5t装载机动力排量小型化研究

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M iniaturization research on the power output capacity of 5t loaderPENG Tian-quan国内5t装载机主导配套动力以10L发动机为主，排量较大；而围外装载机WCaterpillar的同类产品已配套7.2L发动机。参考我国汽车的动力，经历了-个从 自然吸气到增压、再到增压中冷，从大排量到小排量的发展过程。随着国3排放标准即将发布实施，以及T程机械新的噪声标准的实施，5t装载机动力排量小型化也越来越被行业所重视，市场对动力性和节能减排充满期待。通过对终端市场的调查 ，发现市场上部分小排量发动机在动态响应和重载作业能力与大排量发动机相比还有差距，还不能被广大用户普遍接受。为此，本文通过对发动机与装载机的 配研究，选择两种不同排量的发动机并优化各相关指标，在动力性 、作业效率 、油耗经济性等方面与大排量发动机进行台架和整车对比测试，最后根据验证结果选取更适合中国市场的5t装载机小排量发动机。

l 动力匹配的理论基赐动力选型传统的装载机动力匹配原则是全功率匹配和部分功率匹配，所谓全功率匹配是要求发动机输出功率主要传递给变矩器用于行走，部分功率 配则要求预留出更多的功率用于铲装作业。这些匹配方式的结果都是装载机与发动机在平衡状态下得出的稳态值，而装载机T况变化非常频繁，用户对动力性的感受更多地不是稳态值而是加速性，即所谓的爆发力”。

对装载机加速性进行测试并制作出加速载荷谱 (见图1)，从载荷谱可以看出发动机的加速过程。发动机的工况点在怠速位置①时，油门迅速到底，发动机输出转矩也迅速达到外特性曲线位置② ，再沿着外特性曲线到达位置⑤ ，继续到达调速性特位置⑥，然后在位置⑥和位置④之间多次移动；加速完成后完全松开油门，工况点在位置④和位置⑥之间迅速垂直回到零转矩位置⑦且转速迅速下降至位置⑧或怠速点 ，再加油门进行下-次加速，饿点又迅速垂直升到外特性曲线上，如此周而复始。

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 1900 2000 2200转速/(r/m1n)图1 装载机加速时的载荷谱[收稿日期 ]2012-12-24[通讯地址 ]彭天权，广西区玉林市玉柴产品应用开发部 根据不同外特性对比测出的加速性载荷谱 ，可以看出与动态响应有关的2大因素，-是加速响应 与低速转矩甚至是怠速转矩有很大关系，更大的低速转矩和怠速转矩响应性更好；二是在高速T况点特别是接近标定点时并没有按外特性曲线运行，如位置④到位置⑤间形成凹坑，这主要是由于发动机在-阶惯性系统特性下，发动机和油泵调速器的作用使供油量滞后于载荷的变化 J，提高发动机的转矩适应系数 (即提高最大转矩 )可以改善因凹坑给动态响应带来的不利影响 。

对于动力性能的要求 ，小排量发动机的外特性转矩不能低于10L发动机，外特性油耗指标应该更好；同时参考国外同类装载机的动力配置，选取YC6A(7L)和YC6L(8L)两款发动机替代原10L发动机。对样机进行了性能开发，通过对增压器匹配和燃烧进行优化以及独有的四气门结构和空空中冷技术，8L机的转矩适应系数和低速转矩都可HJ10L机更大；同时优化发动机惯性结构和调速器弹簧刚度以改善物性曲线的凹坑形状对动态响应的影响。3种发动机基本参数和结构见表1，各发动机的特性曲线如图2所示。从图3所示的发动机与变矩器 配曲线看，3种发动机均能满足稳态匹配要求。

