淺談路面銑刨機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率確定及附件選擇

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

2、比相結(jié)合，借鑒國(guó)外同類設(shè)備成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，完成路面銑刨機(jī)生產(chǎn)的全過(guò)程。路面銑刨機(jī)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(qiáng)，又比輪胎式行走裝置的附著牽引能力和通過(guò)性能都好得多，所以在初步確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率之時(shí)，需要對(duì)路面銑刨機(jī)所需要的全部功率加以確定，計(jì)算出履帶行走機(jī)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(jī)構(gòu)的功率確定（1）履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力計(jì)算F = Ff +Fw + Fi 式中：F為履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力/N；Ff 為履帶行走機(jī)構(gòu)的滾動(dòng)阻力/N（此阻力主要與設(shè)備的重量成正比，同時(shí)與土質(zhì)性質(zhì)及行走速度有關(guān)）；Fw 為履帶行走機(jī)構(gòu)的空氣

3、阻力/N（此阻力考慮履帶式機(jī)械迎風(fēng)面積較小，行使速度低，應(yīng)而可忽略不計(jì)）；Fi 為履帶行走機(jī)構(gòu)上坡（下坡）的坡道阻力/N（此阻力與坡道的大小及設(shè)備的重量有關(guān)）。（2）履帶行走機(jī)構(gòu)所消耗的功率P1（W）P1=F V/12式中： V 為履帶行走機(jī)構(gòu)的行駛速度/（m/s）；1為履帶行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率；2為自發(fā)動(dòng)機(jī)到行走裝置驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)機(jī)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(yùn)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(dòng)機(jī)的功率計(jì)算Pmax（W）經(jīng)過(guò)上述的基本運(yùn)算可得：Pmax= P1+ P2+ P3+ P其它所需功率式中：Pmax為驅(qū)動(dòng)各機(jī)構(gòu)所需的功率之和/W； P為其它所需功率為油泵及動(dòng)力輸出軸等同時(shí)工作所需的功率/W。發(fā)動(dòng)機(jī)的所需功率： Pg=Pmax.kz，式中kz為儲(chǔ)備系數(shù)，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)kz=1.171.25。根據(jù)Pg值,從發(fā)動(dòng)機(jī)廠家的產(chǎn)品樣本中，選取最經(jīng)濟(jì)

5、、最環(huán)保的滿足路面銑刨機(jī)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(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)。但應(yīng)注意此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)大于或等于Pg值。通過(guò)計(jì)算、類比和借鑒，路面銑刨機(jī)最終確定美國(guó)原裝康明斯環(huán)保型電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)QSX15-600，此發(fā)動(dòng)機(jī)符合美國(guó)環(huán)保署（EPA）Tier排放標(biāo)準(zhǔn)。2路面銑刨機(jī)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(dòng)機(jī)為動(dòng)力設(shè)備必不可少的系統(tǒng)。機(jī)器在工作的過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，及時(shí)地、適當(dāng)?shù)匕压ぷ鞯臋C(jī)件所吸收的熱量散發(fā)到大氣中去，始終保持柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。冷卻系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)和安裝對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、可靠性以及耐久性有極其重要的影響。目前工程機(jī)械已設(shè)

6、計(jì)了相應(yīng)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(fēng)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(dòng)機(jī)的前端，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)前端V型皮帶輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行冷卻。另一種方式則采用的是獨(dú)立強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的理念是：將水散熱器、中冷器、液壓油散熱器布置到一個(gè)不受發(fā)動(dòng)機(jī)影響的地方，冷卻風(fēng)扇由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，并與發(fā)動(dòng)機(jī)隔離開(kāi)來(lái)，完成冷卻全過(guò)程。這樣比傳統(tǒng)的方式散熱效果要好的多。路面銑刨機(jī)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(dòng)的阻力、冷卻液的流量、功率的消耗等等。在最初設(shè)計(jì)水散熱器通?？砂纯得魉构就扑]的額定功率估計(jì)水散熱器的大小，最大實(shí)際迎

