柴油机与推土机的匹配毕业设计.doc

毕业设计（论文） 题 目 柴油机与推土机的匹配设计 院 （系） 机械与动力工程学院 专业班级 热动20103 学生姓名 学号 指导教师 职称 副教授 评阅教师 职称 201_年 6 月 日学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日 摘要摘 要 推土机是工程机械的一种，通过前面的推土装置对泥沙进行搬运或者清理，其工作环境一般比较恶劣，工作过程中载荷的变化比较大，所以对推土机上的动力性能要求比较高，所以推土机上的动力装置影响着推土机性能的好坏。了解推土机上面各个部件的结构和工作原理，对推土机上的柴油机进行匹配是至关重要的。我国的推土机产业目前处于世界中上水平，要想处于世界领先还需要更多的努力。 推土机的功率输出是通过液力变矩器进行输出的，推土机动力匹配也就是柴油机与液力变矩器之间的匹配。本文先确定发动机的功率，再选择两种发动机用他们的参数和液力变矩器进行匹配，最后选择合适的柴油机。关键词：柴油机 液力变矩器 推土机 扭矩 额定功率I ABSRACTABSTRACT 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 to 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 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 is 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 powerII 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 工程机械简介11.1.1 国内发展状况11.2工程机械分类21.3 主要研究内容32 推土机发展、分类及基本结构和原理42.1 推土机的发展42.2 推土机的分类52.3 推土机的基本结构及原理62.3.1 推土机的外形结构62.3.2 SD16推土机三种机型的推土装置72.3.3 三元件一级一相液力变矩器82.3.4 动力换挡变速箱112.3.5终传动162.3.6行走部分173 工程柴油机的特性183.1 内燃机的选型183.1.1 内燃机特性曲线183.1.2 内燃机的额定转速193.1.3 内燃机的控制方式193.14工程机械柴油机的性能194 推土机的使用特性245 柴油机的匹配计算265.1 匹配设计步骤265.2匹配计算275.2.1 对动力装置的基本要求275.2.2 匹配原则275.2.3 计算步骤275.2.4 详细计算286 结论35参考文献36致 谢37 1 绪论 1 绪论1.1 工程机械简介工程机械, 其实就是用于工程建设的施工机械的总称。这个设备的定义和称呼在世界上都差不多，比如德国叫做建筑机械与装置；英、美则是称它为建筑机械与设备；俄罗斯称呼为建筑与筑路机械，日本却叫做建设机械。因为它在人类的生活中所占据的不可撼动的重要地位，使得每个国家对它的运用都很广泛。与其他的国家相比较，中国的工程机械的种类更是繁多，增加了许多独特的行业，比如：铁路路线工程机械、电梯、叉车、装修机械等等，范围也比起其他国家更加广泛一些。工程机械的运用历史是非常悠久的，自从人类借助起重工具替代人力的时候就已经开始了，因为起重工具就属于工程机械。早在公元前1600年左右，我国就已经开始使用桔槔和辘轳。桔槔就代表起重杠杆，辘轳代表的是手摇绞车。对于起重工具的使用，罗马和古代埃也有着悠久的历史，最起码，没有起重杠杆，金字塔就不可能建成。自从瓦特发明了蒸汽机之后，近代工程机械的发展也就正是开始了。19世纪初，欧洲所使用的压路机、挖掘机、起重机等都是由蒸汽机驱动。直到勒努瓦研制出世界上第一台内燃机及德国的雅可比发明直流发动机之后，工程机械得到较快的发展速度。第二次世界大战爆发之后，发展更是迅速。它的品种、数量和质量能直接影响一个国家生产建设的发展，所以没有哪个国家会忽视它的重要性。1.1.1 国内发展状况我国工程机械的发展的发展时间也已经有50多年了。从1954年抚顺重型机器厂从苏联引进机械式挖掘机并与1961年7月成功试制我国历史上第一台挖掘机，到1963年我国成功开始试制国内第一台Z1-4装载机，再到1978年天工所应机械部要求制定出以Z450为基准的我国轮式装载机系列标准，最后到现在，进入工程机械的成熟时代，在这其间有许多的著名企业已经发展的一个很高的水平。