淺談路面銑刨機發(fā)動機功率確定及附件選擇

1、淺談路面銑刨機發(fā)動機功率確定及附件選擇各種設備的動力離不開發(fā)動機的驅(qū)動，如何確定動力的大小，是機械設備的核心所在。對于工程機械的技術(shù)性能在很大的程度上取決于發(fā)動機裝置的類型、特性和技術(shù)水平。所以對于工程機械用發(fā)動機來說，除了提高其動力性能、經(jīng)濟性、可靠性、延長使用壽命，降低燃油、機油消耗等特殊要求外，發(fā)動機的低噪音和低廢氣污染也必須予以重視。圍繞著發(fā)動機的選型；合理的冷卻器系統(tǒng)配置；進、排氣系統(tǒng)等工作，在此淺談一下自己的設計體會。以路面冷銑刨機為例進行說明。路面銑刨機發(fā)動機功率的確定1對于路面銑刨機來說，發(fā)動機功率的確定有許多成熟的經(jīng)驗和計算的方法，但對于最終發(fā)動機功率的確定，采用的是計算與類

2、比相結(jié)合，借鑒國外同類設備成熟的技術(shù)經(jīng)驗，完成路面銑刨機生產(chǎn)的全過程。路面銑刨機行走采用的是履帶行走結(jié)構(gòu)。由于履帶接地面積大、接地比壓小、抓地能力強，又比輪胎式行走裝置的附著牽引能力和通過性能都好得多，所以在初步確定發(fā)動機功率之時，需要對路面銑刨機所需要的全部功率加以確定，計算出履帶行走機構(gòu)消耗的功率、銑刨裝置所消耗的功率、物料被拋擲所消耗的功率。1.1履帶行走機構(gòu)的功率確定（1）履帶行走機構(gòu)的牽引力計算F = Ff +Fw + Fi 式中：F為履帶行走機構(gòu)的牽引力/N；Ff 為履帶行走機構(gòu)的滾動阻力/N（此阻力主要與設備的重量成正比，同時與土質(zhì)性質(zhì)及行走速度有關(guān)）；Fw 為履帶行走機構(gòu)的空氣

3、阻力/N（此阻力考慮履帶式機械迎風面積較小，行使速度低，應而可忽略不計）；Fi 為履帶行走機構(gòu)上坡（下坡）的坡道阻力/N（此阻力與坡道的大小及設備的重量有關(guān)）。（2）履帶行走機構(gòu)所消耗的功率P1（W）P1=F V/12式中： V 為履帶行走機構(gòu)的行駛速度/（m/s）；1為履帶行走機構(gòu)的機械效率；2為自發(fā)動機到行走裝置驅(qū)動輪的傳動機械效率。1.2銑刨裝置所消耗的功率P2（W）P2=F1 b h h 1z n式中：F1為土質(zhì)的切削阻力/Pa(與土質(zhì)有關(guān))； b為銑漿的寬度/m； h為銑刨深度/m；h1為切削土質(zhì)厚度/m；z為銑刨筒上的銑漿數(shù)；n為銑刨筒的轉(zhuǎn)速/（r/s）。1.3銑刨物料被拋擲所消耗

4、功率P3（W）P3=k B h Vp Vo2/2式中：k為拋擲系數(shù)（與銑漿的寬窄有關(guān)）； B為銑刨筒銑削寬度/m；h為銑刨深度/m；Vp為履帶運行工作速度/（m/s）；Vo為銑漿端的圓周速度/（m/s）；為物料的密度/（kg/m3）。1.4發(fā)動機的功率計算Pmax（W）經(jīng)過上述的基本運算可得：Pmax= P1+ P2+ P3+ P其它所需功率式中：Pmax為驅(qū)動各機構(gòu)所需的功率之和/W； P為其它所需功率為油泵及動力輸出軸等同時工作所需的功率/W。發(fā)動機的所需功率： Pg=Pmax.kz，式中kz為儲備系數(shù)，對于柴油發(fā)動機kz=1.171.25。根據(jù)Pg值,從發(fā)動機廠家的產(chǎn)品樣本中，選取最經(jīng)濟

5、、最環(huán)保的滿足路面銑刨機要求的以額定功率、曲軸轉(zhuǎn)速、質(zhì)量和燃油消耗為主要技術(shù)指標的發(fā)動機。但應注意此時發(fā)動機額定功率應大于或等于Pg值。通過計算、類比和借鑒，路面銑刨機最終確定美國原裝康明斯環(huán)保型電控柴油發(fā)動機QSX15-600，此發(fā)動機符合美國環(huán)保署（EPA）Tier排放標準。2路面銑刨機冷卻系統(tǒng)的確定2.1水散熱器冷卻系統(tǒng)是以柴油發(fā)動機為動力設備必不可少的系統(tǒng)。機器在工作的過程中，都會產(chǎn)生大量的熱量，及時地、適當?shù)匕压ぷ鞯臋C件所吸收的熱量散發(fā)到大氣中去，始終保持柴油發(fā)動機在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。冷卻系統(tǒng)的正確設計和安裝對于發(fā)動機的動力性、可靠性以及耐久性有極其重要的影響。目前工程機械已設

