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1、第五节 牵引力平衡和牵引功率平衡v牵引力和牵引功率平衡是表明机械作业时的切线牵引力和发动机的有效功率是如何分配、消耗和利用的。 一、牵引力平衡 推动车辆前进的驱动力是地面作用在履带或轮胎上的切线牵引力。产生这一切线牵引力的原动力是由发动机传至驱动轮上的驱动力矩，而驱动力矩本身又需依靠履带与土壤或轮胎与土壤之间的附着作用才能得以充分发挥。因此，车辆的切线牵引力可按两种限制条件来计算，即按发动机的功率和地面的附着条件。发动机的特性和地面的附着条件是牵引力平衡和牵引功率平衡计算的基础。 （一）驱动力的确定1、机械直接传动的车辆驱动力的确定 1）由发动机动力所确定的驱动力： 在确定驱动力矩MK时应注意
2、，对大多数工程机械来说，发动机的功率在输入变速箱之前，必须分出一部分来驱动机械的辅助装置；对装载机一类的机械，还需分出相当大的一部分功率来驱动工作机构。因此在计算驱动力矩时应将这一部分转矩(功率)从发动机的转矩Me(功率Pe)中扣除。 设MBa和MPTO分别为消耗在驱动辅助装置和功率输出轴上的发动机转矩，PBa和PPTO分别为消耗在驱动辅助装置和功率输出轴上的发动机功率，则输入变速箱的发动机自由转矩Mec和自由功率Pec可按下式计算： （1）在等速稳定运转的工况下，驱动轮上的力矩Mk可按下式计算: 传动系的总效率可按下式计算：根据以上分析，切线牵引力可按下式计算：（）不稳定状况时 当工作阻力突
3、然减小或增大时，机械处于减速或加速的不稳定过程。此时由于发动机飞轮、传动系以及整车质量惯性力的作用，驱动力矩和切线牵引力都会发生变化。尤其是在减速过程中，此种惯性力可用来增大车辆的驱动力、以克服铲掘阻力的短时增大(即所谓冲击铲掘)。此点对机械传动的工程机械是有实用意义的。 在不稳定工况下，履带车辆的切线牵引力可按下式计算：2）由附着条件决定的最大切线牵引力（附着力）可按下式确定：2、液力机械传动工程机械驱动力的确定：v在液力机械传动中可将发动机和液力变矩器看成是某种复合的动力装置。因此，对于这种传动形式的机械传动部分，只要给出了变矩器与发动机共同工作的输出特性，则驱动力计算与机械直接传动的情况
4、并无原则的区别，但计算的原始依据应是涡轮输出轴的转矩M2。 需要注意的是：当计算变矩器的输出特性时，在发动机的有效功率中必须扣除由发动机直接驱动的功率输出轴(例如装载机的驱动工作机构的油泵)和辅助装置所消耗的功率。与机械直接传动的情况不同，在液力机械传动中，辅助装置的消耗不仅包括主离合器、转向等油泵的空载消耗，而且还有变矩器冷却油泵的消耗，该油泵是按照工作负荷运转的。在机械等速稳定行驶的工况下，驱动轮所获得的驱动力矩可按下式计算： im和m仍可按机械传动进行计算，只是机械传动中发动机的Me和ne应用相应的涡轮输出轴的M2和n2来代替。 需要注意的是：如果采用动力换挡变速箱，其功率损失不只是齿轮
5、的啮合损失，主要的损失还是各换档离合器中的回转损失。对于此种损失尚无精确的计算办法，在实用计算中，动力换挡变速箱的转矩损失可按3050Nm来考虑(对于l020t级的机械)，并将其在变速箱的输出转矩中扣除。 切线牵引力FK可按下式计算： 由附着条件决定的最大切线牵引力的计算公式与机械传动时相同。 当液力机械传动的车辆在不稳定工况下工作时，由于变矩器对发动机负荷的隔离作用(不透穿性)，利用发动机飞轮惯性来增大切线牵引力的可能性大大降低。但变矩器的变矩作用通常能保证机械具有足够大的牵引力以克服临时增大的切削阻力。因此，利用机械在减速时的惯性来增大牵引力的问题，在这种场合，没有太大实用意义。 二、牵引