1989年徐工集团和三一集团相继成立；1992年长沙中联重工科技发展有限公司成立；1999湖南山河智能机械股份有限公司成立；2004年山东众友工程机械有限公司成立；到2007年也取得了骄人的成绩。在07年世界工程机械50强评比中，我国有徐工集团、中联、三一重工、山推、铆工、厦工这7家企业上榜，其中徐工以年销售收入25.48亿美元位居十四，山推位居28名，三一重工居26名，这三家企业则是07年企业评比中排行榜中上升幅度最大的企业。20032008年国内外挖掘机销量、新机销量和进口二手挖掘机数量对比详见表1-1。表1-1 20032008年国内外挖掘机销量、新机销量和进口二手挖掘机数量对比年度200320042005200620072008总销量6300048921481427001891832103023新机销量380003392133642320006428274177进口二手挖掘机250001500014500200002755028846进口二手机/总销量39.68%30.66%30.12%28.56%30%28%我国的机械行业经过五十年的发展取得了骄人的成绩。在2005年生产工程机械的企业约有1000家，其中外商独资合资企业130家；年销售额1000万以上企业有300家；亿元以上企业有100家，年销售额940亿元，占全行业的75%；10亿元以上的企业有23家，年销售额占全行业的50%。如下表1-2。表1-2 2005年国内工程机械行业规模以上企业分布情况统计表项目数量销售额年销售额占行业百分比外商独资130家年销售额1000万以上企业300家亿元以上企业100家940亿元75%10亿元以上企业23家50%2005年-2008年行业销售收入情况见表1-3。表1-3 2006年2008年工程机械行业销售收入情况统计表年份200620072008销售额969.96亿元2223亿元1471.68亿元同比增长率34.17%37%48.05%1.2工程机械分类工程机械主要分为：挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、路面机械、压实机械、桩工机械、工业车辆、混凝土机械、钢筋和预应力机械、装修机械、凿岩机械、掘进机械、气动工具、铁路线路机械、市政工程与环卫机械、军用工程机械、电梯与扶梯、工程机械专用零部件、其它专用工程机械等1。21.3 主要研究内容本设计主要研究的是铲土运输机械，也就是推土机。而推土机与柴油机的匹配设计是一项非常重要的工程实践项目，在内燃机应用领域具有重要地位；内燃机与工程机械的匹配设计与计算是保证工程机械优良使用性能的前提条件。所以本文的主要研究内容如下：（1）柴油机特性分析；（2）推土机使用特性分析；（3）柴油机与工程机械的匹配设计与计算。39 2 推土机发展分类基本结构和原理 2 推土机发展、分类及基本结构和原理推土机是工程机械中比较常见的一种。它的主要功能是推土、铲土、运土、卸土。推土机属于工程车辆，大型的金属推土刀安装在前方，推土刀位置和角度可以调整，在使用时放下前面的推土刀，向前铲削并推平沙、石块及送运送泥沙等。推土机能够单独完成挖土、运土和卸土工作，操作灵活、转动方便、所需工作面小、行驶速度快。推土机主要适用于一类土至三类土的浅挖、短运，如场地的清理或平整，开挖深度不大的基坑以及回填，推筑高度不大的路基等1。2.1 推土机的发展第一台履带式推土机是由美国Benjamin Holt在1904年研制出的，它是对拖拉机进行的改进，在履带式拖拉机上安装人力提升的推土装置，用的动力系统是蒸汽机，后来卡特彼勒公司研制出了以天然气和汽油机为动力系统的履带式推土机，铲刀也发展成为钢丝绳提升1。五十年代的时候履带式推土机的功率还只有74kw，发展不快，规格和品种也不齐全，七十年代才出现了301.5KW的推土机。随着工程建筑和资源开发的发展需要，围绕效率高、成本低为核心，开发出了大型化、机电一体化和液压化的履带式推土机1。随着工业技术的发展和变革，目前的柴油机都采用柴油机驱动，推土所用铲刀和松土器都采用液压缸提升。目前世界上大型的推土机公司有美国的卡特彼勒公司，日本的小松公司和德国的利勃海尔公司。都代表着世界推土机及其他工程机械先进水平。我国的推土机发展是在新中国成立以后才开始的，目前已经初步形成了一定的生产规模，研制水平也有很大的进步。