限制柴油机最高转速对装载机作业性能的影响.pdf

第1 8 卷第2 期 2 眈O 年4 月 中国工程机械学报 C m N E S EJ m m N A L0 Fc 0 N S T R U C l l 0 NM A c 硼N E R Y V 0 1 ．1 8N O ．2 A p r ．2 0 2 0 限制柴油机最高转速对装载机作业性能的影响 邹乃威1 ，魏建伟1 ，姚喜贵1 ，段传栋2 ，赵云峰2 ，初长祥2 1 ．宁波工程学院机械工程学院，浙江宁波3 1 5 3 弱；2 ．广西柳工机械股份有限公司装载机研究院，广西柳州5 4 5 0 0 7 摘要为检验柴油机的最高转速对装载机作业性能的影响，开发了装载机整车控制器，通过整车控制器向 础蚪总线发送限制柴油机最高转速的转矩＆转速控制指令 T 8 C 1 ，使装载机在限定的柴油机最高转速以下 工作。设计了一组工况试验，分别对装载机的柴油机最高转速进行了3 个级别的限制①不限制，即额定转速 2 2 0 0 r m i I I d ；②限制到2 0 0 0 r m 试。1 ；③限制到9 0 0r m i I r l 。每个柴油机最高转速限制级别又分为两种工况， 分别是装卸距离为1 5 m 的短V 型循环和装卸距离为5 0 m 的长直线型循环。结果表明随着柴油机最高转速的 下降，装载机单位作业量的油耗率呈下降趋势，同时作业效率也下降，且装卸距离越长，油耗率和作业效率下降 的趋势越明显。限制柴油机的最高转速可以提高装载机的燃油经济性能，同时动力性能也会下降。针对具体的 物料，当柴油机最高转速下降到某一值时，装载机动力性的下降并不明显，经济性的改善较为可观。 关键词装载机；柴油机；最高转速；转速限制；转矩＆转速控制指令 中图分类号’I D4 0 2文献标志码A文章编号1 6 7 2 ．5 5 8 1 2 0 2 0 0 2 ．0 1 7 1 ．0 7 T 一 ●．●11 l n l n l e n C e0 rm a X U n U me n 枷eS p e e d0 nw n e e l1 0 a d e r w o r l 【j ．m gp e r f l o r m a 皿c e 2 | D U 讹伽西1 ，船，以口佗加坑1 ，l ，A 0 脚蕾1 ，D 肌t Ⅳ侃让劬识。舰矿， z 五M 0 №肋矿，凹Ua 嘲『删甜矿 1 ．S c h o o lo f M e c h a n i c a I E n g ．m ∞n n g ，N i I I _ g b o U 心陀r s i 够o f - I k h n o l o 留，N m g b 0 3 1 5 3 3 6 ，Z 嘲i a I I g ，C h i I I a ； 2 ．w h e e l L o a d e r R ＆D ，G 啪瓯№g o n g M a c h j I I e 口C o ．，啪．，u u 出o u 5 4 5 0 0 7 ，G 啪蛐，C № 柚触喊T oi I I s p e c tt h ei I I 】№∞c e0 fe n g i I I em a X i I I l u ms p e e do nw h e e ll o a d e rw o t 妇唱p e d ．0 m 锄c e ， aw h e e ll o a d e rc 伽【t r o u e rw 弱d e v e l o p e d ，t o r q l l es p e e dc o n t r o l l T S C l m e 豁a g ew 嬲s e n dt oa 蝌 b u sb yw h e e l1 0 a d e rc 伽订d U e r ，仕I eT 8 C 1m e s s a g er e s t r i c t e dd i e s e le n g i n em 扣【i m 眦s p e e d ，锄dm a k e 、他e e l l o a d e rw o r ka tt I I er e s t r i c t i r I gd i e s e le n g i r I em 锻m u ms p e e d ．