6、力平衡和牵引功率平衡v工程机械的牵引力平衡和功率平衡表明了当机械工作时它的切线牵引力和发动机的有效功率是怎样分配、消耗和被利用的。机械的牵引力平衡方程和牵引功率平衡方程是研究牵引特性的基本方程。（一）牵引力平衡方程 1、机械在等速行驶的稳定工况时当机械在等速行速工况下的牵引力平衡方程为：式中：FK切线牵引力； F作用在机械上的所有外部阻力之和。）F中包括以下几项：（1）滚动阻力Ff：（2）坡道阻力： （3）工作阻力Fx：工作阻力Fx即作用在工作装置上的铲掘阻力。 作用在车辆上的外部阻力的总和F即等于：）机械的牵引力平衡方程具有以下形式：当机械作等速运行时，有效牵引力FKP的一般表达式为：2、机
7、械在不稳定工况下运动时，对于机械直接传动的车辆，需要考虑运动质量惯性力的影响，此时牵引平衡方程为： 此时机械的有效牵引力的表达式为： 二、牵引功率平衡方程牵引功率和牵引效率的计算 v1、机械传动v机械的牵引功率平衡表明了发动机的有效功率是怎样分配、消耗和被利用的。v当机械传动的车辆在等速牵引工况下工作时，发动机的功率将按以下各部分分配：（1）驱动辅助装置消耗的功率PBa这部分功率主要消耗在克服操纵和润滑系统油泵的空载回路阻力中，它可按下列公式计算：若用Ba表示驱动辅助装置的效率，则有：（2）驱动功率输出轴所需的功率PPTO这部分功率计算需视车辆所带工作装置的类型决定。对于推土机可认为在推土时，
8、工作装置等操纵系统基本上是不工作的，主要依靠切线牵引力进行工作，所以这部分为零。对于装载机，可以如下计算：输入变速箱的功率，即发动机的自由功率Pec为：（3）传动系中的功率损失Pm：驱动轮上获得的驱动功率PK可按下式计算：（4）履带驱动段上的功率损失Pr：履带上的理论切线牵引功率为： 理论切线牵引功率也可直接由切线牵引力和车辆的理论行驶速度计算：（）履带滑转引起的功率损失P：若用滑转效率来表示由于滑转而引起的理论切线牵引力的损失，则：上式表明，实际上代表了由于滑转而引起的理论速度的损失，所以也称速度效率。 上式表示了切线牵引力实际产生的推动车辆前进的功率，称为实际切线牵引功率PPK，如下计算：
9、（6）消耗在克服滚动阻力上的功率Pf：如机械在水平地面上工作，则有：如果用效率f表示由于克服滚动阻力而造成的实际切线牵引功率的损失，则： 为实际切线牵引功率扣除滚动阻力消耗的功率之后，所剩余的可供克服有效阻力用的功率。当机械在水平地段上工作时，它即为车辆的有效牵引功率：（7）消耗在克服坡道阻力上的功率Pi：（8）消耗在克服工作阻力上的功率，即有效功率PKP： 在上述各项计算公式中，机械的理论行驶速度vT和实际行驶速度v可用以下公式计算： 工程机械的功率平衡方程式如下：有效牵引功率的PKP一般表达式为： 上两式表达了牵引功率的物理意义，即机械的牵引功率是发动机的有效功率中扣除了各种损失后所剩余的
10、，可供进行有效作业的功率。牵引效率KP：机械牵引功率在发动机有效功率中所占的百分比。 对于无功率分出的机械，如推土机， KP可用有效牵引功率与发动机有效功率之比表示。对于有功率分出的情况，例如装载机，可用牵引功率与（Pe-PPTO）之比表示，即：很多情况下，牵引效率也用牵引功率与发动机的额定功率之比表示：2、液力传动： 对于液力机械传动的车辆，发动机有效功率的分配和消耗略有不同。此时除机械传动的各项损失外，还需增加液力传动中的功率损失。在这种场合下，车辆的功率平衡方程式可列如下： 在上式中，需要注意的是，辅助装置消耗的功率PBa不仅包括各油泵回路的空载阻力损耗，而且还应包括带工作负荷的变矩器冷
11、却油泵所消耗的功率，此时PBa可按下式计算： 变矩器的功率损失可如下计算：机械传动部分的功率损失按下式计算：第六节 牵引特性v一、牵引特性曲线 v牵引特性是反映车辆牵引性能和燃料经济性最基本的特性。牵引特性可用牵引特性曲线的形式表示。1、定义：用图表的形式表示了机械在一定的地面条件下，在水平地段以全油门作运动时，机械各挡的牵引功率、实际行驶速度、牵引效率、每小时耗油量、燃油消耗率、滑转率和发动机功率Pe(或曲轴转速ne)随牵引力而变化的函数关系。 2、分类：牵引特性可分为理论特性和试验特性两种。 理论牵引特性是根据机械的基本参数，通过牵引计算来绘制的。由于计算时不可避免要引入某些假设，所以理论