不仅满足了国内市场的需要，也打入了国际市场。但是跟国际的先进技术水平之间还有很大的差距，国内产品的技术水平较低，可靠性差，规格较小，大多数在200KW以下。为了满足国内建筑工程施工和露天矿开采扩大的需要，我国引进了国外的先进技术，与外企合作并且取得了显著的效果。1982年黑龙江引进了两台D9L型高架链轮推土机；接着1986年又引进了D10型推土机；山东的推土机总厂二分厂也引进了美国卡特彼勒公司的履带行走装置技术，如图2-1所示；鞍山工程机械股份有限公司和德国利勃海尔公司合作开发了全液压推土机。在1996年上海彭浦机械厂和天津工程机械研究所联合完成“八五”公关的新产品上海410型履带式推土机1，这也是我国目前自行开发的最大的推土机，如图2-2所示。规格：整机重量47t；发动机功率306kW；采用重发KT A19- C 型柴油机；燃料供给系统装有美国康明斯PT 泵，可提供最佳供油状态。 图2-1卡特彼勒D8R履带式推土机 图2-2 410型履带式推土机的试验样机2.2 推土机的分类推土机的划分方式不同，分类也不同。推土机按其行走的方式不同可分类为履带式和轮胎式两种。履带式推土机对地面的附着牵引力大，接地的比压较小 （0.040.13MPa），所以爬坡能力大，但是也导致了行驶速度低。而轮胎式推土机则相反，它行驶速度高，机动性较履带式的灵活，作业的循环时间短，运输转移快捷方便，但是牵引力没有履带式推土机的大，适用于经常需要变换工地和野外的工作情况1。推土机按用途分又可以分为通用型和专用型两种。通用型是按国家标准生产的机型，在土石方工程中运用的比较广泛。专用型则是用于特殊的工况下的机型，有采用三角形宽履带板以降低接地比压的湿地推土机和沼泽地推土机、无人驾驶推土机、水下推土机、水陆两用推土机、高湿工况和高原型下作业的推土机、船舱推土机等1。2.3 推土机的基本结构及原理功率大于120kW的推土机绝大多数都采用液力机械传动。这类的推土机源于引进的日本小松公司的D85型、D65型、D155型的基本制造技术。经国产化后，统一定型为TY220型、TY160型和TY320型基本推土机1。履带式的推土机主要由电气部分、驾驶室、发动机、传动系统、工作装置和机罩部分组成。其中传动系统包括机械传动系统、液压传动系统和机械-液压传动系统。机械及液压传动系统又包括联轴器总成、中央传动、液力变矩器、行星齿轮式动力换挡变速器、转向离合器和转向制动器、终传动和行走系统等1。动力输出机构以齿轮传动和花键连接的方式带动工作装置液压系统中工作泵、变速变矩液压系统的变速泵、转向制动液压系统的转向泵；链轮代表二级直齿齿轮传动的终传动机构（包括左和右终传动总成）；履带板包括履带总成、台车架和悬挂装置总成在内的行走系统1。推土机的型号较多，结构也有着不同的地方，下面就选定山推SD16进行介绍。2.3.1 推土机的外形结构推土机的外形主要是由推土铲、提升油缸、燃油箱、履带、链轮、台车架、托轮、引导轮、推杆组成，其具体的结构见下图2-3-1和2-3-2所示。图2-3-1 SD16的整机外形 图2-3-2 SD16的结构图2.3.2 SD16推土机三种机型的推土装置推土机的三种机型的推土装置如下表2-3。表2-3推土机的三种机型推土装置2.3.3 三元件一级一相液力变矩器三元件一级一相液力变矩器装置见图2-3-3。图2-3-3 三元件一级一相液力变矩器结构型式：三元式单级单相向心式；主要结构：泵轮、导轮、涡轮，每个上面都有用来搅动液体油进行能量传递，数量不等的叶栅；作用：自动变矩，扭矩根据外载荷的变化输出的改变而改变；变矩器的工作原理：液体油的流向:泵轮涡轮导轮泵轮。泵轮和涡轮之间有2mm左右的间隙，是将油作为介质进行能量转换的，没有刚性连接，所以没有机械冲击，且相互保护，三轮组成一个密闭的腔体，腔体里面充满了压力油，仅通过进油口和出油口与外界相通；安全阀:安装在进油口，保证进入变矩器时压力不高于0.8MPa。调压阀:安装在出油口，保持变矩器的油压在0.3MPa以下1。其结构装置如下图2-3-4所示。图2-3-4 三元件一级一相液力变矩器结构图若外载荷增大，则推土机行走的速度下降, 随之涡轮转速下降，而泵轮输入给液力变矩器的能量并没有下降，所以当能量穿过了转速正在下降的涡轮叶栅时，仍然保持有较大的能量并射向导轮的叶栅，从而导轮叶栅受到大的压力，压力通过液体自身作用力压向涡轮，则涡轮的输出扭矩增大1。