As e r i e sw h e e l l o a d e rw o r l d 】唱 t e s t sw e r ed e s i 瓯e d ，m ed i e s e le n g i I I em a 虹m 眦s p e e do fw h e e ll o a d e rw 鹞r e s t r i c t e da tm r e el e v e l s ， ①t h e 腓s p e e d0 f 22 0 0r m i n ‘1 埘m o u tr e s t r i c t 她 ，②r e s t r i c 廿n ga t2 0 0 0r m i r I ～，③r e 鲥c t i n ga t 19 0 0r m i n - 1 ，e a c hd i e s e le r u g i I I es p e e dl e V e lc a nb ed i v i d e di r I _ t 0 栅oc l a s s e s ，对吣r tV s 锣l ec y c l ew i 仕1 w o r 蛐n gd j s t 锄c eo f1 5m 肌dl o n gs 臼瑁岖h tl i r I es t j ，l ec y c l e 、 ，i t t lw o r k i I l g 1 i s t a n c eo f 5 0m ．’r h es e r i e s t e s t 孢s u bs h o wt I I a t 碱ht l I ed i e s e le n g i n em 觚i r r l l 矾s p e e dd e c r e 袖g ，t l I ef I l e lc o n 朗姗【p 廿o nr a t e o fw h e e ll o a d e rw a sC l r o p p i r I g ，a n dw o r I d I I ge m c i e n c yw a sr e d u c i n gt o o ，m o r e 0 、，e rw i t ht h ew o r 硒n g d i s t a 】n c el o n g e rt h ef I l e lc o 埘m ⅡI p t i o n 瑚眈a n dw o r I d r I ge f f i c i e n c yr e d u c i r I gt r e n dc l e 棚呛r ．T h a tm e 趴s №s t r i c 虹n gd i e s e le n g m em a 蛆m 眦s p e e d c o l l l di I r 啦r o v et h ew h e e l1 0 a d e rf u e le c o n o m yp e 堋D r Ⅱ眦c e ， a n dl o s s 也ed y n a I r I i cp e b m a n c e ．W i t l ls p e c i f i cm a t e r i a l ，i ft l I ed i e s e le n g m em 扣c i | Ⅻ山ns p e e d d I ．o p p e dt 0a 舀v e nV a l u e ，t h ew h e e ll o a d e r 奶m a m i cp e r f o m 飘c ed I r o p ss H g h t l y ，趴de c o n o m y p e r f 6 m a n c ei m p r o v e s0 b 、，i o u s l y ． 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 7 7 5 2 4 1 作者简介邹乃威 1 9 7 7 一 男，教授，博士生导师。E ．m 蚰n a i w e i 趵u 1 6 3 ．c 伽 通信作者魏建伟 1 9 8 3 一 男，副教授。E - m 蝴j k m w e i I l b 1 6 3 ．c 伽 万方数据 中国工程机械学报 第1 8 卷 l 【e yw o 柑s w h e e ll o a d e r ；d i e s e le n g i n e ；m a 砌加u 】【【Ir 0 伽o ns p e e d ；r e s t r i c 衄gr 0 切舡o ns p e e d ； t o r q u es p e e dc o n t r o l l T S C1 装载机普遍采用柴油机作为动力源，为了满足 多种工况的动力要求，柴油机需要在较宽阔的区域 工作，但对于特定的柴油机，其最佳性能范围往往 较窄，还要考虑与液力机械传动系统和液压工作系 统配合使用，其实际最佳工作区域更加有限⋯。