界上大型的推土機公司有美國的卡特彼勒公司，日本的小松公司和德國的利勃海爾公司。都代表著世界推土機及其他工程機械先進水平。 我國的推土機發(fā)展是在新中國成立以后才開始的，目前已經(jīng)初步形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，研制水平也有很大的進步。不僅滿足了國內(nèi)市場的需要，也打入了國際市場。但是跟國際的先進技術(shù)水平之間還有很大的差距，國內(nèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平較低，可靠性差，規(guī)格較小，大多數(shù)在200KW以下。為了滿足國內(nèi)建筑工程施工和露天礦開采擴大的需要，我國引進了國外的先進技術(shù)，與外企合作并且取得了顯著的效果。1982年黑龍江引進了兩臺D9L型高架鏈輪推土機；接著1986年又引

21、進了D10型推土機；山東的推土機總廠二分廠也引進了美國卡特彼勒公司的履帶行走裝置技術(shù)，如圖2-1所示；鞍山工程機械股份有限公司和德國利勃海爾公司合作開發(fā)了全液壓推土機。在1996年上海彭浦機械廠和天津工程機械研究所聯(lián)合完成“八五”公關(guān)的新產(chǎn)品——上海410型履帶式推土機[1]，這也是我國目前自行開發(fā)的最大的推土機，如圖2-2所示。規(guī)格：整機重量47t；發(fā)動機功率306kW；采用重發(fā)KT A19- C 型柴油機；燃料供給系統(tǒng)裝有美國康明斯PT 泵，可提供最佳供油狀態(tài)。 圖2-1卡特彼勒D8R履帶式推土機 圖2

22、-2 410型履帶式推土機的試驗樣機 2.2 推土機的分類 推土機的劃分方式不同，分類也不同。 推土機按其行走的方式不同可分類為履帶式和輪胎式兩種。履帶式推土機對地面的附著牽引力大，接地的比壓較小 （0.04—0.13MPa），所以爬坡能力大，但是也導致了行駛速度低。而輪胎式推土機則相反，它行駛速度高，機動性較履帶式的靈活，作業(yè)的循環(huán)時間短，運輸轉(zhuǎn)移快捷方便，但是牽引力沒有履帶式推土機的大，適用于經(jīng)常需要變換工地和野外的工作情況[1]。 推土機按用途分又可以分為通用型和專用型兩種。通用型是按國家標準生產(chǎn)的機型，在土石方工程中運用的比較廣泛。專用型則是用于特殊的工況下的機型，有采用三角形

23、寬履帶板以降低接地比壓的濕地推土機和沼澤地推土機、無人駕駛推土機、水下推土機、水陸兩用推土機、高濕工況和高原型下作業(yè)的推土機、船艙推土機等[1]。 2.3 推土機的基本結(jié)構(gòu)及原理 功率大于120kW的推土機絕大多數(shù)都采用液力—機械傳動。這類的推土機源于引進的日本小松公司的D85型、D65型、D155型的基本制造技術(shù)。經(jīng)國產(chǎn)化后，統(tǒng)一定型為TY220型、TY160型和TY320型基本推土機[1]。 履帶式的推土機主要由電氣部分、駕駛室、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置和機罩部分組成。其中傳動系統(tǒng)包括機械傳動系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)和機械-液壓傳動系統(tǒng)。機械及液壓傳動系統(tǒng)又包括聯(lián)軸器總成、中央傳動、液力

24、變矩器、行星齒輪式動力換擋變速器、轉(zhuǎn)向離合器和轉(zhuǎn)向制動器、終傳動和行走系統(tǒng)等[1]。 動力輸出機構(gòu)以齒輪傳動和花鍵連接的方式帶動工作裝置液壓系統(tǒng)中工作泵、變速變矩液壓系統(tǒng)的變速泵、轉(zhuǎn)向制動液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向泵；鏈輪代表二級直齒齒輪傳動的終傳動機構(gòu)（包括左和右終傳動總成）；履帶板包括履帶總成、臺車架和懸掛裝置總成在內(nèi)的行走系統(tǒng)[1]。 推土機的型號較多，結(jié)構(gòu)也有著不同的地方，下面就選定山推SD16進行介紹。 2.3.1 推土機的外形結(jié)構(gòu) 推土機的外形主要是由推土鏟、提升油缸、燃油箱、履帶、鏈輪、臺車架、托輪、引導輪、推桿組成，其具體的結(jié)構(gòu)見下圖2-3-1和2-3-2所示。 圖2-3-1