12、牵引特性与实际情况总会有某些出入。最能真实地表明车辆实际牵引性能和燃料经济性的是通过牵引试验测得的试验牵引特性。3、作用：牵引特性曲线是机械的基本技术指标，无论在机械的设计还是使用中，它们都是十分有用的。 在机械设计过程中，牵引特性被广泛地用来研究和检查发动机、传动系、行走机构和工作装置各参数之间匹配的合理性。可以比较各种设计方案以及与现有机型进行对比。 在机械的使用过程中，了解机械的牵引特性有助于合理地使用机械，有效地发挥它们的生产率。在组织机械化施工时，牵引特性也常常是解决各种机种进行合理配合的基本依据。 、牵引特性曲线应表现的内容： 在牵引特性图上可以标出在机器最低挡的某些特征性工况下各
13、项牵引参数的具体数值，作为表征机械牵引性能和燃料经济性的基本指标(见下图)。对于液力机械传动的机械应为：二、牵引性能参数的合理匹配1、牵引性能 牵引性能参数是指机械总体参数中，直接影响机械牵引性能的发动机、传动系、行走机构、工作装置的基本参数。由于牵引性能是车辆的基本性能，这些参数的确定也就决定了所设计机械的基本性能指标。 施工机械在作业时，发动机、传动系、行走机构、工作装置既相互联系又相互制约。机械的整机性能不仅取决于总成本身的性能，而且也与各总成间的工作是否协调有着密切的关系。因此，在机械的总体参数之间存在着相互匹配是否合理的问题。只有正确地选择发动机、传动系、行走机构、工作装置的参数，并
14、保证它们之间具有合理的匹配，才能充分发挥各总成本身的性能，从而使机械获得较高的技术经济指标。 对机械传动的车辆来说，机械的作业是通过发动机、传动系、行走机构和工作装置的共同工作来完成的。在这种共同工作的过程中，机械每个总成性能的充分发挥都将受到其他总成性能的制约，而机械的牵引特性则将以机械外部输出特性的形式显示出各总成共同工作的最终结果。因此，在选择各总成的参数时，必须充分注意到它们之间相互的制约关系。这种制约关系主要反映在切线牵引力与发动机调速特性之间的相互配置，以及发动机的最大输出功率和工作阻力与行走机构滑转曲线之间的相互配置上。下面将着重讨论上述配置关系对各总成和整机性能的影响，以及如何
15、保证机械牵引性能参数之间合理匹配的问题。 （1）切线牵引力在发动机调速特性上的配置 铲土运输机械的工作对象大多是较为坚硬的土石方，其中常常还有巨大的石块、树根，土的非均质性也比普通耕地恶劣得多。因此，在作业过程中工作阻力将急剧地变化，并常常出现短时间的高峰载荷以及行走机构完全滑转等情况。这是大部分铲土运输机械负荷工况的显著特点。工作阻力的急剧变化使得机械的切线牵引力也随之发生急剧的变化，后者通过传动系反映到发动机曲轴上来，就形成了曲轴急剧波动的阻力矩。许多研究表明，这种急剧波动的负荷对发动机的性能将产生很大的影响。因此，在变负荷工况下，发动机的实际平均输出功率和平均比油耗会大大偏离它们的额定指
16、标。 平均输出功率和比油耗的数值，与曲轴阻力矩Mc在调速特性上的配置位置有关。对于同样变化的切线牵引力，当选择不同的传动系传动比时，可以在发动机曲轴上获得一系列相似的负荷循环。因此，通过调节传动比的方法就可以改变发动机负荷循环在调速特性上的位置。这就产生了应该如何配置曲轴阻力矩在调速特性上的位置，以获得最大的平均输出功率的问题。 当阻力矩的配置远低于发动机的额定转矩时，平均输出功率必然是较低的。这是因为在大部分时间内发动机将在负载程度很低的情况下工作，所以调速特性上的平均输出功率较低。如果使阻力矩的配置位置沿着调速区段逐步上升。则调速特性上的平均输出功率也随之提高。此时发动机在整个负荷循环中都
17、在调速区段上工作，转速的波动不大(也即减速度和加速度不大)，因而功率和转矩偏离调速特性的情况并不显著。实际的平均输出功率将随着发动机负荷程度的增大而提高。 当最大负荷超过发动机的额定转矩后，由于在负荷循环中发动机有部分时间在非调速区段上工作，转速急剧起落，调速特性上平均输出功率的增长速度开始减慢。这样，到一定程度时，发动机的实际平均输出功率，必然将随着发动机负载程度的提高而下降。 如果发动机的负载程度超过其最佳值而继续增长，并使负荷循环阻力矩的最大值超过发动机的最大转矩时，发动机的工作将呈现出不稳定状态。如再进一步增大负荷，则将导致发动机熄火。 下图是发动机在按推土机的负荷循环进行模拟试验时获