泵轮、涡轮和导轮中充满着工作油。当泵轮旋转时, 泵轮使油液冲击导涡轮叶片上,从而涡轮旋转。油从涡轮流出进入导轮，并从导轮流出,进入泵轮进口。完成油的循环相连。 导轮可以通过改变液体的旋转运动,从而使涡轮力矩增大。而涡轮力矩是随工况而变化的。因此，当负荷增大时,涡轮会受到较大的阻力矩 ，从而自动降速。所以，液力变矩器可以保证机械得到平稳的传动1。 动力传递路线：传动壳泵轮涡轮涡轮轴联轴节1工作装置见下图2-3-5所示。图2-3-5 三元件一级一相液力变矩器结构示意图2.3.4 动力换挡变速箱图2-3-5行星齿轮机构原理及离合器机构 A. 太阳轮 B. 齿圈 C. 行星架 D. 行星齿轮 E. 离合器片图2-3-6 行星齿轮工作原理图中所示的行星齿轮机构，包括与太阳轮（A）和齿圈（B）相啮合的三个行星齿轮（D）。这三个行星齿轮（D）由行星架（C）支撑。当太阳轮（A）转动时，齿圈（B）保持固定；行星齿轮（D）和行星架（C）开始绕太阳轮（A）旋转，而每个行星齿轮在各自的轴上转动。当行星架（C）保持固定时，行星齿轮（D）在它们各自的轴上转动，而使齿圈（B）的旋转方向与太阳轮（A）相反1。1 1号行星齿轮轴 2. 1号离合器活塞3. 1号油缸体 4. 2号行星齿轮轴5. 2号离合器活塞 6. 2号油缸体7. 卡环 8. 壳体9. 3号活塞壳体 10. 3号离合器活塞11. 3号离合器齿轮 12. 油缸体13. 4号行星齿轮轴 14. 4号离合器活塞 15. 4号油缸体 16. 5号行星齿轮轴17. 5号离合器活塞 18. 锁紧销 19. 轴承座 20. 盖 21. 输出轴 22. 螺母23. 卡环 24. 后箱体25.5号离合器行星架 26. 弹簧27. 卡环 28. 4号离合器行星架29. 碟簧 30. 弹簧31. 2号离合器行星架 32. 粗滤器33. 销 34. 前盖35. 前箱体 36. 1号离合器行星架37. 夹持器 38. 输入轴39. 联轴节 40. 卡环41. 座 A.1号离合器太阳轮（30齿）B. 1号离合器行星齿轮（21齿） C. 1号离合器齿圈（72齿）D. 前进太阳轮（30齿） E. 前进行星齿轮（21齿） 图2-3-7 行星齿轮结构示意图图2-3-8 离合器结构示意图A 图2-3-9 离合器轮结构示意图B A:离合器的接合（油压起作用）控制阀的机油在压力下通过壳体（3）的油口流到活塞（2）。活塞把离合器齿片（44）和摩擦片（45）压在一起；由此形成的摩擦力使离合器片（44）停止转动，这样与摩擦片内齿相啮合的齿圈（C）被锁1。B：离合器的分离（油压不起作用）控制阀压力油的供应被切断时，活塞（2）由于回位弹簧（30）的力而回到最初位置。这样，在齿片（44）和摩擦片（45）之间摩擦力减少，使齿圈（C）处于自由状态1。 图2-3-10 离合器球形止回阀结构示意A 图2-3-11 离合器球形止回阀结构示意B离合器球形止回阀的功能：当变速杆置于“第一速”时，控制阀的机油进入3号离合器活塞（10）的左侧，并推活塞到右。3号活塞壳体（9）的转动被传到3号离合器（11）的齿轮。如果变速杆现在置于第二或第三速，弹簧（29）的力试图推活塞到左边1。2.3.5终传动 图2-3-12 终传动结构示意图2.3.6行走部分图2-3-13 履带的涨紧装置涨紧装置的作用是：保证履带具有足够的涨紧度，减少履带在行走中的震跳及卷饶过程中的脱落1。 3 工程柴油机的特性 3 工程柴油机的特性工程机械工作在恶劣的环境下时，作业时的阻力变化剧烈，发动机也会因此过载而常常掉速。要使发动机在额定的转速范围内稳定的运转，则需要发动机因为过载掉速那时输出的转矩也尽可能的增加多一些。内燃机的输出转矩与功率成正比，与其转速成反比，在低于额定转速300-400r/min范围内发动机的输出功率基本会保持不变或者增加，这样的发动机的特性曲线才是满足要求的2。3.1 内燃机的选型 3.1.1 内燃机特性曲线图3.1.1 是两种不同的工程机械常用内燃机的特性曲线。（a）的发动机的功率是470KW,转速为2100r/min，发动机的转速在2100r/min降到1800r/min的过程中，输出功率维持稳定过程，而输出的转矩缺一直在增加，是因为平衡机器在工作的过程中通过瞬时的，小量过载的原理来保证发动机在掉速时一样可以稳定工作。（b）的发动机额定功率是320KW，转速为2000r/min，最大的输出功率为330KW，转速为800r/min，即在转速变小的同时发动机的功率增加，因而在相同掉速情况下起输出的转矩增加要相对多一些，稳定性也因此要好一些。