轮式凿岩台车底盘动力系统匹配计算研究

张凤生，张镇

（辽宁 沈阳 110000）

目前液力传动系统广泛应用于各种凿岩台车中，在进行底盘动力特性计算时，主要任务在于确定发动机外特性曲线和变矩器不同速比下多条输入特性曲线的共同工作点，这项工作通常需用画图法在图中量出交点或使用CRUISE等专业软件计算，前者工作成本高，后者使用经济成本高且操作复杂不易掌握。本文通过使用Excel电子表格编辑相关公式，并利用宏功能编程求取发动机与变矩器的共同工作点，进而能够求出整机的动力特性曲线，下面以某凿岩台车为例进行计算。

1 发动机与变矩器的共同工作

通常我们获得的发动机外特性曲线通常为发动机的净功率，在实际计算中要扣除10%的发动机附件和冷却齿轮泵的使用功率，获得实际发动机的输出特性。根据厂家提供的变矩器不同速比下公称力矩MBg等参数结合参考文献[4]计算变矩器在不同速比和不同转速下的输入特性曲线。

式中，MBg为液力变矩器公称力矩，Nm；MBη为转速时泵轮输入扭矩，Nm；nB为泵轮工作转速，rpm；

求取发动机外特性与变矩器输入特性曲线的交点是本次计算的关键。Excel的平滑线散点图，可以根据两组代表X-Y坐标的散点数值生成一条曲线，却无法提供这条曲线的公式，所以无法查找曲线上的点坐标。尽管也可以通过“添加趋势线”功能拟合出曲线的不同函数类型的公式，单对于发动机输出特性曲线的复杂性，其误差一般无法满足工程应用要求。

图1 发动机外特性与变矩器输入特性曲线

图2 泵轮输入力矩与发动机输出力矩相减得曲线

因此，本文参照参考文献[5]的方法，通过Excel二次开发实现散点曲线的插值功能。将输入的每一组转速和扭矩值作为节点，然后在每两个节点之间创建三次贝塞尔曲线，得到贝塞尔插值多项式方程，利用牛顿切线法根据代入已知的待求Y轴数值即可计算对应X轴数值。在实际中将同一转速值对应的泵轮输入力矩与发动机力矩相减得出一组新的转速力矩对应曲线，见图2。

在新曲线中对应扭矩值为零的转速值即为发动机与泵轮的共同工作点。再利用插值法求出变矩器输入曲线上X横上为匹配转速值时对应的Y轴力矩值，即为二者匹配力矩值。

2 整车动力性能计算

发动机和变矩器匹配完成后，变矩器的输出轴可以看成是一个新的发动机输出轴，将其带入公式（2）和公式（3）计算整车的动力性能：

式中，i为转速比；K为变矩系数；nB为液力变矩器泵轮转速，r/min；MB为液力变矩器泵轮扭矩，Nm；im为传动系总传动比；ηm为传动系总效率；nk为驱动轮转速，r/min；Mk为驱动轮扭矩，Nm；rd为驱动轮动力半径，m；Vt为理论行驶速度，km/h；Fk为理论行驶牵引力，N；

图3 整车动力特性曲线

最后得出整机动力特性曲线见图3，在开发完成的表格中设计人员可以任意更改发动机、变矩器、整车等的参数，最终的计算结果会随着设计参数的改变而实时更新，能够极大的提高的搞作效率。