18、得的结果。从图中可以看到，随着发动机负载程度的增大，在开始发动机偏离静载调速特性很小，发动机平均输出功率Pe随着平均阻力矩Mc之增大而增大。但是当Mc增至一定程度后，发动机偏离调速特性的程度愈大。于是，在某一负载程度下可获得最大的平均输出功率。当发功机的负载程度达到这一最佳值时，发动机的平均输出功率将随着负载程度的增大而下降，负载程度达到某一极限时，发动机将不稳定工作。 以上讨论表明，发动机只有在稳定工况下工作时才能输出额定功率，而平均阻力矩的工作点才以能配置得等于其额定转矩。当阻力矩发生波动时，发动机的最大平均输出功率总是小于它的额定功率。只有在适当配置阻力矩在发动机调速特性上的位置，才能获
19、得最大的平均输出功率。 机械在实际工作中要获得最大的平均输出功率，会很困难。这是因为不仅在每一负荷循环中工作阻力的变化是随机的，而且负荷循环本身由于土的条件，司机操作，发动机、行走机构、工作装置的匹配关系等方面因素的不同，也不可能同样重复。对于发动机来说，不仅存在着结构因素的影响，而且即使同一台发动机，在不同的负荷循环下其最佳负载程度也是不同的。因此，在机械的实际工作中要精确地确定发动机调速特性与切线牵引力间的合理匹配，以保证获得最大平均输出功率是十分复杂而困难的。 通过以上讨论，我们可以从定性方面对确定此种匹配关系提出如下几条指导性的原则： 1）要确定负荷循环在发动机调速特性上的位置时，应该
20、保证工作循环中可能出现的最大阻力矩不超过发动机的最大输出转矩。 如果不能满足这一条件，则当机械遇到突然增大的阻力时就有可能造成发动机熄火。出现突然超负荷的情况，司机往往来不及及时调整切削深度，而不得不脱开主离合器，此时不仅发动机熄火或脱开离合器本身会损失机械的有效工作时间，而且频繁地操作控制手柄也会加重司机的劳动强度和紧张状态，容易引起工作人员的疲劳。这些最终都将导致机械生产率下降。 2）为了获得较大的平均输出功率，应该使发动机在工作循环的大部分时间处在调速区段上工作。 这样可保证发动机的转速在整个工作循环中不致发生剧烈的波动，从而减少由于负荷的不稳定性而引起发动机动力性和经济性的恶化。 （2
21、）发动机最大输出功率在滑转曲线上的配置 滑转曲线是反映行走机构牵引元件与地面相互作用最基本的特性曲线，它表示了牵引元件的滑转率随其输出的牵引力而变化的函数关系。滑转曲线不仅与行走机构本身工作性能的一些基本指标，如滚动效率、滑转效率、附着能力等有着密切关系，而且也和机械的牵引效率、生产率等许多重要的整机性能指标有关。1）行走机构的牵引效率与滑转曲线的关系：牵引效率x：滚动效率f与滑转效率的乘积。注：履带式机械的牵引效率是滚动效率f、滑转效率与驱动段效率r的乘积，由于r可以近似地认为是一常数，为简化讨论未计入，这并不影响问题讨论的实质。下图为试验得出的行走机构的牵引效率曲线： 从图中可以看到，当牵
22、引力FK从零开始逐渐增大时，滚动效率亦将从零逐步变大，然而滑转效率却由于滑转率的上升而逐渐减小。从滑转曲线上可以看到，在牵引力逐步增长的开始阶段，滑转率上升十分缓慢。此时滚动效率的增长速率大大超过滑转效率的下降速率。因而行走机构的牵引效率将随着牵引力的增大而增大。当牵引力继续增长时，滑转效率的下降速率，将由于滑转率的迅速增长而变快，而滚动效率的增长速率则逐步减慢。于是在某一牵引力下，行走机构的牵引效率出现最大值。当牵引力超过这一值而继续增大时，牵引效率将随着牵引力的增长而下降。当滑转率达100时，牵引效率等于零。由牵引功率的表达式可知： 由于Ba和m可近似地认为是常量，因此，如果使Pe和x同时