（b）的特性图跟（a）比较起来更适合于工程机械内燃机选型9。 图3-1 两种常用工程机械的发动机特性曲线 3.1.2 内燃机的额定转速因为工程机械一般有液压传动和控制系统，并且都从发动力取力，因此发动机的输出转速影响着液压系统的选型，甚至机器的一些性能参数。额定的转速是发动机的最佳工作转速，也是机器工作时经常出现的转速。因而在选型时要考虑到额定转速对液压系统产生的影响，能否满足系统要求；另外发动机的转速也是决定液压系统流量的因素。还要考虑转速是否对机器的一些性能参数的影响，比如行走的速度、液压油缸的速度的控制等等。 3.1.3 内燃机的控制方式发动机的控制主要是通过控制内燃机的油门，有机械控制和电控两种方法。机械控制是用油门的拉线来控制供油量的大小；而电控则有两种方法，一种方法是在机械控制的基础上用电磁阀来取代油门的拉线来控制供油量，另一种方式是目前市场上较先进的电喷发动机，这一种发动机的每一个气缸都有配备喷油控制阀，由专用系统根据实际的负荷大小来控制油量，这一种发动机燃油经济性比较好，而且可以达到排放标准，只是价格比前者要贵一些。 3.14工程机械柴油机的性能机械的工程柴油机负荷率高冲击性大2，图3-2列出了推土机的载荷分布图，它在一个工作循环工作载荷变化大，机组承受着急剧震动和冲击力。因此在进行柴油机匹配设计时，标定工况参数和性能特性设计必须充分考虑工程机械冲击性的高负荷要求。通常根据各类各类工程机械作业方式要求，按照柴油的标定功率I或者II规定进行选取，同时用柴油机飞轮输出功率作为净功率进行匹配计算。图3-2推土机的载荷图柴油机性能特征要适应变负荷工况，工程机械作业过程负荷高而且负荷的变化大。图3-3显示出了工程机械阻力转矩Ttqc在柴油机外特性上和调速特性上的匹配关系。如果阻力转矩Ttpc变化不大时，柴油机的工作点配置在标定的工况附近这个时候柴油机的功率、转速、燃油耗均处于稳定且较佳的状态。反之，若果阻力转矩Ttqc”大于柴油机的标定转矩Ttqh，柴油机进入速度特性区工作，使柴油机的转速在较大的范围内波动。图3-4是推土机在牵引力工况下，由阻力变化引起的柴油机载荷转矩Ttq随时间t的变化，其中高频波动不影响柴油机的转速，但是较低频率较小周期的波动使柴油机转速在不稳定的工作状态。这种波动较大的影响燃油供给系统的正常工作，由于调速器的惯性滞后作用，与载荷变化产生不适应状况。见图3-5。在工程机械作业循环中，减速时间比加速时间长，就会出现载荷增加反而供油量减少，降低柴油机的输出功率，也严重影响柴油运行经济性2。当柴油机实际输出功率随着阻力转矩增大进一步下降时，一旦阻力转矩超过了柴油机具有的最大转矩时，柴油机则会发生熄火。图4-5也表示柴油机的外特性和相应工况下的调速特性是在油门厨余满载全开位置下的状况。实际工作时，柴油机随外载荷的变化而变化的，当油门厨余部分载荷位置时，就在部分负荷的调速特性上工作，调速器起作用的转速相应的降低。这样柴油机在一定范围内可自动适应外载荷的变化。并且可以控制柴油机的怠速和最高转速。因此工程机械柴油机几乎都采用全程式机械调速器。 图3-3 阻力矩变化相对柴油机性能特性关系 图3-4柴油机载荷转矩随时间的变化 图3-5柴油机不同状态下的调速特性满足牵引力性能合理匹配的基本条件，对于高载循环作业的推土机代表的工程机械，必须合理配置柴油机标定功率工况与行走机构最大生产率工况、工作装置平均最大阻力工况的关系，因此获得最大生产率。基本条件有三个，第一柴油机转矩决定了最大牵引力Fkpmax应该大于工程机械地面的附着条件。第二柴油机工况决定了有效牵引力Fkph应适应行走机构最大生产率工况决定有效牵引力Fkp。第三柴油机的标定功率时产生的Fkph处于行走机构标定滑移率附近保证机械有较大的生产率。 图3-6 工程机械牵引力特性上与柴油机性能匹配关系A-A柴油机转矩决定最大牵引力工况 B-B行走机构最大附着力工况C-C柴油机标定功率工况 D-D行走机构标定滑移率工况E-E平均最大阻力工况 F-F最大牵引力工况 4 推土机的使用特性 4 推土机的使用特性履带式推土机的配套柴油机一般采用的是三种传动方式；机械传动、液力传动、机械液力传动三种方式输出功率见图4-1可以得出结论，在相同的行驶速度前提下机械传动的输出功率大于液力传动的输出功率而且传动的效率也高一些，但是范围太狭窄，所以需要设置更多的档位来更好的适应外载荷的不断的变化；但是液力传动则体现出了它一定的优势，在整个速度范围内可以自动无极变速吸收功率，可以最大的利用柴油机的功率，更好的适应外载荷的变化，缺点就是传动效率偏低，这两种方式相应的柴油机的调速特性匹配关系分别在图4-2和4-3中，而机械液力传动匹配效率则处于前面两种传动方式之间。