25、SD16的整機外形 圖2-3-2 SD16的結(jié)構(gòu)圖 2.3.2 SD16推土機三種機型的推土裝置 推土機的三種機型的推土裝置如下表2-3。 表2-3推土機的三種機型推土裝置 2.3.3 三元件一級一相液力變矩器 三元件一級一相液力變矩器裝置見圖2-3-3。 圖2-3-3 三元件一級一相液力變矩器 結(jié)構(gòu)型式：三元式單級單相向心式； 主要結(jié)構(gòu)：泵輪、導輪、渦輪，每個上面都有用來攪動液體油進行能量傳遞，數(shù)量不等的葉柵； 作用：自動變矩，扭矩根據(jù)外載荷的變化輸出的改變而改變； 變矩器的工作原理： 液體油的流向:泵

26、輪→渦輪→導輪→泵輪。泵輪和渦輪之間有2mm左右的間隙，是將油作為介質(zhì)進行能量轉(zhuǎn)換的，沒有剛性連接，所以沒有機械沖擊，且相互保護，三輪組成一個密閉的腔體，腔體里面充滿了壓力油，僅通過進油口和出油口與外界相通； 安全閥:安裝在進油口，保證進入變矩器時壓力不高于0.8MPa。 調(diào)壓閥:安裝在出油口，保持變矩器的油壓在0.3MPa以下[1]。 其結(jié)構(gòu)裝置如下圖2-3-4所示。 圖2-3-4 三元件一級一相液力變矩器結(jié)構(gòu)圖 若外載荷增大，則推土機行走的速度下降, 隨之渦輪轉(zhuǎn)速下降，而泵輪輸入給液力變矩器的能量并沒有下降，所以當能量穿過了轉(zhuǎn)速正在下降的渦輪葉柵時，仍然保持有較大的能量并射向?qū)л?/p>

27、的葉柵，從而導輪葉柵受到大的壓力，壓力通過液體自身作用力壓向渦輪，則渦輪的輸出扭矩增大[1]。 泵輪、渦輪和導輪中充滿著工作油。當泵輪旋轉(zhuǎn)時, 泵輪使油液沖擊導渦輪葉片上,從而渦輪旋轉(zhuǎn)。油從渦輪流出進入導輪，并從導輪流出,進入泵輪進口。完成油的循環(huán)相連。 導輪可以通過改變液體的旋轉(zhuǎn)運動,從而使渦輪力矩增大。而渦輪力矩是隨工況而變化的。因此，當負荷增大時,渦輪會受到較大的阻力矩 ，從而自動降速。所以，液力變矩器可以保證機械得到平穩(wěn)的傳動[1]。 動力傳遞路線：傳動殼→泵輪→渦輪→渦輪軸→聯(lián)軸節(jié)1 工作裝置見下圖2-3-5所示。 圖2-3-5 三元件一級一相液力變矩器結(jié)

28、構(gòu)示意圖 2.3.4 動力換擋變速箱 圖2-3-5行星齒輪機構(gòu)原理及離合器機構(gòu) A. 太陽輪 B. 齒圈 C. 行星架 D. 行星齒輪 E. 離合器片 圖2-3-6 行星齒輪工作原理 圖中所示的行星齒輪機構(gòu)，包括與太陽輪（A）和齒圈（B）相嚙合的三個行星齒輪（D）。這三個行星齒輪（D）由行星架（C）支撐。當太陽輪（A）轉(zhuǎn)動時，齒圈（B）保持固定；行星齒輪（D）和行星架（C）開始繞太陽輪（A）旋轉(zhuǎn)，而每個行星齒輪在各自的軸上轉(zhuǎn)動。當行星架（C）保持固定時，行星齒輪（D）在它們各自的軸上轉(zhuǎn)動，而使齒圈（B）的旋轉(zhuǎn)方向與太陽輪（A）相反[1]。 1．

29、 1號行星齒輪軸 2. 1號離合器活塞 3. 1號油缸體 4. 2號行星齒輪軸 5. 2號離合器活塞 6. 2號油缸體 7. 卡環(huán) 8. 殼體 9. 3號活塞殼體 10. 3號離合器活塞 11. 3號離合器齒輪 12. 油缸體 13. 4號行星齒輪軸 14. 4號離合器活塞 15. 4號油缸

30、體 16. 5號行星齒輪軸 17. 5號離合器活塞 18. 鎖緊銷 19. 軸承座 20. 蓋 21. 輸出軸 22. 螺母 23. 卡環(huán) 24. 后箱體 25.5號離合器行星架 26. 彈簧 27. 卡環(huán) 28. 4號離合器行星架 29. 碟簧