23、达到最大值，则PKP具有最大值。即当发动机的最大输出功率Pemax与行走机构的最大牵引效率xmax匹配在一 起时，机械将获得最大有效牵引功率。 当铲土运输机械在粘性的新切土上工作时(铲土运输机械的典型土质条件)，对于轮式机械来说，最大牵引效率工况大约在=10左右，对于履带机械，大约在5左右。2）机械生产率与行走机构滑转曲线之间的关系： 铲土运输机械的生产率是用单位时间所完成的土方作业量来表示的。显然，作业量的多少与牵引力有直接的关系，而作业时间则与机械的作业速度有关。因此，机械的生产率Q将是有效牵引力和实际行驶速度的函数，即：1 对连续作业的机械来说，机器的生产率Q可用下式表示： 从上式得出：
24、当输送给行走机构的理论切线牵引功率一定时，机械的生产率将与行走机构的牵引效率成正比。 故对于连续作业的机械来说，行走机构的最大牵引效率工况和最大生产率工况是一致的。2对于循环作业的机械来说，机器的生产率可用下式表示： 通过分析知，对于循环作业的机械来说，行走机构的最大效率工况和最大生产率工况是不一致的，两者偏离的情况与工作循环中其余工序的时间t0的值有关。当t0=0时，即为机构变为连续作业时，最大效率工况和最大生产率工况相重合。t0愈大，即铲土工序的时间在整个工作循环中所占的比重愈小，两者偏离愈大。3）工作阻力配置情况分析 对于连续作业的机械，不论从充分利用发动机的输出功率，还是充分发挥机器生
25、产率的角度来看，均应将作业过程中的平均工作阻力配置在最大牵引效率工况附近（下图中的曲线1）。 对于循环作业的机械来说，为了使机器获得最大的生产率，则应将工作循环中的平均最大工作阻力(这一阻力通常出现在铲土过程的末尾)配置在最大生产率工况附近（下图的曲线2）。2、牵引性能参数合理匹配的条件从上述的分析中可知，铲土运输机械牵引性能参数的合理匹配应保证充分利用发动机的功率和发挥机械的最大生产率。 对于自行式平地机等比较接近于连续作业的机械，发动机负荷的变化带有稳定随机过程的性质，影响发动机最佳负荷程度的因素相对较少。因此，对于此类机械，牵引性能参数应根据发动机的最大平均输出功率、行走机构的额定滑转率
26、和工作装置的平均工作阻力之间的合理匹配关系来确定。 应该保证当工作装置以设计要求的平均阻力Fx连续作业时，发动机正好在最大平均输出功率工况下工作，而行走机构则在最大生产率的工况下工作(即额定滑转率H工况)。上述条件可以表示如下：对于推土机、铲运机、装载机一类的循环作业机械来说，不仅铲掘工序的工作阻力变化急剧，而且不同工序的工作阻力也是不同的。各工序时间长短，所采用的挡位等因素又都带有随机变化的性质。因而影响发动机负荷循环的因素将更为复杂，曲轴阻力矩的变化则呈现为某种非稳定的随机过程，确定发动机的最佳负荷程度也显得十分困难。 比较简单的解决办法是根据发动机的额定功率工况、行走机构的最大生产率工况
27、、工作装置的平均最大工作阻力工况之间的合理配置来确定牵引性能参数。此时牵引性能参数之间应满足下列条件： （1）由发动机转矩决定的最大牵引力应大于地面附）由发动机转矩决定的最大牵引力应大于地面附着条件所决定的最大牵引力着条件所决定的最大牵引力(即附着力即附着力) 牵引性能参数的匹配必须保证机械在突然超负荷时，首先发生行走机构的滑转，而不应导致发动机熄灭。此时发动机决定的最大牵引力应留有适当的储备(相对于地面的附着力而言)。当机械在此种条件下工作时，行走机构的滑转起着一种自动保护作用。它一方面减轻了司机的操作，另一方面自动地保护了发动机不致严重超载。 （2）牵引性能参数合理匹配的第二个条件是发动机
28、的额定功率工况应与行走机构的最大生产率工况相适应。 当发动机在额定工况下工作时，机械的行走机构将在额定滑转率工况下工作，此时由发动机额定功率决定的有效牵引力与由行走机构额定滑转率决定的额定牵引力FH应相等。（3）牵引性能参数合理匹配的第三个条件是工作装置的容量应与额定牵引力相适应。 为了使机器获得较高的生产率，应该保证当铲土过程中发动最大的铲掘力时(它通常发生在铲土过程的末尾)，行走机构能在额定滑转率工况附近工作。亦即铲土过程末尾的平均最大工作阻力Fx应等于机器的额定牵引力FH。此条件可用下式表示： 上述三个匹配条件也可利用牵引特性图来表示。当满足这些条件时，牵引特性上代表发动机额定功率工况的