就目前而言，一般的小型推土机多数是采用的机械传动，大型的推土机大多是则是用的另外两种传动方式。图4-1 机械和液力传动输出功率曲线比较图4-2推土机机械传动时与柴油机的匹配特性推土机工作时的负荷大，而且工作条件很恶劣，在匹配动力装置时候，它的标定有效功率、转矩适应性系数和转速适应性系数取偏向上限，并且有较大的性能匹配储备，几乎用全功率匹配，并且保证运行工况点处于调速特性状态工作。由图4-2可知变速箱在1档时的最大牵引力Fkp处于处于柴油机特性上的最大转矩点，且与推土机的总质量相近，则匹配比较合理；此时其1档的最大的功率Pc点必须处于打滑的极限功率一下，从而充分利用柴油的功率；牵引力则会随着车速的降低而得到明显的提高。最低的油耗率be也处于最大转矩点附近。图4-3是柴油机和变矩器的匹配输入特性图，变矩器的传动比是在i=0-1的范围内，在工程机械上选i=0的时候失速负荷抛物线跟柴油机速度特性交点应该比最大的转速时高100r/min左右，而且失转速不能过低，不然会导致变矩器泵轮在启动的时候空载转矩太大，影响了柴油机在启动时的性能。就目前，一般使用的变矩器的效率（Tmax=0.75）时的负荷抛物线，通过柴油机净功率速度特性上的标定功率，从而充分利用柴油机的功率10。图4-3推土机液力传动时柴油机与变矩器匹配输入特性 5 柴油机的匹配计算 5 柴油机的匹配计算5.1 匹配设计步骤 由推土机用户或者生产企业提出其用途、功能、作业方式、作业负载工况、工作环境等；要求匹配柴油机的基本参数，如功率、转矩、转速和适应性系数、调速率；柴油机总体的长宽高尺寸、安装要求等，并提供配套意向书。柴油机生产企业根据推土机匹配的要求，逐个分析，并从性能、结构、可靠性和经济性等方面综合分析，收集国内外有关技术资料，选取能满足其基本要求的柴油机系列或是机型。与此同时，确定所需配套柴油机技术规格和结构形式的初步方案。有推土机需方和供方充分协商后，双方签订柴油机试制技术协议书或配套合同，作为供方的设计、供货依据。柴油机配套设计师在全面理解技术协议的技术要求前提下，进行总体方案设计，设计性能的应该进行性能匹配台架先行试验；对成熟机型仅需进行各附属系统配置设计；然后进行工艺、生产、经济等因素综合分析后，经方案评审，最后确定设计方案并得到需方认可。由总体方案展开进行各零部件图样技术设计和制定验收技术条件或质量标准，技术设计时尽可能采用新结构、新材料等成熟先进技术，经工艺、标准等部门会审后进行样机试制对提供的试制样机进行装配性检查，然后进行性能试验、可靠性考核、其结果应达到技术协议的要求，并应符合JB/T4198.1工程机械用柴油机技术条件有关项目的规定。试制合格的柴油机样机提供主机试配套，并按有关工程机械标准进行定型试验；包括双方共同派员进行安装适应性与传动装置匹配试验，整机作业性能试验，冷却润滑能力试验，环境适应性试验以及整机实际作业可靠性运行试验等。需方把配套、试用考核结果反馈给供方，设计师应对柴油机匹配设计问题和质量缺陷及时改进设计，并纳入图样、技术文件中。柴油机通过技术评定或鉴定后，才可以投入批量生产、供货8。5.2匹配计算5.2.1 对动力装置的基本要求 匹配的时候要根据推土机的的使用特点，正确的进行柴油机的匹配设计才能保证推土机的正常使用，和可靠的运行，并且要保证良好的经济性和环保性。而且，推土机在进行匹配时要对动力的处置、行走、工作装置的系统问题合理分配动力，且结构设计要达到最优化，同时要考虑各个系统的工作环境。在对柴油机进行选型时要全面的了解和手机推土机的使用要求、从指标、结构布置、制造成本、工艺性能等方面进行综合的分析，同时也要考虑柴油机的技术的先进性又要保证使用可靠性和经济上的可行性。因此匹配设计的最优化实际是指柴油机对工程机械具有良好的适应性。推土机要兼顾到柴油机工作环境对柴油机的影响，要对进气、排气、润滑和冷却系统进行特殊的设计6。5.2.2 匹配原则在选配柴油机时我们首先推土机其他性能的需要再根据经验公式求出柴油机大概所需要的功率，通过整机上的传动机构、离合器、变矩器对柴油机的标定转速进行选型。