不 能将柴油机的工作区域限定在最佳工作区域是装 载机的作业性能难以得到有效提高的根源。针对 这一问题，有人提出在装载机上运用混合动力技 术，利用其“削峰平谷”的特性满足其载荷周期性变 化的需求，同时将柴油机的工作区域稳定在经济区 域噜剖。还有人提出在同一柴油机上应用多条外特 性曲线以满足不同工况、不同物料和不同作业目标 的需求H ‘5 ] 。此外，在保持柴油机额定功率的前提 下，提升额定转矩，降低额定转速，同时匹配大能容 的变矩器，在较低转速也能满足装载机牵引性能的 要求，通过减少柴油机的机械损失，提高装载机的 燃油经济性哺．8 ] 。然而这些方法均对装载机或柴油 机本身提出了严苛的要求，需要解决多项关键技 术，开发周期较长，难以在短时间内解决提升装载 机作业性能的紧迫要求。尤其是满足，1 1 i e r Ⅳ排放 标准的柴油机，由于法规的严格限制，柴油机厂商 已经关闭了在同一款柴油机上写人多条外特性曲 线的服务。 本文将利用装载机整车控制器，通过C A N 总 线向柴油机控制器发送转矩 转速控制指令 T S C l ，限制柴油机的最高工作转速，通过工况试 验考察其对装载机性能的影响，为装载机性能的进 一步提升提供研究基础和参考借鉴。 l 限制最高转速的影响 装载机是一种典型的作业机械，柴油机既要驱 动液压工作装置，又要驱动行走系统阳1 ，对柴油机 最高转速进行限制将对装载机在柴油机本身、液压 工作系统和行走系统的性能均产生一定的影响。 1 ．1 减小机械损失功率 柴油机对外输出的有效功率，通常可以表示为 工质对活塞所做的指示功率减去柴油机运行过程 中产生的机械损失功率，即 P 。 P i P 。 1 式中P 。为有效功率；P i 为指示功率；P 。为机械 功率。 机械损失功率大约占指示功率的1 0 ％ 3 0 ％。 降低机械损失是提高柴油机有效输出功率的最直 接、最有效的方法。由式 1 可知，机械损失功率越 低，柴油机有效输出功率越高n0 | 。机械损失功率的 成分构成较复杂，大致包括运动部件的摩擦损失、 驱动附件的功率损失和泵气损失等3 部分，其中， 摩擦损失约占6 0 ％以上，附件损失约占2 0 ％以上， 泵气损失约占1 0 ％以上n 。柴油机机械损失是随 转速呈加速上升趋势，其中，摩擦损失与转速关系 最为明显，因此，降低柴油机最高工作转速对于减 少机械损失功率，提升有效输出功率具有重要 意义‘1 2 圳。 1 ．2 液压系统的响应迟缓 目前装载机仍广泛采用定量泵液压系统，柴油 机的转速直接决定了液压系统的流量，如果降低柴 油机转速势必导致最高转速时对应的液压系统流 量下降，如该流量达不到液压系统最大流量的要 求，则势必导致液压工作系统响应迟缓。比如希望 急速提升动臂时，司机加大油门提升柴油机转速， 但是由于柴油机最高转速受到限制，转速提升幅度 有限，致使动臂提升动作迟缓，装载机工作效率 下降。 可以采用升速动力输出端口 P o w e rT a k e O f f ，P T O 驱动油泵，这样既使柴油机最高转速被 限制，油泵仍能以较高的转速提供系统所需的流 量。但当不限制柴油机最高工作转速时，油泵的流 量会超出很多，产生溢流损失，同样会增加功率 损失。 对于采用变量液压系统的装载机，由于液压泵 的排量可以调节，保证了液压系统的流量在柴油机 一定转速范围内均可满足系统的工作需求，并在一 定程度上避免上述现象的发生。但当柴油机最高 转速降低到既使变量泵的排量调节到最大时仍无 法满足液压系统流量需求，液压工作系统的响应速 度也将下降。 1 ．3 传动系统匹配特性改变 为了适应载荷的突变，装载机采用液力机械传 动系统，柴油机与液力变矩器的匹配性能对装载机 的牵引特性和燃油经济性影响很大n “5 I 。液力变 矩器吸收柴油机的转矩与泵轮转速的平方成正比， 对柴油机的最高转速进行限制，必将对装载机的牵 引性能产生影响，即 万方数据 第2 期 邹乃威，等限制柴油机最高转速对装载机作业性能的影响 死 A B 』D g D 5 铊 2 式中死为泵轮吸收的转矩，N m ；A 。