7、風(fēng)面積為0.310.37m2/100kW，并具有最小實(shí)際芯子厚度。路面銑刨機(jī)使用QSX15-600電控發(fā)動(dòng)機(jī)，樣本中提供了在最高扭矩和最大功率時(shí)水散熱量、水泵的流量以及進(jìn)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(guò)空對(duì)空中冷器將增壓以后高溫進(jìn)氣冷卻到足夠低的溫度，以滿足排放法規(guī)的要求，同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性。路面銑刨機(jī)QSX15-600電控發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)：環(huán)境溫度77°F；進(jìn)氣流量96lb/min；增壓器壓縮機(jī)出口空氣溫度386°F  ；發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口相對(duì)環(huán)境溫度的最高溫升30°F  ；  進(jìn)氣岐管空氣

8、溫度相對(duì)環(huán)境溫度溫升63°F；最高環(huán)境溫度104°F   。增壓器壓縮機(jī)入口溫度=最高環(huán)境溫度+發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口相對(duì)環(huán)境溫度的最高溫升實(shí)際增壓器壓縮機(jī)出口空氣溫度=增壓器壓縮機(jī)出口空氣溫度+1.4（增壓器壓縮機(jī)入口溫度-環(huán)境溫度）。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管空氣溫度=最高環(huán)境溫度+進(jìn)氣岐管空氣溫度相對(duì)環(huán)境溫度溫升。中冷器散熱量=空氣的比熱×進(jìn)氣流量×（實(shí)際增壓器壓縮機(jī)出口空氣溫度發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管空氣溫度）。2.3液壓油散熱器路面銑刨機(jī)在施工的過(guò)程中液壓油會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。根據(jù)熱力學(xué)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(jìn)出溫度差/t=85-75=10。通過(guò)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(shè)計(jì)和制造，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)散熱的需求。路面銑刨機(jī)的散熱系統(tǒng)配備的是并列式復(fù)合冷卻器（水散熱器+油散熱器+中冷器）和獨(dú)立的膨脹水箱。冷卻風(fēng)扇是根據(jù)風(fēng)扇的性能曲線，尋找風(fēng)扇與冷卻器的匹配點(diǎn)，確定冷卻風(fēng)扇的大小和型式。路面銑刨機(jī)的冷卻器在整機(jī)的后部，冷卻風(fēng)扇是吹風(fēng)式。3發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)提供清潔、干燥、溫度適當(dāng)?shù)目諝膺M(jìn)行燃燒以最大限度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)磨損、延長(zhǎng)其壽命、降低油耗，并保持最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，

10、有效地過(guò)濾沙粒、灰塵，保持進(jìn)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(dòng)機(jī)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(biāo)是滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量、進(jìn)氣阻力的要求，數(shù)據(jù)的大小可由發(fā)動(dòng)機(jī)廠家提供。按照發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，從空氣濾清器樣本中選取型號(hào)。但應(yīng)注意：如果有不同空氣濾清器的型號(hào)適合你的，最好選擇以最低進(jìn)氣阻力的空氣濾清器，以保證其有最長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)安裝高質(zhì)量的阻力指示裝置，發(fā)出警告時(shí)以便及時(shí)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(chǔ)上，增加了高分離效率的空氣預(yù)濾器，將兩級(jí)過(guò)濾+預(yù)濾總成相結(jié)合，在空氣進(jìn)入到兩級(jí)過(guò)濾之前，預(yù)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(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)燃燒產(chǎn)生動(dòng)力，燃燒后要排出大量的廢氣對(duì)人體有害并嚴(yán)重地污染環(huán)境。同時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(duì)人民的健康和動(dòng)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。因此保持發(fā)動(dòng)機(jī)最佳性能的同時(shí)，必須消減發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪音，以滿足法規(guī)和客戶對(duì)噪音的要求。當(dāng)今噪音和排氣污染問(wèn)題非常突出，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家先后頒布了保護(hù)環(huán)境的法律規(guī)定，并且這種規(guī)定越來(lái)越嚴(yán)格，2009年度的哥本哈根氣候大會(huì)就向著這方向努力。在當(dāng)今