31、 30. 彈簧 31. 2號離合器行星架 32. 粗濾器 33. 銷 34. 前蓋 35. 前箱體 36. 1號離合器行星架 37. 夾持器 38. 輸入軸 39. 聯(lián)軸節(jié) 40. 卡環(huán) 41. 座 A.1號離合器太陽輪（30齒） B. 1號離

32、合器行星齒輪（21齒） C. 1號離合器齒圈（72齒） D. 前進太陽輪（30齒） E. 前進行星齒輪（21齒） 圖2-3-7 行星齒輪結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-3-8 離合器結(jié)構(gòu)示意圖A 圖2-3-9 離合器輪結(jié)構(gòu)示意圖B A:離合器的接合（油壓起作用） 控制閥的機油在壓力下通過殼體（3）的油口流到活塞（2）。活塞把離合器齒片（44）和摩擦片（45）壓在一起；由此形成的摩擦力使離合器片（44）停止轉(zhuǎn)動，這樣與摩擦片內(nèi)齒相嚙合的齒圈（C）被鎖[1]。 B：離合器的分離（油

33、壓不起作用） 控制閥壓力油的供應被切斷時，活塞（2）由于回位彈簧（30）的力而回到最初位置。這樣，在齒片（44）和摩擦片（45）之間摩擦力減少，使齒圈（C）處于自由狀態(tài)[1]。 圖2-3-10 離合器球形止回閥結(jié)構(gòu)示意A 圖2-3-11 離合器球形止回閥結(jié)構(gòu)示意B 離合器球形止回閥的功能： 當變速桿置于“第一速”時，控制閥的機油進入3號離合器活塞（10）的左側(cè)，并推活塞到右。3號活塞殼體（9）的轉(zhuǎn)動被傳到3號離合器（11）的齒輪。 如果變速桿現(xiàn)在置于第二或第三速，彈簧（29）的力試圖推活塞到左邊[1]。 2.3.5

34、終傳動 圖2-3-12 終傳動結(jié)構(gòu)示意圖 2.3.6行走部分 圖2-3-13 履帶的漲緊裝置 漲緊裝置的作用是：保證履帶具有足夠的漲緊度，減少履帶在行走中的震跳及卷饒過程中的脫落[1]。 3 工程柴油機的特性 3 工程柴油機的特性 工程機械工作在惡劣的環(huán)境下時，作業(yè)時的阻力變化劇烈，發(fā)動機也會因此過載而常常掉速。要使發(fā)動機在額定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，則需要發(fā)動機因為過載掉速那時輸出的轉(zhuǎn)矩也盡可能的增加多一些。內(nèi)燃機的輸出轉(zhuǎn)矩與功率成正比，與其轉(zhuǎn)速成反比，

35、在低于額定轉(zhuǎn)速300-400r/min范圍內(nèi)發(fā)動機的輸出功率基本會保持不變或者增加，這樣的發(fā)動機的特性曲線才是滿足要求的[2]。 3.1 內(nèi)燃機的選型 3.1.1 內(nèi)燃機特性曲線 圖3.1.1 是兩種不同的工程機械常用內(nèi)燃機的特性曲線。 （a）的發(fā)動機的功率是470KW,轉(zhuǎn)速為2100r/min，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在2100r/min降到1800r/min的過程中，輸出功率維持穩(wěn)定過程，而輸出的轉(zhuǎn)矩缺一直在增加，是因為平衡機器在工作的過程中通過瞬時的，小量過載的原理來保證發(fā)動機在掉速時一樣可以穩(wěn)定工作。 （b）的發(fā)動機額定功率是320KW，轉(zhuǎn)速為2000r/min，最大的輸出功率為33

36、0KW，轉(zhuǎn)速為800r/min，即在轉(zhuǎn)速變小的同時發(fā)動機的功率增加，因而在相同掉速情況下起輸出的轉(zhuǎn)矩增加要相對多一些，穩(wěn)定性也因此要好一些。（b）的特性圖跟（a）比較起來更適合于工程機械內(nèi)燃機選型[9]。 圖3-1 兩種常用工程機械的發(fā)動機特性曲線 3.1.2 內(nèi)燃機的額定轉(zhuǎn)速 因為工程機械一般有液壓傳動和控制系統(tǒng)，并且都從發(fā)動力取力，因此發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速影響著液壓系統(tǒng)的選型，甚至機器的一些性能參數(shù)。額定的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機的最佳工作轉(zhuǎn)速，也是機器工作時經(jīng)常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速。因而在選型時要考慮到額定轉(zhuǎn)速對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，能否滿足系統(tǒng)要求； 另外發(fā)動機的轉(zhuǎn)速也是決定液壓