6、計了相應的冷卻系統(tǒng)，它主要包括了水散熱器、中冷器、液壓油散熱器、冷卻風扇等部件。其安裝型式有傳統(tǒng)的直聯(lián)式即將水散熱器、中冷器、液壓油散熱器等安放在發(fā)動機的前端，通過發(fā)動機前端V型皮帶輪驅(qū)動風扇進行冷卻。另一種方式則采用的是獨立強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，設計的理念是：將水散熱器、中冷器、液壓油散熱器布置到一個不受發(fā)動機影響的地方，冷卻風扇由液壓馬達驅(qū)動，并與發(fā)動機隔離開來，完成冷卻全過程。這樣比傳統(tǒng)的方式散熱效果要好的多。路面銑刨機采用就是此種布置。影響水散熱器選擇的因素有許多，空氣流動的阻力、冷卻液的流量、功率的消耗等等。在最初設計水散熱器通?？砂纯得魉构就扑]的額定功率估計水散熱器的大小，最大實際迎

7、風面積為0.310.37m2/100kW，并具有最小實際芯子厚度。路面銑刨機使用QSX15-600電控發(fā)動機，樣本中提供了在最高扭矩和最大功率時水散熱量、水泵的流量以及進出口溫差值。2.2中冷器系統(tǒng)中冷器系統(tǒng)的作用是將空氣作熱交換介質(zhì)，通過空對空中冷器將增壓以后高溫進氣冷卻到足夠低的溫度，以滿足排放法規(guī)的要求，同時提高發(fā)動機動力性能和經(jīng)濟性。路面銑刨機QSX15-600電控發(fā)動機主要參數(shù)：環(huán)境溫度77°F；進氣流量96lb/min；增壓器壓縮機出口空氣溫度386°F  ；發(fā)動機進氣口相對環(huán)境溫度的最高溫升30°F  ；  進氣岐管空氣

8、溫度相對環(huán)境溫度溫升63°F；最高環(huán)境溫度104°F   。增壓器壓縮機入口溫度=最高環(huán)境溫度+發(fā)動機進氣口相對環(huán)境溫度的最高溫升實際增壓器壓縮機出口空氣溫度=增壓器壓縮機出口空氣溫度+1.4（增壓器壓縮機入口溫度-環(huán)境溫度）。發(fā)動機進氣岐管空氣溫度=最高環(huán)境溫度+進氣岐管空氣溫度相對環(huán)境溫度溫升。中冷器散熱量=空氣的比熱×進氣流量×（實際增壓器壓縮機出口空氣溫度發(fā)動機進氣岐管空氣溫度）。2.3液壓油散熱器路面銑刨機在施工的過程中液壓油會產(chǎn)生一定的熱量。根據(jù)熱力學理論：Q油=m c t式中：Q油為液壓油的散熱量；m為液壓油的質(zhì)量；c為

9、液壓油的比熱；t為液壓油的進出溫度差/t=85-75=10。通過以上所得：水散熱器功率、中冷器系統(tǒng)散熱功率以及液壓油散熱功率之后，可由專業(yè)廠家根據(jù)具體的空間位置設計和制造，滿足發(fā)動機動力系統(tǒng)散熱的需求。路面銑刨機的散熱系統(tǒng)配備的是并列式復合冷卻器（水散熱器+油散熱器+中冷器）和獨立的膨脹水箱。冷卻風扇是根據(jù)風扇的性能曲線，尋找風扇與冷卻器的匹配點，確定冷卻風扇的大小和型式。路面銑刨機的冷卻器在整機的后部，冷卻風扇是吹風式。3發(fā)動機的附件的選擇3.1空氣濾清器空氣濾清器的作用是向發(fā)動機提供清潔、干燥、溫度適當?shù)目諝膺M行燃燒以最大限度地降低發(fā)動機磨損、延長其壽命、降低油耗，并保持最佳的發(fā)動機性能，

10、有效地過濾沙粒、灰塵，保持進氣阻力在規(guī)定的極限值內(nèi)。因此合理地選擇空氣濾清器是發(fā)動機正常工作必不可少的環(huán)節(jié)。選擇空氣濾清器最重要的指標是滿足發(fā)動機進氣量、進氣阻力的要求，數(shù)據(jù)的大小可由發(fā)動機廠家提供。按照發(fā)動機的需要，從空氣濾清器樣本中選取型號。但應注意：如果有不同空氣濾清器的型號適合你的，最好選擇以最低進氣阻力的空氣濾清器，以保證其有最長的使用壽命。同時安裝高質(zhì)量的阻力指示裝置，發(fā)出警告時以便及時更換或清理濾芯。目前我們所采用重型空濾器，并在傳統(tǒng)空氣濾清器的基礎上，增加了高分離效率的空氣預濾器，將兩級過濾+預濾總成相結(jié)合，在空氣進入到兩級過濾之前，預分離出其中80%90%左右的灰塵和雜質(zhì)。3.2排氣消音器選擇發(fā)動機經(jīng)過燃燒產(chǎn)生動力，燃燒后要排出大量的廢氣對人體有害并嚴重地污染環(huán)境。同時會產(chǎn)生強烈的排氣噪音，破壞環(huán)境的安靜，容易使人感到煩躁和疲勞，對人民的健康和動植物的生長產(chǎn)生影響。因此保持發(fā)動機最佳性能的同時，必須消減發(fā)動機的排氣噪音，以滿足法規(guī)和客戶對噪音的要求。當今噪音和排氣污染問題非常突出，一些工業(yè)發(fā)達國家先后頒布了保護環(huán)境的法律規(guī)定，并且這種規(guī)定越來越嚴格，2009年度的哥本哈根氣候大會就向著這方向努力。在當今