为泵轮转矩 系数，m i n 2 r 。2 m ～；I D 为液力变矩器油密度，蚝m ～； g 为重力加速度，m s ～；D 为循环圆直径，m ；竹。为泵 轮转速，r m i n 一。 液力变矩器泵轮通常与柴油机直接连接，即泵 轮转速与柴油机转速相同。随着柴油机转速的下 降，液力变矩器能吸收的转矩也必将下降，从而使 装载机的牵引特性下降。为了不影响装载机的牵 引特性，应该选用低转速、大转矩且功率相同的柴 油机，匹配能容较大的液力变矩器，使装载机在较 低转速也能发挥出较强的牵引性能，如图l 所示。 言 杰 ∑ 嵌 浆 线 转速／ r I n i n 。 l k 图l 柴油机与液力变矩器的匹配 F 置g1 D i e s e le n g h I em a t c hw 妯t o r q u ec o I n r e r t 1 ．4 作业效率下降 在传动系统总速比不变的情况下，柴油机最高 工作转速受到限制，势必导致装载机行驶速度下 降，进而使每个循环的作业时间延长，作业效率下 降。如果在降低柴油机转速的同时，适当地减小传 动系统的总速比，使装载机各挡位的行驶车速基本 保持一致，则不会影响作业效率。 2 限转速试验方案 为了检验柴油机最高工作转速下降对装载机 作业性能的单因素影响，开发了装载机整车控制 器，利用整车控制器通过C A N 总线向电控柴油机 的控制器发送T S C l 信号，对柴油机最高工作转速 进行限制，通过工况模拟试验测试装载机的经济性 和工作效率等性能的变化规律。 2 ．1 试验硬件设备 试验采用某5t 装载机，配置T i e r ⅣF 电控柴 油机、湿式驱动桥、全自动变速器 前进4 挡，后退4 挡 、全变量液压系统。在装载机整车控制器上写 入限制柴油机最高工作转速的程序，通过C A N 总 线与柴油机控制器通讯，下达限制最高工作转速的 指令。 在工况试验中，装载机的工况信息采用e D A Q 车载数据采集系统收集／记录，e D A Q 通过读取 C A N 信号以及各类传感器采集相关的试验信息， 采集信号的详细信息如表1 所示。 表l 装载机工况试验采集信息 T a b ．1I n f o m a n o no fw t I e e ll o a d e rw o r kc o n d i t i o n t e s t 信号种类测试部位信号来源量程／单位 柴油机转速柴油机控制器 柴油机负荷率柴油机控制器 油门开度柴油机控制器 水温柴油机控制器 流量计油箱 变速箱输出转速变速箱测速端 C A NO ～3o o o ／ r m m 一1 C A NO ～1 0 0 9 6 C A N0 ～1 0 0 9 6 C A N0 ～1 0 0 ℃ 传感器0 ～lo o o ／ n 儿m m 一1 传感器 4o o o ／ r m m ’1 2 ．2 试验条件 工况试验场地为水泥场地，作业对象为散装碎 石物料，天气晴好，物料干燥。每次试验前对装载 机预热3 0m i n 以上，待柴油机水温和装载机液压 系统油温等均稳定后方开始正式试验，且每组试验 要求连续铲装6 0 循环以上[ 16 | 。 2 ．3 试验过程 利用整车控制器设置柴油机的最高工作转速， 分别将柴油机的最高工作转速限定在3 个等级① 不对柴油机最高转速进行限制，即22 0 0r m i n 一； ②限制柴油机是高转速为20 0 0r m m ～；③限制 柴油机最高转速为19 0 0r m i n ～。每个转速等级 试验又分为两种工况装卸距离为1 5m 的短V 型 循环作业和装卸距离为5 0m 的长直线型循环作 业。为了消除人为操作习惯对试验结果的影响，每 种工况分别由3 位有经验的司机操作，共计完成了 1 8 组装载机工况试验。 3 试验数据分析 对以上1 8 组试验数据进行分析，总结出限制 柴油机最高工作转速对装载机在经济性和作业效 率等性能影响的规律。 3 ．1 柴油机工作点的分布 在工况试验中，分别对柴油机最高工作转速进 行了不同程度的限制，完成同样的任务柴油机工作 万方数据 1 7 4 中国工程机械学报第培卷 点的分布情况发生了变化。