37、系統(tǒng)流量的因素。還要考慮轉(zhuǎn)速是否對機器的一些性能參數(shù)的影響，比如行走的速度、液壓油缸的速度的控制等等。 3.1.3 內(nèi)燃機的控制方式 發(fā)動機的控制主要是通過控制內(nèi)燃機的油門，有機械控制和電控兩種方法。機械控制是用油門的拉線來控制供油量的大??；而電控則有兩種方法，一種方法是在機械控制的基礎上用電磁閥來取代油門的拉線來控制供油量，另一種方式是目前市場上較先進的電噴發(fā)動機，這一種發(fā)動機的每一個氣缸都有配備噴油控制閥，由專用系統(tǒng)根據(jù)實際的負荷大小來控制油量，這一種發(fā)動機燃油經(jīng)濟性比較好，而且可以達到排放標準，只是價格比前者要貴一些。 3.14工程機械柴油機的性能 ①機械的工程柴油機負荷

38、率高沖擊性大2，圖3-2列出了推土機的載荷分布圖，它在一個工作循環(huán)工作載荷變化大，機組承受著急劇震動和沖擊力。因此在進行柴油機匹配設計時，標定工況參數(shù)和性能特性設計必須充分考慮工程機械沖擊性的高負荷要求。通常根據(jù)各類各類工程機械作業(yè)方式要求，按照柴油的標定功率I或者II規(guī)定進行選取，同時用柴油機飛輪輸出功率作為凈功率進行匹配計算。 圖3-2推土機的載荷圖 ②柴油機性能特征要適應變負荷工況，工程機械作業(yè)過程負荷高而且負荷的變化大。圖3-3顯示出了工程機械阻力轉(zhuǎn)矩Ttqc在柴油機外特性上和調(diào)速特性上的匹配關(guān)系。如果阻力轉(zhuǎn)矩Ttpc’變化不大時，柴油機的工作點配置在標定的工況附近這個時候柴油

39、機的功率、轉(zhuǎn)速、燃油耗均處于穩(wěn)定且較佳的狀態(tài)。反之，若果阻力轉(zhuǎn)矩Ttqc”大于柴油機的標定轉(zhuǎn)矩Ttqh，柴油機進入速度特性區(qū)工作，使柴油機的轉(zhuǎn)速在較大的范圍內(nèi)波動。圖3-4是推土機在牽引力工況下，由阻力變化引起的柴油機載荷轉(zhuǎn)矩Ttq隨時間t的變化，其中高頻波動不影響柴油機的轉(zhuǎn)速，但是較低頻率較小周期的波動使柴油機轉(zhuǎn)速在不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這種波動較大的影響燃油供給系統(tǒng)的正常工作，由于調(diào)速器的慣性滯后作用，與載荷變化產(chǎn)生不適應狀況。見圖3-5。在工程機械作業(yè)循環(huán)中，減速時間比加速時間長，就會出現(xiàn)載荷增加反而供油量減少，降低柴油機的輸出功率，也嚴重影響柴油運行經(jīng)濟性[2]。 當柴油機實際輸出功率隨

40、著阻力轉(zhuǎn)矩增大進一步下降時，一旦阻力轉(zhuǎn)矩超過了柴油機具有的最大轉(zhuǎn)矩時，柴油機則會發(fā)生熄火。圖4-5也表示柴油機的外特性和相應工況下的調(diào)速特性是在油門廚余滿載全開位置下的狀況。實際工作時，柴油機隨外載荷的變化而變化的，當油門廚余部分載荷位置時，就在部分負荷的調(diào)速特性上工作，調(diào)速器起作用的轉(zhuǎn)速相應的降低。這樣柴油機在一定范圍內(nèi)可自動適應外載荷的變化。并且可以控制柴油機的怠速和最高轉(zhuǎn)速。因此工程機械柴油機幾乎都采用全程式機械調(diào)速器。 圖3-3 阻力矩變化相對柴油機性能特性關(guān)系

41、 圖3-4柴油機載荷轉(zhuǎn)矩隨時間的變化 圖3-5柴油機不同狀態(tài)下的調(diào)速特性 ③滿足牽引力性能合理匹配的基本條件，對于高載循環(huán)作業(yè)的推土機代表的工程機械，必須合理配置柴油機標定功率工況與行走機構(gòu)最大生產(chǎn)率工況、工作裝置平均最大阻力工況的關(guān)系，因此獲得最大生產(chǎn)率?；緱l件有三個，第一柴油機轉(zhuǎn)矩決定了最大牽引力Fkpmax應該大于工程機械地面的附著條件。第二柴油機工況決定了有效牽引力Fkph應適應行走機構(gòu)最大生產(chǎn)率工況決定有效牽引力Fkpδ。第三柴油機的標定功率時產(chǎn)生的Fkph處于行走機構(gòu)標定滑移率δ附近保證機械有較大的生產(chǎn)率。