29、aa线与代表行走机构额定滑转率工况的bb线和代表平均最大工作阻力工况的cc线应接近或吻合。代表最大牵引效率工况的dd线则应在它们的左方。而代表由发动机转矩决定的最大牵引力工况的ee则应在代表行走机构的最大附着能力的ff线之右方。3、对于液力机械传动的机械牵引性能参数的合理匹配条件可归纳如下： 对于液力机械传动的铲土运输机械来说，利用行走机构的滑转来防止发动机熄火显然是没有意义的。在这种场合下，重要的问题是防止变矩器经常处在效率很低的效率区工作。因为变矩器经常处在效率很低的工况下，一方面会大大降低发动机和变矩器共同工作的输出功率，另一方面将导致变矩器过热。因此，行走机构的滑转应该起到防止变矩器进
30、入低效区工作的作用。 （1）合理匹配的第一条件可表述为： 由发动机与变矩器共同工作输出特性上最大工作转矩M2Pmax(与P75相对应的变矩器输出轴最大转矩)所决定的牵引力FM2Pmax应大于由附着条件决定的最大牵引力F，即： （2）合理匹配的第二个条件可归纳为： 发动机与变矩器共同工作输出特性的最大功率工况应与行走机构的最大生产率工况相一致。此时，与变矩器输出轴最大功率工况相适当的有效牵引力应等于与行走机构额定滑转率相对应的额定牵引力FH，即：（3）牵引性能参数合理匹配的第三个条件和机械传动性能参数匹配条件并无原则区别，即机械在铲土过程中末尾的平均最大工作阻力Fx应等于额定牵引力FH，亦即：
31、三、用牵引特性曲线分析机械的牵引性能和燃料经济性 牵引特性是评价铲土运输机械的牵引性能和燃料经济性的基本依据。在牵引特性图上不仅可以看到不同挡位下机械的动力性和经济性各项指标的具体数据，而且还可从各挡特性曲线的形状、走向和分布中获知不同牵引负荷下机械牵引性能和燃料经济性能的变化规律，以及各档传动比的分配是否合理和牵引力、速度的适应性能。 当对牵引特性作进一步的研究时，还可以根据各特征工况下的功率平衡来分析发动机额定功率的分配情况，以及从各特征工况的位置和相互关系中来分析牵引性能参数匹配的合理性。通过这些分析，我们便可获知各总成的工作性能是否获得充分发挥，以及机械牵引性能和燃料经济性良好或欠佳的
32、原因。 下面将结合某些具体的实例来讨论如何根据牵引特性来评价机器的牵引性能和燃料经济性。 以下是两台机械传动履带式推土机的牵引特性 ：图1 机械传动的履带推土机牵引特性 图2 机械传动的履带推土机牵引特性 aa PeH工况， bbH工况, ccFx工况, ddKPmax工况, ee FMemax工况,ffF工况。 在研究牵引性能时可作如下讨论： 1首先可用表格的形式列出各特征工况下机械牵引性能和燃料经济性的基本指标。根据这些基本指标和牵引特性图即可对机械的牵引性能和燃料经济性作出初步的分析与评价。特征工况有：最大牵引功率工况、最大牵引效率工况、发动机额定功率工况、额定滑转率工况、发动机最大扭矩
33、工况和附着力工况。对比两者的数据可以看到前者所示的推土机各项牵引性能指标普遍较高，而后者所示的推土机各项牵引性能指标则普遍较低。特征工况有效牵引力FKP(KN)实际行驶速度V(km/h) 有效牵引功率PKP(kW)牵引效率KPPKPmax工况图11502.259572图2107261.856KPmax工况图11402.3590.575图21301.55366.5PeH工况图11602.19268图2902.35549H工况图11602.19268图21401.14265F工况图1175.6图2165FMemax工况图1184图21502、可根据各挡有效牵引功率曲线和行驶速度曲线的分布情况来考察