在3 个柴油机最高工 作转速限制等级下，3 位司机操作装载机时柴油机 工作点分布情况如图2 ～图4 所示，每位司机分别 9 4 9 8 1 3 6 7 8 芑5 4 3 曩4 0 7 2 7 l 1 3 6 9 4 9 8 1 3 6 7 8 邑5 4 3 曩4 0 7 2 7 l 1 3 6 9 4 9 8 1 3 6 7 8 5 4 3 4 0 7 2 7 1 1 3 6 进行了短V 型循环和长直线型循环两种工况的 试验。 9 4 9 8 1 3 6 7 8 邑5 4 3 摧4 0 7 2 7 1 1 3 6 8 0 010 0 012 0 014 0 016 0 0l8 0 020 0 022 0 024 0 0 转速／ r ．m i n _ a 短V 型循环 8 0 0l0 0 012 0 0l4 0 016 0 0l8 0 020 0 022 0 024 0 0 转速／ r m i n 。 b 长直线型循环 图2 不限制柴油机最高转速的工作点分布 司机A F i g2E n g i n ew o r kp o i n t sd i s t r i b u t i o nw i t h o u ts p e e dr e s t r i c t i n g D r i v e rA 9 4 9 8 1 3 6 7 8 邑5 4 3 墨4 0 7 2 7 l 1 3 6 8 0 010 0 0l2 0 0l4 0 0l6 0 0l8 0 020 0 022 0 024 0 08 0 010 0 012 0 0l4 0 0l6 0 0l8 0 020 0 022 0 024 0 0 转速／ r m i n 一1 转速／ r m i n 。1 a 短V 型循环 b 长直线型循环 图3 最高转速20 0 0r m i I I ‘1 的工作点分布 司机B F i g3E n g i n ew o r kp o i I I t sd i s t r i b u t i o nw i t hm a x i m u ms p e e do f20 0 0r m i n - 1 D r i v e rB 8 0 010 0 0l2 0 014 0 016 0 0l8 0 020 0 022 0 024 0 0 转速／ r t m i n 。1 a 短V 型循环 9 4 9 8 1 3 6 7 8 邑5 4 3 曩4 0 7 2 7 1 1 3 6 8 0 010 0 0l2 0 0l4 0 0l6 0 018 0 020 0 022 0 024 0 0 转速／ r n l i n ‘1 b 长直线型循环 图4 最高转速l9 0 0r m i I I 。的工作点分布 司机C F i g4E n g i n ew o r kp o i n t sd i s t r i b u t i o nw i t hm a x i m u ms p e e do f19 0 0r m i n 一1 D r i v e rC 图2 ～图4 所示的柴油机工作点分布均为任意 选取的某一个工作循环情况。首先，利用整车控制 器，通过C A N 总线向柴油机控制器发送T S C l 信号 的方法可以很好地限制其最高工作转速；其次，通 1u．N＼最牟毒 万方数据 第2 期 邹乃威，等限制柴油机最高转速对装载机作业性能的影响 过限制柴油机的最高工作转速达到了限制柴油机 输出功率的目的；最后，通过限制柴油机最高工作 转速能够调节柴油机的工作点分布，使其经济性能 得到改善。 3 ．2 燃油经济性分析 本文采用平均单斗油耗量作为经济性评价指 标，能够较直观方便地表示限制柴油机最高工作转 速对装载机燃油经济性的影响程度和变化规律。3 位司机在不同柴油机最高工作转速下，在1 5m 短V 型循环下作业的单斗油耗统计指标对比如图5 所示。 f 寸 宅 ∑ 耀 翅 寸 时 司秽L A司机B司机C 图5 短V 型循环的单斗油耗统计 F i g5 F u e lc o n s u m p t i o nr a t eo fs h o r tVs t y l ec y c l e 由图5 可知在短V 型循环工况下，3 位司机的 平均油耗随着柴油机最高工作转速下降，平均单 斗油耗均呈下降趋势。其中，司机A 在柴油机不 限制最高工作转速时，平均单斗油耗为2 3 9 ．6 1m I ／ 斗；最高工作转速限制在20 0 0r m i n 。1 时，平均单斗 油耗为2 3 0 ．2 9m U 斗；最高工作转速限制在19 0 0 r m i I l 一时，平均单斗油耗为2 2 5 ．