42、 圖3-6 工程機械牽引力特性上與柴油機性能匹配關(guān)系 A-A柴油機轉(zhuǎn)矩決定最大牽引力工況 B-B行走機構(gòu)最大附著力工況 C-C柴油機標定功率工況 D-D行走機構(gòu)標定滑移率工況 E-E平均最大阻力工況 F-F最大牽引力工況 4 推土機的使用特性 4 推土機的使用特性 履帶式推土機的配套柴油機一般采用的是三種傳動方式；機械傳動、液力傳動、機械液力傳動三種方式輸出功率見圖4-1可以得出結(jié)論，

43、在相同的行駛速度前提下機械傳動的輸出功率大于液力傳動的輸出功率而且傳動的效率也高一些，但是范圍太狹窄，所以需要設置更多的檔位來更好的適應外載荷的不斷的變化；但是液力傳動則體現(xiàn)出了它一定的優(yōu)勢，在整個速度范圍內(nèi)可以自動無極變速吸收功率，可以最大的利用柴油機的功率，更好的適應外載荷的變化，缺點就是傳動效率偏低，這兩種方式相應的柴油機的調(diào)速特性匹配關(guān)系分別在圖4-2和4-3中，而機械液力傳動匹配效率則處于前面兩種傳動方式之間。就目前而言，一般的小型推土機多數(shù)是采用的機械傳動，大型的推土機大多是則是用的另外兩種傳動方式。 圖4-1 機械和液力傳動輸

44、出功率曲線比較 圖4-2推土機機械傳動時與柴油機的匹配特性 推土機工作時的負荷大，而且工作條件很惡劣，在匹配動力裝置時候，它的標定有效功率、轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)和轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)取偏向上限，并且有較大的性能匹配儲備，幾乎用全功率匹配，并且保證運行工況點處于調(diào)速特性狀態(tài)工作。由圖4-2可知變速箱在1檔時的最大牽引力Fkp處于處于柴油機特性上的最大轉(zhuǎn)矩點，且與推土機的總質(zhì)量相近，則匹配比較合理；此時其1檔的最大的功率Pc點必須處于打滑的極限功率一下，從而充分利用柴油的功率；牽引力則會隨著車速的降低而得到明顯的提高。最低的油耗率be也處于最大轉(zhuǎn)矩點附近。圖

45、4-3是柴油機和變矩器的匹配輸入特性圖，變矩器的傳動比是在i=0-1的范圍內(nèi)，在工程機械上選i=0的時候失速負荷拋物線跟柴油機速度特性交點應該比最大的轉(zhuǎn)速時高100r/min左右，而且失轉(zhuǎn)速不能過低，不然會導致變矩器泵輪在啟動的時候空載轉(zhuǎn)矩太大，影響了柴油機在啟動時的性能。就目前，一般使用的變矩器的效率（ηTmax=0.75）時的負荷拋物線，通過柴油機凈功率速度特性上的標定功率，從而充分利用柴油機的功率[10]。 圖4-3推土機液力傳動時柴油機與變矩器匹配輸入特性

46、 5 柴油機的匹配計算 5 柴油機的匹配計算 5.1 匹配設計步驟 ①由推土機用戶或者生產(chǎn)企業(yè)提出其用途、功能、作業(yè)方式、作業(yè)負載工況、工作環(huán)境等；要求匹配柴油機的基本參數(shù)，如功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和適應性系數(shù)、調(diào)速率；柴油機總體的長寬高尺寸、安裝要求等，并提供配套意向書。 ②柴油機生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)推土機匹配的要求，逐個分析，并從性能、結(jié)構(gòu)、可靠性和經(jīng)濟性等方面綜合分析，收集國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，選取能滿足其基本要求的柴油機系列或是機型。與此同時，確定所需配套柴油機技術(shù)規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式的初步方案。 ③有推土機需方和供方充分協(xié)商后，雙方簽訂柴油機試制技術(shù)協(xié)議書或配套合同，作為供方的設計、供

