陳增彬

摘 要：介紹了XXG3501型非公路自卸車傳動系統(tǒng)的匹配選擇與計算

關鍵詞：非公路自卸車；傳動系統(tǒng)；匹配

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.110

0 引言

隨著露天礦山的開采和大型基礎工程的開發(fā)，中國礦用車市場的需求近年來穩(wěn)步增長。2009年11月，廈工重工YW3500-30噸級礦用自卸車順利下線，成為福建地區(qū)唯一具有礦山專用重型運輸裝備生產(chǎn)能力的企業(yè)。廈工重工YW3500型非公路自卸車已在紫金山金銅礦完成工業(yè)性生產(chǎn)試驗，投入小批量生產(chǎn)。目前，該車已經(jīng)得到紫金山用戶的認可，開始批量裝備。本文著重對YW3500型非公路自卸車的改進型XXG3501的傳動系統(tǒng)的匹配進行選擇與計算分析。

XXG3501與傳統(tǒng)的兩軸式礦用車有所不同，它采用公路車模式的三軸車橋，前后橋均采用礦山專用車橋，單前橋轉(zhuǎn)向，雙后橋驅(qū)動。因此在載荷儲備上往往大于同等噸位的兩軸礦用車。XXG3501的變速箱與發(fā)動機直接連接，而非傳統(tǒng)兩軸礦用車的分體式安裝；舉升油缸采用單缸前置式，與兩軸礦用車的雙缸中置式也有所不同；整車行駛平順性、舒適性、制動性等方面好于兩軸礦用車，轉(zhuǎn)彎半徑略大于兩軸礦用車。

1 XXG3501非公路自卸車傳動系統(tǒng)的選型

1.1 發(fā)動機

XXG3501型非公路自卸車需要在礦山路面上行駛，急變載荷頻率高，負載大、經(jīng)常超載、工作環(huán)境惡劣。選型時就要求發(fā)動機具有足夠的扭矩儲備系數(shù)和較大的剛度。因此，要掌握發(fā)動機的外特性曲線；充分了解了發(fā)動機的冷卻、潤滑、燃油、進氣、排氣、傳動、調(diào)速、啟動等系統(tǒng)的技術性能和安裝要求；明確發(fā)動機環(huán)保要求和環(huán)境適應性；確定發(fā)動機制造標準、相應附件如風扇、水泵、啟動馬達、發(fā)電機等附件情況。最終選定重汽杭發(fā)的非公路用機WD615系列高速柴油機。該機采用國外引進技術，使用可靠，動力性強，起動迅速，維修方便。并且達到了歐Ⅱ（即國家排放標準B階段要求）。選用此款發(fā)動機，不僅是因為其成熟的配套，還因為礦山原先使用的發(fā)動機與此相似，礦山用戶對此也比較認可。此外，重汽杭發(fā)的售后服務網(wǎng)點遍布全國，售后服務非常方便。因此，XXG3501作為YW3500的改進型，為了保持零件的通用性以及方便用戶的管理，發(fā)動機仍然選用重汽杭發(fā)，功率上升一個階段，達到247Kw（336馬力）。最大扭矩為1350N.m。

1.2 變速箱

為了確保車輛具有良好的動力性和經(jīng)濟性，使發(fā)動機增加在經(jīng)濟外特性曲線下運行的時間，要求變速器具有足夠的擋位和合理的數(shù)比。XXG3501所使用的變速器為法士特從美國引進技術生產(chǎn)的富勒雙中間軸變速器。該變速器采用主副箱組合設計、雙中間軸傳動、主軸和主軸齒輪浮動。速比范圍寬，結構新穎、操縱輕便、扭矩儲備系數(shù)大、承載力強，在國內(nèi)使用非常廣泛。根據(jù)匹配計算，XXG3501選擇9擋箱，前進擋最大速比為12.11，不帶超速擋，即最小速比為1。

變速箱與發(fā)動機采用一體式安裝，即變速箱上帶有離合器殼，通過離合器殼與發(fā)動機飛輪殼連接在一起。變速箱帶有離合器分離撥叉及離合器助力缸安裝支架，安裝撥叉及助力缸都非常方便。變速箱后端采用輔助支撐，增加了變速箱與發(fā)動機的穩(wěn)定性。