9 4m I ／斗。同样工 况下，司机B 在柴油机不限制最高工作转速时，平 均单斗油耗为2 4 8 ．5 4m 【／斗；最高工作转速限制在 20 0 0r m i n 。1 时，平均单斗油耗为2 4 2 ．8 5m I ／斗；最 高工作转速限制在19 0 0r m i n 。时，平均单斗油耗 为2 3 7 ．8 6m L ／斗。司机C 在柴油机不限制最高工 作转速时，平均单斗油耗为2 4 0 ．1 8m L ／斗；最高工 作转速限制在20 0 0r m i n 。时，平均单斗油耗为 2 3 3 ．7 6m L ／斗；最高工作转速限制在19 0 0r m i n 。1 时，平均单斗油耗为2 2 3 ．2 2m L ／斗。不限制柴油机 最高工作转速时，3 位司机的加权平均单斗油耗为 2 4 2 ．9 5m L ／斗，最高工作转速限制在20 0 0r m i n ’1 时，加权平均单斗油耗为2 3 5 ．1 5m L ／斗，则柴油机 由额定转速22 0 0r m i n ‘1 限制为最高转速20 0 0 r m i n ‘1 时单斗油耗下降了3 ．3 ％。最高工作转速限 制在l9 0 0r m i n 。1 时，加权平均单斗油耗为2 2 8 ．7 6 m I ／斗，则柴油机最高工作转速由20 0 0r m i n 。1 下 降至l9 0 0r m i n 。1 时，单斗燃油消耗下降了2 ．7 ％。 在5 0m 长直线型循环工况下的平均单斗油耗 统计指标对比如图6 所示。 9 寸 皇 ∑ 耀 是 寸 丑L 司机A司机B司机C 图6 长直线型循环的单斗油耗统计 F i g6F u e lc o n s u m p t i o nr a t eo fl o n gs t r a i g h tl i n e s t y l ec y c l e 由图6 可知在长直线型作业循环工况下3 位 司机的平均油耗随着柴油机最高工作转速下降，平 均单斗油耗均呈下降趋势。其中，司机A 在柴油机 不限制最高工作转速时，平均单斗油耗为4 4 8 ．4 0 m L ／斗；最高工作转速限制在20 0 0r m i n 。1 时，平 均单斗油耗为4 2 6 ．9 4m I ／斗；最高工作转速限制在 19 0 0r m i n 一时，平均单斗油耗为3 9 1 ．2 3m L ／斗。同 样工况下，司机B 在柴油机不限制最高工作转速 时，平均单斗油耗为4 3 1 ．3 0m Ⅳ斗；最高工作转速 限制在20 0 0r m i n 。1 时，平均单斗油耗为3 9 5 ．2 l m L ／斗；最高工作转速限制在19 0 0r m i n ‘1 时，平均 单斗油耗为3 8 6 ．1 0m I ／斗。司机C 在柴油机不限 制最高工作转速时，平均单斗油耗为4 8 5 ．3 0m L ／斗； 最高工作转速限制在20 0 0r m i n 一时，平均单斗油 耗为4 3 2 ．9 0m 【／斗；最高转速限制在19 0 0r m i n 一 时，平均单斗油耗为3 7 6 ．8 5m L ／斗。不限制柴油机 最高工作转速的3 位司机加权平均单斗油耗为 4 5 4 ．9 5m L ／斗，最高工作转速限制在20 0 0r m i n 。1 时，加权单斗油耗为4 1 8 ．3 3m I ／斗，则柴油机由 额定转速22 0 0r m i n ’1 限制为最高转速20 0 0 r m i n 。1 时，单斗油耗下降8 ．8 ％。最高工作转速限 制在19 0 0r m i n 。时，加权平均单斗油耗为 3 8 4 ．2 2m L ／斗，则柴油机最工作高转速由20 0 0 r m i n ‘1 下降至l9 0 0r - m i n 。1 时，单斗燃油消耗下降 了8 ．9 ％。 比较短V 型循环与长直线型循环工况的试验 数据发现，随着柴油机最高工作转速的下降，作业 距离越长，平均单斗油耗下降的越明显。 3 ．3 作业效率分析 由于柴油机最高工作转速受到了不同程度的 限制，影响了装载机的行驶车速，必然也会对其作 0 0 O O 0 0 0 0 0 O On∞盯弱∞姐∞盯驺∞乩 5 O 5 0 5 O 5 0 5 O％沥驰孔船嚣毖毖组趴 万方数据 中国工程机械学报第1 8 卷 业效率产生影响。