47、貨依據(jù)。 ④柴油機配套設計師在全面理解技術(shù)協(xié)議的技術(shù)要求前提下，進行總體方案設計，設計性能的應該進行性能匹配臺架先行試驗；對成熟機型僅需進行各附屬系統(tǒng)配置設計；然后進行工藝、生產(chǎn)、經(jīng)濟等因素綜合分析后，經(jīng)方案評審，最后確定設計方案并得到需方認可。 ⑤由總體方案展開進行各零部件圖樣技術(shù)設計和制定驗收技術(shù)條件或質(zhì)量標準，技術(shù)設計時盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新材料等成熟先進技術(shù)，經(jīng)工藝、標準等部門會審后進行樣機試制 ⑥對提供的試制樣機進行裝配性檢查，然后進行性能試驗、可靠性考核、其結(jié)果應達到技術(shù)協(xié)議的要求，并應符合JB/T4198.1《工程機械用柴油機技術(shù)條件》有關(guān)項目的規(guī)定。 ⑦試制合格的柴油機樣

48、機提供主機試配套，并按有關(guān)工程機械標準進行定型試驗；包括雙方共同派員進行安裝適應性與傳動裝置匹配試驗，整機作業(yè)性能試驗，冷卻潤滑能力試驗，環(huán)境適應性試驗以及整機實際作業(yè)可靠性運行試驗等。 ⑧需方把配套、試用考核結(jié)果反饋給供方，設計師應對柴油機匹配設計問題和質(zhì)量缺陷及時改進設計，并納入圖樣、技術(shù)文件中。柴油機通過技術(shù)評定或鑒定后，才可以投入批量生產(chǎn)、供貨[8]。 5.2匹配計算 5.2.1 對動力裝置的基本要求 匹配的時候要根據(jù)推土機的的使用特點，正確的進行柴油機的匹配設計才能保證推土機的正常使用，和可靠的運行，并且要保證良好的經(jīng)濟性和環(huán)保性。 而且，推土機在進行匹配時要對動力的

49、處置、行走、工作裝置的系統(tǒng)問題合理分配動力，且結(jié)構(gòu)設計要達到最優(yōu)化，同時要考慮各個系統(tǒng)的工作環(huán)境。在對柴油機進行選型時要全面的了解和手機推土機的使用要求、從指標、結(jié)構(gòu)布置、制造成本、工藝性能等方面進行綜合的分析，同時也要考慮柴油機的技術(shù)的先進性又要保證使用可靠性和經(jīng)濟上的可行性。因此匹配設計的最優(yōu)化實際是指柴油機對工程機械具有良好的適應性。推土機要兼顧到柴油機工作環(huán)境對柴油機的影響，要對進氣、排氣、潤滑和冷卻系統(tǒng)進行特殊的設計[6]。 5.2.2 匹配原則 在選配柴油機時我們首先推土機其他性能的需要再根據(jù)經(jīng)驗公式求出柴油機大概所需要的功率，通過整機上的傳動機構(gòu)、離合器、變矩器對柴油機的標定

50、轉(zhuǎn)速進行選型。再根據(jù)所求得的數(shù)據(jù)選出兩款柴油機，對他們的過載能力的轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)和柴油機表征柴油機承載時轉(zhuǎn)速的下降程度的轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)進行比較。一般的工程機械在轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)選擇較大的值。在對轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)進行比較時轉(zhuǎn)速適應性系數(shù)的值較大，可以改善柴油機對負荷變化的適應范圍，在外載荷變化較大，轉(zhuǎn)速下降又不能克服的時候操作人員要有足夠的換擋時間，又不能過小，過小又影響推土機的作業(yè)速度，就要根據(jù)情況而定。柴油機的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率表征柴油機空載運行時最高轉(zhuǎn)速相對標定工況的變化程度。穩(wěn)態(tài)調(diào)速率過大表示穩(wěn)定性比較差；過小靈敏度又過大。因此根據(jù)經(jīng)驗，工程機械的標定穩(wěn)態(tài)條速率取值范圍在8％~12％，同時調(diào)速器可以

51、控制柴油機最大空載轉(zhuǎn)速，可防止意外的“飛車”事故，同時控制柴油機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速[3]。 5.2.3 計算步驟 第一，我們需要對所選用的推土機所用的液力變矩器進行計算，求出液力變矩器的一些特性參數(shù)； 第二，根據(jù)液力變矩器的特性參數(shù)求出液力變矩器的擬合曲線的方程； 第三，對兩種內(nèi)燃機的原始參數(shù)進行計算，求出兩個機型的扭矩擬合曲線方程； 第四，得出相對誤差進行對比； 第五，對所求的方程與液力變矩器的方程進行分析，并作出全功率匹配圖。 5.2.4 詳細計算 SD16推土機的詳細參數(shù)如下 工作重量 額定功率 飛輪功率 最大牽引力 最大牽引效率 17000kg 120KW