34、各挡传动比的分配和牵引力与行驶速度的适应性能。 此时应检查各挡有效牵引功率曲线之间不应有深谷存在，同时应注意速度曲线上高一挡的最大有效牵引点应在低一挡速度曲线之下(如图之D点)。此时当牵引力增大到必须换挡时，机械的车速仍能接近于换挡前的数值，此点对于保证司机良好的操纵感是很有必要的。对于牵引力则应有适当的储备，以便有可能克服阻力的短时增大。对于上述要求，两台推土机均能较好地满足。3、在进一步研究牵引特性时，可根据各持征工况下的牵引效率、滚动效率和滑转率对发动机额定功率的分配和牵引效率的组成作出分析。 上表中显示出明显的不正常情况。例如，在发动机额定功率工况下，滚动阻力和机械传动部分(辅助装置消
35、耗计入传动损失中)的消耗高达41.7kw，其相应效率仅为63.5。由于传动系、滚动阻力的消耗过大，导致有效牵引力降低到只有90kN左右。当机械在额定滑转率工况下工作时，有效牵引力不能满足满铲作业的要求,机器的有效牵引功率只有42kw，亦即发动机的额定功率只有37.3被转化为完成有效作业的牵引功能。 4、在牵引特性图上用垂线标出各特征工况的位置，可进一步检查牵引性能参数匹配的合理性。aa PeH工况， bbH工况, ccFx工况, ddKPmax工况, ee FMemax工况, ffF工况。 首先可检查发动机额定功率工况、行走机构额定滑转率工况(H1015)和工作装置满铲作业工况在牵引特性图上的
36、标线是否接近或吻合。 从图1中可以看到标志上述三种工况的标线都很接近，这表明当推土机铲满土时，行走机构将在最大生产率工况下工作，而发动机则将在额定功率附近工作。此时合理匹配的条件是： 其次应检查FMemax和F工况之间的相互关系。从图1上可以看到FMemax F的条件可获得很好满足，且有5左右的储备。因此，当推土机在作业中发生突然超载时，履带将完全滑转，而不至于使发动机熄火。 图2的情况则恰恰相反，FMemax位于履带打滑界限内，因此当机器发生突然超载时，发动机有强制熄火的可能。5、 在进行上述考察的基础上，即可进一步分析牵引性能和燃料经济性良好或欠佳的原因并对机器的动力性和经济性作出更为全面
37、的评价。 （）对于图1所示的推土机，由于将发动机的额定功率和工作装置满铲作业时的工作阻力配置在滑转率较高的区域(1015)，因而整个牵引特性向右扩展。从动力性的角度看，一方面当铲掘阻力增大时，行走机构将在额定滑转率的范围内工作，因而可以输出较大的有效牵引力，而发动机则将在额定功率附近工作，因而可以提供较大的输出功率；另一方面当铲掘阻力超过这一范围内，履带将迅速滑转，使发动机不至于超载从而起到保护发动机的作用。这样在铲土和运土过程的大部分时间内，发动机将基本上在调速区段工作。此时发动机转速不致发生急剧的变化，因而它的功率和比油耗偏离静载调速特性较小，而发动机的动力性和经济性将获得较好的发挥。aa
38、 PeH工况， bbH工况, ccFx工况, ddKPmax工况, ee FMemax工况, ffF工况。 从经济性的角度看，牵引特性向右扩展将使行走机构最大效率工况(在正常情况下它和最大牵引效率工况大体上是一致的)到满铲作业工况之间的区域相应扩展。由于在最大效率点右方的行走机构效率曲线进展比较平缓，因而机器高效区的工作范围也随之扩大。从图1中可以看到牵引效率在有效牵引力等于80160kN的区间内变化十分平缓，因而高效率区的范围就比较大。与这种情况相一致，比油耗曲线在这一区间的变化也比较平缓，低油耗区的范围也相应扩大，上述情形意味着机器在铲土和运土工序的大部分时间内将在较高牵引效率和较低的比油
39、耗下工作。aa PeH工况， bbH工况, ccFx工况, ddKPmax工况, ee FMemax工况, ffF工况。 综上所述，图1所示的推土机之所以具有良好的牵引指标，不仅是由于各总成本身的性能较好，而且还因为它们之间能相互协调地进行工作，因而各总成的工作性能得以充分发挥。（）分析第二台推土机各项牵引指标偏低的原因，首先指出，此台推土机总成性能与第一台相比普遍较差。例如发动机的动力性、经济性、辅助装置、传动系、行走系的效率、滚动阻力系数等均不如第一台。特别是在发动机转速较高时，辅助装置、传动系的功率消耗剧增，相应的效率下降到63.5。这说明辅助装置和传动系在高速下的工作极不正常，这种情况