再根据所求得的数据选出两款柴油机，对他们的过载能力的转矩适应性系数和柴油机表征柴油机承载时转速的下降程度的转速适应性系数进行比较。一般的工程机械在转矩适应性系数选择较大的值。在对转速适应性系数进行比较时转速适应性系数的值较大，可以改善柴油机对负荷变化的适应范围，在外载荷变化较大，转速下降又不能克服的时候操作人员要有足够的换挡时间，又不能过小，过小又影响推土机的作业速度，就要根据情况而定。柴油机的稳态调速率表征柴油机空载运行时最高转速相对标定工况的变化程度。稳态调速率过大表示稳定性比较差；过小灵敏度又过大。因此根据经验，工程机械的标定稳态条速率取值范围在812，同时调速器可以控制柴油机最大空载转速，可防止意外的“飞车”事故，同时控制柴油机最低稳定转速3。5.2.3 计算步骤第一，我们需要对所选用的推土机所用的液力变矩器进行计算，求出液力变矩器的一些特性参数；第二，根据液力变矩器的特性参数求出液力变矩器的拟合曲线的方程；第三，对两种内燃机的原始参数进行计算，求出两个机型的扭矩拟合曲线方程；第四，得出相对误差进行对比；第五，对所求的方程与液力变矩器的方程进行分析，并作出全功率匹配图。5.2.4 详细计算SD16推土机的详细参数如下工作重量额定功率飞轮功率最大牵引力最大牵引效率17000kg120KW160kw150KN65前进I档车速前进II档车速前进III档车速后退I档车速后退II档车速3.29km/h5.28km/h9.63km/h4.28km/h7.59km/h后退III档车速铲刀宽度铲刀高度最大切削深度切削角12.53km/h3388mm1149mm540mm55mm首先根据推土机的牵引力和工作重量估算出内燃机的标定功率，便于后面的选型根据推土机的经验计算公式2为牵引力系数，一般取0.9 m为整机质量（t） 为最低行驶速度（km/h） 为履带打滑率一般取10 为机械传动总效率取0.9 可以得到查看国家工程机械柴油机常用标准转速范围可得到推土机柴油机转速的范围在18002100r/min。查机械设计手册选取接近此功率的发动机康明斯NT855-c820和潍柴WD613568GA-1两种机型查机械设计手册（第五版）得到变矩器是TY165A型变矩器的原始特性参数12型号有效直径mm转速r/min 功率 kwTY165A3801850122 i k Mb（1000）/Nm02.310285.80.12.170.22277.30.22.040.41273.60.31.890.57270.10.41.730.69262.70.51.560.78252.70.61.400.84239.10.651.330.87230.50.71.250.88220.80.751.180.88209.40.81.110.89194.90.851.030.87178.30.90.950.85156.30.950.840.80124.51.040.380.4029.0（速比i 变矩系数k 变矩器效率 扭矩Mb）TY165A液力变矩器传动比以及效率前进后退IIIIIIIIIIII变速箱速度比2.501.330.732.081.100.60中央传动比 2.10终传动比 16.51总速比87.1446.2125.2672.2338.2520.88传动效率0.940.940.940.940.940.94液压系统参数地盘油泵变矩器排油泵工作油泵合计流量Q（L/min）13523190系统压力p(Mpa)2.350.140.58效率0.850.850.85消耗功率（KW）6.220.062.16消耗转矩（N*M）31.260.6410.867Ne查资料可得到康明斯NT855c280和WD613568GA-1参数如下主要性能参数柴油机型号技术规格iD/mms/mm标定功率II（Peh）标定转速（neh）燃油消耗率（kw)最大转矩（n*m）和相应转速（r/min）tq外形尺寸(l b h/mm)净质量（kg）NT855_c2806-140152175/18002081078/12301.201.46154378113001270WD613568GA-16123130162/2200210843/14501.201.521510640960810在资料中可以查到两种柴油机的扭矩动力储备曲线拟合方程发动机型号NT855_c280WD613568GA-1扭矩动力储备曲线拟合方程(x为发动机转速(1000r/m in) ; y 为扭矩)一次导数二次导数 一般工程机械选择发动机要求就是在曲线要比其他的工作点要陡一些时就是接近了额定的工况点，离工作点越远斜率越低，这样可以更好的让发动机在外载荷变化大的时候发动机的转速波动打到最小，就可以改善发动机的工作条件。