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  小型挖掘机动力储备系数的计算


  在液压挖掘机设计中,发动机的动力储备计算是一项基本的计算。动力储备不足“小马拉大车”,导致工作过程中发动机易熄火;动力储备过量“大马拉小车”,导致发动机功率利用不充分,白白消耗燃料。


  在对小型液压挖掘机进行动力储备计算时,笔者发现了一些与大中型液压挖掘机计算的不同之处:对于大中型挖掘机,空调功率占比不大,进行动力储备计算时即使省略空调功率,对计算结果也没有大的影响;
小型挖掘机动力储备系数的计算

  而对于发动机功率 25 k W 以下的小型挖掘机,空调功率对动力储备计算结果有重要影响,空调的轴功率不可省略1 动力储备计算公式的建立从能量转化的角度,液压挖掘机的工作过程是将燃料的化学能通过发动机转化为机械能,再通过发动机传递给液压泵,然后由液压泵传递给行走马达、回转马达和液压缸。


  在能量传递过程中要涉及到发动机和工作部件之间的功率和转矩的匹配,设计师需要检查发动机的功率和转矩储备是否足够,本文用功率储备系数和转矩储备系数予以衡量。

小型挖掘机动力储备系数的计算
  关于挖掘机发动机的转矩储备系数,教材及技术文献经常提到,不过其含义是指对发动机过载能力的衡量,是发动机自身的特性。


  挖掘机工作时,在某一特定转速下,各工作部件的转矩和应小于发动机在该转速下所能提供的转矩。根据发动机转矩曲线,额定转速时的发动机转矩并不是最大的转矩。在上面步骤利用式(2)和式(3)计算时,发动机转矩数值代入的是最大转矩(此时发动机转速小于额定转速),而其余数值是采用额定转速时的数值,这是不合理的,各计算参数都应采用相同转速下的数据。根据厂家提供的发动机转矩曲线,得到额定转速时的发动机转矩数值为 87.5 N·m。代入式(2)和式(3),算得功率储备系数 KPM为 0.8%,转矩储备系数 KTM为 0.6%。


  计算结果表明,挖掘机的功率和转矩储备确实不足。这样,算例 3 出现偏差的另一个原因在于机械地套用了式(1),用不同转速下的转矩和功率进行比较。正确做法是进行转矩和功率比较时,发动机和工作部件的转速要一致,在同样转速下进行比较。


  由于挖掘机的发动机不能随意更改(发动机规格有限,具体型号的发动机功率不能任意更改),而调低液压泵功率相对容易,代价是工作装置动作速度有所降低,这个代价经评估后可以接受,因而选择将液压泵的功率和转矩降低。


  改进后的挖掘机的液压泵功率 15 k W,液压泵转矩 65 N·m。将有关数据代入式(4)和式(5),算得额定转速时的功率储备系数 KP为 13.9%,转矩储备系数 KT为 13.7%。计算结果表明主泵改进后,发动机的功率和转矩储备足够。将改进后的液压泵装到整机上,在整机工业试验时再未出现发动机熄火现象。

小型挖掘机动力储备系数的计算
  结论


  (1)对于大中型挖掘机,空调功率占比不大,进行动力储备计算时即使省略空调功率,对计算结果也没有大的影响。而对于发动机功率 25 k W 以下的小型挖掘机,空调的轴功率不可省略,空调功率对动力储备计算结果有重要影响。


  (2)在进行动力储备计算时,各部件所采用功率和转矩数据要用同样转速下的数据,将发动机最大转矩同工作部件额定转速下的转矩进行比较是不合理的。


  (3)在粗略计算时,选用额定转速时数据进行功率和转矩储备计算,可以大致判断出发动机和工作部件的匹配是否合理。


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