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  小型挖掘机动力储备系数的计算


  在小型挖掘机设计中,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;而对于发动机功率 25 k W 以下的小型小型挖掘机,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。
小型挖掘机动力储备系数的计算

  1 动力储备计算公式的建立


  从能量转化的角度,液压小型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。


  关于发动机的转矩储备系数,教材及技术文献中经常提到,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。


  影响因素一


  由于是发动机熄火,而且动力储备计算的余量足够,因而最初怀疑是发动机系统故障。但对发动机的供油系统、进排气系统进行排查后发现发动机系统工作正常。寻找其他原因发现,这台样机是冬季装配完成的,而发生故障的时间是五月份。刚装配下地时,气温比较低,
小型挖掘机动力储备系数的计算

  空调制冷挡不使用,即空调压缩机不工作。而发生故障时,气温已较高,机手使用了空调的制冷挡。


  空调压缩机在工作时会消耗一部分功率,因此考虑空调压缩机的轴功率后重新进行动力储备计算。液压泵功率 17.62 k W,空调轴功率 2.42 k W,液压泵转矩 76.5N·m,空调轴转矩 10.5 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 18.5%。

小型挖掘机动力储备系数的计算
  计算结果表明转矩储备足够,但功率储备略有不足(功率基本没有余量)。从动力传递路线看,该小型挖掘机的发动机动力传递后的工作部件包括液压泵和空调。算例 3 出现偏差的原因在于工作部件中忽略了空调。由此可见,大中型小型挖掘机忽略空调后,对计算结果影响不大,而小型小型挖掘机的动力储备计算中,空调部件不能忽略。


  小型挖掘机从 20 t 级别变化到 3.5 t 级,发动机功率从107 k W 变化到 20 k W,但驾驶室空间变化较小,进而空调压缩机轴功率变化不大,只是从 3.4 k W 变化到 2.4k W。空调功率相对于发动机功率的比例分别是 3.1%和12%,可见在小型小型挖掘机中,空调功率占比不可忽视。


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