52、 160kw 150KN 65％ 前進I檔車速 前進II檔車速 前進III檔車速 后退I檔車速 后退II檔車速 3.29km/h 5.28km/h 9.63km/h 4.28km/h 7.59km/h 后退III檔車速 鏟刀寬度 鏟刀高度 最大切削深度 切削角 12.53km/h 3388mm 1149mm 540mm 55mm 首先根據(jù)推土機的牽引力和工作重量估算出內(nèi)燃機的標定功率，便于后面的選型 根據(jù)推土機的經(jīng)驗計算公式[2] 為牽引力系數(shù)，一般取0.9 m為整機質(zhì)量（t） 為最低行駛速度

53、（km/h） 為履帶打滑率一般取10％ 為機械傳動總效率取0.9 可以得到查看國家工程機械柴油機常用標準轉(zhuǎn)速范圍可得到推土機柴油機轉(zhuǎn)速的范圍在1800~2100r/min。查機械設計手冊選取接近此功率的發(fā)動機康明斯NT855-c820和濰柴WD613568GA-1兩種機型 查機械設計手冊（第五版）得到變矩器是TY165A型變矩器的原始特性參數(shù)[12] 型號 有效直徑mm 轉(zhuǎn)速r/min 功率 kw TY165A 380 1850 122 i k η Mb（100

54、0）/Nm 0 2.31 0 285.8 0.1 2.17 0.22 277.3 0.2 2.04 0.41 273.6 0.3 1.89 0.57 270.1 0.4 1.73 0.69 262.7 0.5 1.56 0.78 252.7 0.6 1.40 0.84 239.1 0.65 1.33 0.87 230.5 0.7 1.25 0.88 220.8 0.75 1.18 0.88 209.4 0.8 1.11 0.89 194.9 0.85 1.03 0.87 178.3 0.9 0.

55、95 0.85 156.3 0.95 0.84 0.80 124.5 1.04 0.38 0.40 29.0 （速比—i 變矩系數(shù)—k 變矩器效率—η 扭矩—Mb） TY165A液力變矩器傳動比以及效率 前進 后退 I II III I II III 變速箱速度比 2.50 1.33 0.73 2.08 1.10 0.60 中央傳動比 2.10 終傳動比 16

56、.51 總速比 87.14 46.21 25.26 72.23 38.25 20.88 傳動效率 0.94 0.94 0.94 0.94 0.94 0.94 液壓系統(tǒng)參數(shù) 地盤油泵 變矩器排油泵 工作油泵 合計 流量Q（L/min） 135 23 190 系統(tǒng)壓力p(Mpa) 2.35 0.14 0.58 效率η 0.85 0.85 0.85 消耗功率（KW） 6.22 0.06 2.16 消耗轉(zhuǎn)矩（N*M） 31.26 0.64 10.86 7％Ne 查資料可得到康明斯NT855—c28

57、0和WD613568GA-1參數(shù)如下 主要性能參數(shù) 柴油機型號 技術(shù)規(guī)格 i—D/mms/mm 標定功率II（Peh）標定轉(zhuǎn)速（neh） 燃油消耗率（kw) 最大轉(zhuǎn)矩（n*m）和相應轉(zhuǎn)速（r/min） tq 外形尺寸(l b h/mm) 凈質(zhì)量（kg） NT855_c280 6-140152 175/1800 ≤208 ≥1078/≤1230 ≥1.20 ≥1.46 15437811300 1270 WD613568GA-1 6—123130 162/2200 ≤210 ≥843/≤1450 ≥1.20 ≥1.52 151064

58、0960 810 在資料中可以查到兩種柴油機的扭矩動力儲備曲線擬合方程 發(fā)動機型號 NT855_c280 WD613568GA-1 扭矩動力儲備曲線擬合方程 (x為發(fā)動機轉(zhuǎn)速(1000r/m in) ; y 為扭矩) 一次導數(shù) 二次導數(shù) 一般工程機械選擇發(fā)動機要求就是在曲線要比其他的工作點要陡一些時就是接近了額定的工況點，離工作點越遠斜率越低，這樣可以更好的讓發(fā)動機在外載荷變化大的時候發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動打到最小，就可以改善發(fā)動機的工作條件。從上表兩個函數(shù)可以得出的是康明斯發(fā)動機的斜率更接近理想狀態(tài)。 計算原理匹配的原理 工程機械中，發(fā)動機要帶動很