本文采用每一个铲装作业循环 的平均时长作为衡量指标，3 位司机在柴油机不同 的最高转速下，1 5m 短V 型循环的平均单斗耗时统 计指标如图7 所示。 4 0 3 8 3 6 13 4 篙3 2 ∑3 0 曹2 8 摧2 6 ≥2 4 2 2 2 0 司秽I A司机B司机C 图7 短V 型循环的单斗耗时统计 F i g7 T i m ec o n s u m p t i o nr a t eo fs h o r tVs t y l ec y c l e 由图7 可见在1 5m 短V 型循环工况下，随着 柴油机最高工作转速的下降，3 位司机的单斗循环 时间均呈逐渐上升的趋势。其中，司机A 在不限制 柴油机最高工作转速、柴油机最高工作转速限定在 20 0 0r m i n 。1 和19 0 0r m i n ’1 的平均单斗耗时分别 为3 3 ．9 6 ，3 4 ．9 0 和3 5 ．5 8s ；同样情况下，司机B 的平 均单斗耗时分别为3 5 ．3 0 ，3 5 ．9 0 和3 7 ．0 0s ；司机C 的平均单斗耗时分别为2 9 ．0 0 ，3 1 ．0 0 和3 1 ．4 0s 。 3 个柴油机转速限制等级下的加权平均单斗耗 时的上升率分别为从柴油机不限最高工作转速到 最高工作转速限制为20 0 0r m i n 。时，单斗耗时上 升了3 ．5 ％；从最高转速限制为20 0 0r m i n 一下降到 19 0 0r m i n 。时，单斗耗时上升了2 ．1 ％。 5 0m 长直线型循环工况的平均单斗耗时统计 指标对比如图8 所示。 7 6 7 0 葛6 5 茁6 0 蜒 蕃5 5 5 0 司秽执百】秽L B司毛『【C 图8 长直线型循环的单斗耗时统计 F i g ．8T i m ec o n s u m p t i o nr a t eo fl o n gs t r a i g h tl i n e s t y l ec y c l e 由图8 可见在5 0m 长直线型循环工况下，随 着柴油机最高工作转速的下降，3 位司机的单斗循 环时间增长量更加明显。其中，司机A 在不限制 柴油机最高工作转速，柴油机最高工作转速限定 在20 0 0r m i n 。1 和19 0 0r m i n 。1 的平均单斗耗时分 别为6 1 ．5 0 ，6 4 ．6 0 和6 6 ．3 8s ；同样情况下，司机B 的 单斗平均耗时分别为5 8 ．7 0 ，6 0 ．6 9 和6 3 ．7 2s ；司机C 的平均单斗耗时分别为6 1 ．5 0 ，6 4 ．7 0 和6 5 ．3 0s 。 3 个柴油机转速限制等级下的加权平均单斗耗 时的上升率分别为从柴油机不限最高工作转速到 最高工作转速限制为20 0 0r m i n 。时，单斗耗时上 升了4 ．3 ％；从最高工作转速为20 0 0r m i n 一下降到 19 0 0r m i n 一时，单斗耗时上升了2 ．7 ％。 比较短V 型循环与长直线型循环工况的试验 数据发现，随着柴油机最高工作转速的下降，作业 距离的越长，平均循环时间上升越明显，但时间延 长率上升不明显。 4 限定转速的边界条件 对柴油机最高工作转速不能无限制地降低，最 低转速限制值要满足一定的边界条件，否则将影响 装载机的工作性能，还有可能触犯排放法规。 4 ．1 转矩储备系数的要求 装载机要求柴油机具有最大转矩随转速的下 降而增加的特性，以便克服铲掘过程中突然逐渐增 大的外载荷。限制柴油机的最高工作转速会使其 最高工作转速对应的最大转矩上升，如图2 ～图4 所示，致使柴油机的转矩储备系数下降，克服外界 载荷的能力降低。因此，限制最高工作转速要保证 柴油机有足够的转矩储备系数。 4 ．2 排放法规的限制 在现代后处理技术的帮助下，柴油机在高转速 和高转矩工作区间的排放性能较为理想，为了确保 柴油机工作时能够满足排放法规，美国国家环境保 护局 E n 啊r o n m c n t a lP r o t e c t i o nA g e n c y ，E P A 规 定了柴油机的不可超越 N o tE x c e e dE x t e n t ， N T E 区域，要求柴油机不可以长时间地工作在 N T E 区域。对柴油机最高工作转速限制有可能使 柴油机长时间工作在N T E 区域内，触犯排放法规。 