从上表两个函数可以得出的是康明斯发动机的斜率更接近理想状态。计算原理匹配的原理工程机械中，发动机要带动很多部件，其净扭矩为式中带动变矩器的扭矩工作装置用油泵的扭矩变速器换挡用油泵的扭矩转向油泵的扭矩这些装置中，变速器换挡用油泵一直与液力变矩器共同工作，转向油泵则不经常和变矩器共同工作，工作装置用油泵是否经常和变矩器共同工作与工程机械的具体情况有关，如装载机的工作装置油泵经常与变矩器共同工作，而推土机的铲刀提升油泵则不经常和变矩器共同工作。如果采用（其中的指的是带动工作装置油泵空转的扭矩，指带动转向油泵空转的扭矩）与变矩器进行匹配，称为发动机的全功率匹配，如果我们采用（带动工作装置油泵的工作扭矩）与变矩器进行匹配，称为发动机的部分功率匹配。对于推土机，可以以发动机的全功率匹配为主，但要保证整个变矩器的输入特性曲线与部分功率匹配时的发动机扭矩曲线相交。发动机在车辆动态工作状态各个工况下，油门开度及负荷都在变化要想精确描述发动机各个工况下的输出特性非常困难。在车辆动力性能研究中，发动机转矩模型可以分为静态模型和动态模型两类。动态模型主要用于分析发动机的瞬态响应特性或者用于发动机控制系统的开发，对于普通车辆传动系统的研究，静态发动机模型具有足够的精度。这次匹配计算主要是采用发动机的静态模型根据变矩器TY165A的参数算出MbK的值： kMb（1000）/Nmk*Mb2.31285.8660.1982.17277.3601.7412.04273.6558.1441.89270.1510.4891.73262.7454.4711.56252.7394.2121.4239.1334.741.33230.5306.5651.25220.82761.18209.4247.0921.11194.9216.3391.03178.3183.6490.95156.3148.4850.84124.5104.580.382911.02液力变矩器在与柴油机配合时我们用计算的方法没用拟合曲线的匹配方法，先计算出液力变矩器的几何相似变矩器的输入特性：根据查找文献15中公式，得知单机单相变矩器循环圆直径为D，和它相似的变矩器循环圆直径为，由于 ，推到出了几何相似变矩器的输入特性 （1）根据公式（1）得到几何输出特性 （2） （3）为了方便后面的求解变对公式（1）（2）（3）进行简化得到如下公式 （4） （5）查资料得到液力变矩器的数学模型公式再根据变矩器的数学模型公式 （6） （7）根据公式（6）（7）可以得出出变矩器的偶合工况的变速比得出公式 上面式子中的一个根根据液力变矩器的原始参数和拟合参数可以算出下列的值 （8） （9） （10）根据原始数据代入公式（8）（9）（10）计算可以得出 所以所求的拟合曲线方程式为（）算出来的结果如下表：传动比Mb计算得出的Mb*误差误差百分比e*0276.47285.8-9.33-0.033750.1284.1144277.36.81440.0239850.2286.0756273.612.47560.0436090.3282.3536270.112.25360.0433980.4272.9484262.710.24840.030.5257.86252.75.160.020.6237.0884239.1-2.0116-0.010.65224.5714230.5-5.9286-0.030.7210.6336220.8-10.1664-0.050.75195.275209.4-14.125-0.070.8178.4956194.9-16.4044-0.090.85160.2954178.3-18.0046-0.110.9140.6744156.3-15.6256-0.110.95119.6326124.5-4.8674-0.041.0478.176942949.176940.62同理根据公式（8）（9）（10）可以求出液力变矩器Mt的拟合曲线函数 （11） （12） （13）可以得出 再计算柴油机的外特性拟合函数下面是两种机型原始参数，只选取了五点列出发动机转速r/min10001200140016001800康明斯NT855扭矩N*M1000