1.3 離合器

離合器的匹配主要根據(jù)發(fā)動機的功率及扭矩。國內(nèi)同等功率發(fā)動機大多使用420推式膜片彈簧離合器。為了適應礦山的超載及頻繁換擋，XXG3501選用430底拉式膜片彈簧離合器。此種離合器傳遞扭矩、摩擦面積均大于420離合器。另外，430離合器的分離軸承采用免維護式，與壓盤總成一起轉(zhuǎn)動，不存在調(diào)整離合器分離軸承與膜片彈簧間隙的問題。而420推式離合器卻需要及時調(diào)整分離軸承與膜片彈簧間的自由間隙，一般為3mm。若摩擦片磨損后，沒有及時調(diào)整間隙，分離軸承與膜片彈簧長時間貼合，會很快燒壞。另外，膜片彈簧離合器能自動調(diào)整分離杠桿與摩擦片間的距離，即在摩擦片磨損后，不需要人工調(diào)整分離杠桿，壓盤仍然能夠自動調(diào)整，壓緊摩擦片，保證可靠的傳遞扭矩。

1.4 傳動軸

傳動軸種類多樣，按法蘭面可分為平盤連接、端面齒連接、翼型連接等。目前各配套廠廣泛使用端面齒傳動軸。其優(yōu)點是：安裝方便，傳動可靠，制造成本低。若采用平盤連接，則連接螺栓的數(shù)量及強度均有較高要求，安裝工時較多；采用翼型連接，則制造成本相對較高。通過綜合考慮，XXG3501選用汽車中使用最廣泛的端面齒傳動軸。

2 匹配計算

動力性是車輛各種性能中最基本、最重要的性能，也是傳動系統(tǒng)中需要進行匹配計算的內(nèi)容。動力性的評價指標可分為三個方面：第一，最高車速；第二，加速時間；第三，最大爬坡度。XXG3501為非公路自卸汽車，因此對加速時間沒有特別的要求，在本文中不進行計算。

2.1 最大驅(qū)動力

驅(qū)動力計算公式為：各擋的凈驅(qū)動力Ft=TtqigioηT/r

式中，Tt為作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩（即凈輸出扭矩），ig為變速器傳動比，io為主減速比，ηT為系統(tǒng)傳動效率，r為車輪滾動半徑（m）。發(fā)動機轉(zhuǎn)速與輸出扭矩對應值從表1柴油機外特性曲線中可以得出。凈輸出扭矩：扣除了風扇、發(fā)電機、空調(diào)壓縮機、空氣壓縮機等發(fā)動機附屬設備和被驅(qū)動部件的損耗約14Kw。

2.2 最高車速

按設計標準，最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或瀝青）上汽車能達到的最高行駛速度（我國規(guī)定載質(zhì)量為滿載）。而XXG3501主要行駛在礦區(qū)內(nèi)崎嶇不平的土路面上。因此計算中路面附著系數(shù)設定為土路面。

發(fā)動機轉(zhuǎn)速與行駛速度關系μa=0.377rn/（igio）

式中，μa為汽車行駛速度（Km/h）；n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）；r為車輪滾動半徑（m）；ig為變速器傳動比；io為主減速器傳動比。

滾動阻力Ff=W×f

式中，W為整車重力，f為滾動阻力系數(shù)。車輛額定載重30噸時的滾動阻力：

Ff=49000×9.8×0.03=14406N?？梢缘贸鲆韵陆Y論：

滿載時，滿載最小穩(wěn)定行駛速度：1.27Km/h，滿載最大行駛速度：48.46Km/h。

2.3 最大爬坡度

通常按變速箱在最低擋，發(fā)動機在最高扭矩時計算動力動力因素DⅠmax。計算公式為DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G。此動力因素即可換算為最大爬坡度。

式中，F(xiàn)tⅠmax為最低擋的最大驅(qū)動力，F(xiàn)W =CDAμa×μa/21.15為車輛的空氣阻力，G為整車滿載重力，CD為空氣阻力系數(shù)（取0.5），A為迎風面積，即車輛在行駛方向的投影面積A=B×Ha（B=輪距，Ha=當量車高）。計算空氣阻力按最高擋最高車速計算，即取最大值。

FW =CDAμa×μa/21.15=0.5×8.2775×48.46×48.46/21.15=459.54N

DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G=（228971-459.54）/480200=0.4759

代入下式

計算可得XXG3501在爬坡?lián)鯐r的最大爬坡度αmax=26.69°，約50.27%。

經(jīng)過對XXG3501動力性指標的匹配計算，可以得出XXG3501傳動系統(tǒng)的匹配是合理的，各配套廠技術成熟，整車動力性良好，理論上滿足設計要求的各項技術指標。車輛的動力性還與很多方面有關，如行駛的附著條件與附著率、車輛功率的平衡等等，本文中對XXG3501的動力性也僅僅是計算最大驅(qū)動力、最高車速、最大爬坡能力等基本動力特性，因此應用性及針對性強。若需要對整車動力性做出更嚴格的評估，則需要更具體、深入的研究、計算與分析。endprint