表l 三种排量发动机基本参数机型 7L机 8L机 10L机缸数 -缸径 ×行程/mm 6-108×132 6-113×140 6-126×130排量，L 7-25 8.42 9.726进气 式 增压中冷 增压中冷 增压单缸气门数 2 4 2标定功率/转速/kW/(r/min) 162/2200 162/2200 1 62/2200最大扭矩/转速/Nm/(r/min) 960/1400 950/1400 940/1400最低燃油消耗率/(g/kW·h) 200 188 205外形尺寸 (长 ×宽 ×高 )/mm 1210×650×930 l210X 650×930 l510×660X 960净重/kg 700 700 850300280260 譬3 240蔷22020018O800 l 000 1 200 l400 l600 l800 2000 2200 2400转速/(r/min)- - 8.4L转矩 -'-- 8.4L燃油消耗率 十7.2L转矩 7.2L燃油消耗率- -9.7L转矩 - -9.7L燃油消耗率图2 3种排量发动机外特性对比82 建麓 蹶 20i3，/ I 月；1 7L转矩 o 7L联合工况转矩 8L转矩 8L联合工况转矩..-10L转矩 喀- 10L联合工况转矩-◆-变矩器输入特性曲线簇图3 发动机与装载机匹配曲线CA巨SERL ACPS究研题专2 发动机台架性能对比验证从发动机的外特性看，小排量发动机动力性可满足要求，燃油比更低，但外特性是在台架上通过发动机与测功机的转矩输出与吸收达到平衡状态时的测量值，不是动态指标。而装载机对动力性的要求，很大程度上是反映在瞬态的响应能力，按用户的说法就是 爆发力”，更好的瞬态响应能力不仅有更高的作业效率和更好的操作手感，而且可减少无用功的消耗，节省燃油。

小排量发动机 由于采用空空 中冷 的进气方式，瞬态响应能力是否会受到影响，可通过试验证明。在由怠速加载至标定点时，8L的发动机表现最好，这与该发动机有较高的转矩储备率和较高的低速转矩有关，而且最大转矩的转速范围也较宽。

在高速突然加载情况下，小排量发动机表现略差，但大排量发动机虽能很快达到标定转矩，却转速波动更大，应是受-阶惯性力影响更大。通过台架验证，7L发动机瞬态响应能力略差 ，可能与排量过小有关 ，但这种差距也只是在不到1 s的时间内。3种发动机的瞬态响应试验曲线见图4和图5。

记录时司/s- - 7L发动机- - 8L发动机 1OL发动机图4 怠速加载到标定点瞬态响应曲线3 整车工作对比验证将3种发动机先后装在同-台5t装载机上，从整车加速性、作业效率、油耗等方面进行测试，对比验证3种不同排量发动机的动力性和油耗水平。

0 l 2 3 4 5 6记录时司/s- - 7L发动机- - 8L发动机 10L发动机国5 标定转速下加载瞬态响应曲线3.1 整车加速性试验整车加速性更能体现装载机动态响应能力 ，是用户在操作过程中最直接的感受。对整车在I挡状况下液压系统不T作时测试加速性 (见图6)，图6 整车挂I挡时直接加速图7 整车挂I挡时加举升铲斗边加速CONSTRUCTION MACi iNERY 20 I 3 7 838L和10L发动机都在约2.5s达到最高车速，7L发动机则接近4s；液压系统在加速过程中同时工作时 (铲斗同时举升 ，见图7)，8L发动机在同样的时间内达到最高车速 ，10L机不能达到最高车速 ，而7L机则经历了约8s时间才达到最高车速。

3.2 整车作业效率和油耗试验分别对松散碎石和原生土的铲装，通过对单位时间内工作循环数、累积油耗和行驶距离测试统计 (见表2)，8L发动机无论在轻载还是重载工况下，丁作效率与10L发动机相当，而在油耗方面，重载时省油15%，轻载时省油18%。7L发动机虽然也省油，但作业效率明显受到影响。

表2 作业效率和油耗对比测试平均每循环运距 油耗 发动机 作业对象 作业量/斗 作业时问/min 油耗/(L/1) /m /(L/斗·100m )碎石 58 30 80 25.5 0.27510L机原生土 60 30 45 25 0.46碎石 58 30 82 21.5 0.2258L机原生土 60.5 30 47 22 0.387碎石 55 30 80 21 O.2387L机原生土 54 30 46 22.5 0.4534 结论无论是发动机的台架试验还是各发动机在整车上的测试，结果都表明8L排量发动机的动态响应生、重载作业能力 、作业效率和油耗水平都不差于大排量发动机，甚至在某些方面表现更优异，与7L机相比，8L发动机更适合市场预期。