40、很可能是由于液压系统的空载损失和传动齿轮的搅油损失过大而引起的。 当进一步分析辅助装置、传动系，行走机构消耗过大对机器牵引性能的影响时，可以看出，这些消耗的增大不仅反映这些总成本身的工作性能较差，而且还由于发动机额定工况牵引力数值（90KN）的过份降低而使各牵引参数匹配不合理程度加剧。因此，从这一意义上来说，机器性能欠佳的原因，在很大程度上要归结为牵引参数之间的匹配关系的严重失调。 参数选择不当也可从这二台推土机的主要参数对比中明显地看出。例如，尽管第二台推土机功率比第一台小24kw，然而工作装置的容量和一挡的传动比却几乎和第一台完全一样。6、液力机械传动的实例。下图为一台液力机械传动履带推土
41、机的试验牵引特性，它的主要参数列于下表。 图3 液力机械传动的履带推土机牵引特性 aa P2max工况， bbH工况, ccFM2max工况, ddF工况。特征工况有效牵引力FKP(KN)实际行驶速度V(km/h) 有效牵引功率PKP(kW)牵引效率KPPKPmax工况图11502.259572图31452.168662KPmax工况图11402.3590.575图31402.2284.563PeH或P2max工况图11602.19268图31472.18461H工况图11602.19268图31601.7777.553F工况图1175.6图3173FMemax或FM2Pmax工况图1184图
42、3177 如果将图1与图3进行比较，就可以看出，尽管两台推土机的参数基本相同，但前者的牵引特性与后者比较，却有着很大的差别。这种差别反映出液力机械传动的一系列特点，并可以从图3上明显地看出：（）从速度特性来看，它没有明显的转折点，呈现为一条柔软并能随牵引负荷变化而自动调节机器速度的特性曲线，速度特性的这种“柔性”反映了液力传动转矩特性的自动无级调节的性能。（）速度特性的上述特点反映到有效牵引功率特性上，使得有效牵引力功率曲线看起来比较平滑而饱满。从图与图的对比中可看出，液力机械传动的最大牵引功率和最大牵引效率都明显地低于机械传动，尤其是最大牵引效率只有62，这是因为在变矩器中存在着功率损失的缘
43、故，这也是液力机械传动不可避免的缺点。然而图上有效牵引功率曲线却由于比较饱满而可以在较宽的范围内保持高的有效牵引功率，从而将大大地提高发动机额定功率的利用程度。这表明在工作阻力变化的情况下，液力机械传动能输出最大的平均有效牵引功率。（）液力机械传动有效牵引功率曲线比较饱满，可显著地减小各档功率曲线之间的波谷面积。由此表明，机器在全部速度段和负荷范围内发动机额定功率都能获得充分的利用；另一方面也说明比起单纯的机械传动来，机器的变速箱挡位可减少。 （4）从燃料经济性的角度来看，液力机械传动的最低比油耗较之机械传动显著增高(图中末示出)。液力机械传动比油耗曲线的另一个明显的特点是当负荷增大而车速下降
44、时，比油耗可剧增至无限大。这一点是由变矩器的效率特性所引起的。由于随着涡轮转速的减小，变矩器的效率会迅速下降，因而机器的比油耗必然会剧增。当车速下降到零时，变矩器效率变为零，而比油耗则增至无限大。此时，变矩器输入的功率全部转变为热能，从而将导致变矩器严重发热。 为了降低油耗和防止变矩器发生过热就必须严格限制变矩器在工作效率区范围以外运转。在最低档上，通常可以利用履带的滑转来加以限制，在高挡上则要求司机严格按照规定，在车速下降时及时进行换挡。检查与变矩器最大工作转矩相对应的牵引力FM2max是否大于附着条件决定的牵引力F。检查发动机与变矩器共同工作输出特性上的最大功率工况与额定滑转率工况以及铲土过程的平均最大工作阻力工况在牵引特性上的位置是否接近或吻合。在分析牵引性能参数匹配的合理性时，液力机械传动可检查以下几点：课外作业： 根据实例分析如何使用牵引特性评价工程机械的牵引性能和燃料经济性。写出分析过程。 （机型任选）