因此，对柴油机的最高工作转速限制要充分考虑这 些因素的影响。 5结论 1 开发了装载机整车控制器，通过C A N 通信 向柴油机控制器发送T S C l 控制指令，并成功地限 制了柴油机的最高工作转速； 2 工况试验表明，柴油机最高工作转速下降 会在不同程度上改善装载机的燃油经济性，同时也 万方数据 第2 期邹乃威，等限制柴油机最高转速对装载机作业性能的影响 1 7 7 会降低其作业效率； 3 随着作业距离的增加，柴油机最高转速下 降对装载机的燃油经济性和作业效率的影响越 明显。 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 徐礼超，侯学明．基于典型工况的装载机发动机与液力变 矩器匹配[ J ] ．农业工程学报，2 0 1 5 ，3 l 7 ∞i 8 4 ． 】 ULC 。H o UXM ．P o w e rm a t c h i n go n1 0 a d e r 蚴g i I I e 锄dh y d 聊l l i ct o r q 嘴c ∞v e r t e rb 够e do n 咖i c a l 0 p e 例嘶gc o n d i 廿。璐[ J 】．’I h n s 扯廿o n so ft t I ec h j I I e s e s o c i e 锣o f A 鲥c 山l r a 】E n g i I I ∞n n g ，2 0 1 5 ，3 l 7 8 0 ．8 4 ． W A N GF ，Z U L l ①n ．IMAM ，s U NZ ．e ta 1 ．E n e 唧 m 锄a g e m ∞ts t r a 蛔势f o rap o w e r - s p n th y d r a u H ch y b r i d w h e e ll o a d e r [ C ] ∥P r o c e e d i n g so ft I l eh I s 咖廿o no f M e c h a I I i c a lE n g m e e 娼P a r tD J o u m a lO fA u t o m o b n e E n g i r I e e r i r I g ．2 0 1 6 l l 眼1 1 2 0 ． ⅪMH ，0 HK ，1 0 0K ，e ta I ．M o d e l i I I g ，v a m d a n o n 孤d e n e r 耵n o w 锄a l y s i so faw h e e l l o a d e r [ J ] ．J o 啪a lo f M e c h a n i c a lS c i e n c e ＆T e c t I I I o l 0 留，2 0 1 6 ，3 0 2 6 0 3 - 6 l O ． 孟广良，王亮，李莺莺．轮式装载机发动机多功率模式节能 研究[ J ] ．工程机械，2 0 0 9 ，4 0 3 2 0 ．2 4 ． M E N GGL ，ⅥⅫGL ，UY Y ．E n e l 鼍秽s a 们n gn 络e a r c ho f m l l l t i ．p o w e rm o d e sf o rw h e e ll o a d e re n g i I 怆s [ J 】． C 蛐s 臼m c t i o nM a c h i I I e 珂柚dE q I l i p m 蚰t ，2 0 0 9 ，4 0 3 2 0 ．2 4 ． 张建．装载机典型工作循环多功率匹配研究[ D ] ．青岛青 岛理工大学，2 0 1 1 ． Z I I A N GJ ．S t I l d yo nm em u l 廿p l ep o w e rm a t c ho fw h e e l l o a d e ri I I 咖p i c a lc y c l e [ D ] ． Q i n g d ∞Q 啦d ∞ T e c l u l o l o g i c a lU n i v e r s i 够，2 0 1 1 ． 王松林．轮式装载机液力传动系统节能研究[ D ] ．长春吉 林大学。2 0 1 5 ． W A N GSL ．R e ∞a r c ho nf I l e l - 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