59、多部件，其凈扭矩為 式中—帶動變矩器的扭矩 —工作裝置用油泵的扭矩 —變速器換擋用油泵的扭矩 —轉(zhuǎn)向油泵的扭矩 這些裝置中，變速器換擋用油泵一直與液力變矩器共同工作，轉(zhuǎn)向油泵則不經(jīng)常和變矩器共同工作，工作裝置用油泵是否經(jīng)常和變矩器共同工作與工程機械的具體情況有關(guān)，如裝載機的工作裝置油泵經(jīng)常與變矩器共同工作，而推土機的鏟刀提升油泵則不經(jīng)常和變矩器共同工作。 如果采用（其中的指的是帶動工作裝置油泵空轉(zhuǎn)的扭矩，指帶動轉(zhuǎn)向油泵空轉(zhuǎn)的扭矩）與變矩器進行匹配，稱為發(fā)動機的全功率匹配，如果我們采用（—帶動工作裝置油泵的工作扭矩）與變矩器進行匹配，稱為發(fā)動機的部分功率匹配。 對于推土機，可以

60、以發(fā)動機的全功率匹配為主，但要保證整個變矩器的輸入特性曲線與部分功率匹配時的發(fā)動機扭矩曲線相交。 發(fā)動機在車輛動態(tài)工作狀態(tài)各個工況下，油門開度及負荷都在變化要想精確描述發(fā)動機各個工況下的輸出特性非常困難。在車輛動力性能研究中，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩模型可以分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型兩類。動態(tài)模型主要用于分析發(fā)動機的瞬態(tài)響應特性或者用于發(fā)動機控制系統(tǒng)的開發(fā)，對于普通車輛傳動系統(tǒng)的研究，靜態(tài)發(fā)動機模型具有足夠的精度。 這次匹配計算主要是采用發(fā)動機的靜態(tài)模型 根據(jù)變矩器TY165A的參數(shù)算出MbK的值： k Mb（1000）/Nm k*Mb 2.31 285.8 660

61、.198 2.17 277.3 601.741 2.04 273.6 558.144 1.89 270.1 510.489 1.73 262.7 454.471 1.56 252.7 394.212 1.4 239.1 334.74 1.33 230.5 306.565 1.25 220.8 276 1.18 209.4 247.092 1.11 194.9 216.339 1.03 178.3 183.649 0.95 156.3 148.485 0.84 124.5 104.58 0.38 29 11.02

62、 液力變矩器在與柴油機配合時我們用計算的方法沒用擬合曲線的匹配方法，先計算出液力變矩器的幾何相似變矩器的輸入特性： 根據(jù)查找文獻15中公式， 得知單機單相變矩器循環(huán)圓直徑為D，和它相似的變矩器循環(huán)圓直徑為，由于 ，，推到出了幾何相似變矩器的輸入特性 （1） 根據(jù)公式（1）得到幾何輸出特性 （2） （3） 為了方便后面的求解變對公式（1）（2）（3）進行簡化得到如下公式

63、 （4） （5） 查資料得到液力變矩器的數(shù)學模型公式 再根據(jù)變矩器的數(shù)學模型公式 （6） （7） 根據(jù)公式（6）（7）可以得出出變矩器的偶合工況的變速比 得出公式 上面式子中的

64、一個根 根據(jù)液力變矩器的原始參數(shù)和擬合參數(shù)可以算出下列的值 （8） （9） （10） 根據(jù)原始數(shù)據(jù)代入公式（8）（9）（10）計算可以得出 所以所求的擬合曲線方程式為 （） 算出來的結(jié)果如下表： 傳動比 Mb 計算得出的Mb* 誤差 誤差百分比e* 0 276.47 285.8 -9.33 -0.03375 0.1 284.1144 277.3 6.8144

65、 0.023985 0.2 286.0756 273.6 12.4756 0.043609 0.3 282.3536 270.1 12.2536 0.043398 0.4 272.9484 262.7 10.2484 0.03 0.5 257.86 252.7 5.16 0.02 0.6 237.0884 239.1 -2.0116 -0.01 0.65 224.5714 230.5 -5.9286 -0.03 0.7 210.6336 220.8 -10.1664 -0.05 0.75 195.275 209.4

66、 -14.125 -0.07 0.8 178.4956 194.9 -16.4044 -0.09 0.85 160.2954 178.3 -18.0046 -0.11 0.9 140.6744 156.3 -15.6256 -0.11 0.95 119.6326 124.5 -4.8674 -0.04 1.04 78.17694 29 49.17694 0.62 同理根據(jù)公式（8）（9）（10）可以求出液力變矩器Mt的擬合曲線函數(shù) （11） （12） （13） 可以得出 再計算柴油機的外特性擬合函數(shù) 下面是兩種機型原始參數(shù)，只選取了五點列出 發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min 1000 1200 1400 1600 1800 康明斯NT855 扭矩N*M 1000