陈增彬
摘 要：介绍了XXG3501型非公路自卸车传动系统的匹配选择与计算
关键词：非公路自卸车；传动系统；匹配
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.110
0 引言
随着露天矿山的开采和大型基础工程的开发，中国矿用车市场的需求近年来稳步增长。2009年11月，厦工重工YW3500-30吨级矿用自卸车顺利下线，成为福建地区唯一具有矿山专用重型运输装备生产能力的企业。厦工重工YW3500型非公路自卸车已在紫金山金铜矿完成工业性生产试验，投入小批量生产。目前，该车已经得到紫金山用户的认可，开始批量装备。本文着重对YW3500型非公路自卸车的改进型XXG3501的传动系统的匹配进行选择与计算分析。
XXG3501与传统的两轴式矿用车有所不同，它采用公路车模式的三轴车桥，前后桥均采用矿山专用车桥，单前桥转向，双后桥驱动。因此在载荷储备上往往大于同等吨位的两轴矿用车。XXG3501的变速箱与发动机直接连接，而非传统两轴矿用车的分体式安装；举升油缸采用单缸前置式，与两轴矿用車的双缸中置式也有所不同；整车行驶平顺性、舒适性、制动性等方面好于两轴矿用车，转弯半径略大于两轴矿用车。
1 XXG3501非公路自卸车传动系统的选型
1.1 发动机
XXG3501型非公路自卸车需要在矿山路面上行驶，急变载荷频率高，负载大、经常超载、工作环境恶劣。选型时就要求发动机具有足够的扭矩储备系数和较大的刚度。因此，要掌握发动机的外特性曲线；充分了解了发动机的冷却、润滑、燃油、进气、排气、传动、调速、启动等系统的技术性能和安装要求；明确发动机环保要求和环境适应性；确定发动机制造标准、相应附件如风扇、水泵、启动马达、发电机等附件情况。最终选定重汽杭发的非公路用机WD615系列高速柴油机。该机采用国外引进技术，使用可靠，动力性强，起动迅速，维修方便。并且达到了欧Ⅱ（即国家排放标准B阶段要求）。选用此款发动机，不仅是因为其成熟的配套，还因为矿山原先使用的发动机与此相似，矿山用户对此也比较认可。此外，重汽杭发的售后服务网点遍布全国，售后服务非常方便。因此，XXG3501作为YW3500的改进型，为了保持零件的通用性以及方便用户的管理，发动机仍然选用重汽杭发，功率上升一个阶段，达到247Kw（336马力）。最大扭矩为1350N.m。
1.2 变速箱
为了确保车辆具有良好的动力性和经济性，使发动机增加在经济外特性曲线下运行的时间，要求变速器具有足够的挡位和合理的数比。XXG3501所使用的变速器为法士特从美国引进技术生产的富勒双中间轴变速器。该变速器采用主副箱组合设计、双中间轴传动、主轴和主轴齿轮浮动。速比范围宽，结构新颖、操纵轻便、扭矩储备系数大、承载力强，在国内使用非常广泛。根据匹配计算，XXG3501选择9挡箱，前进挡最大速比为12.11，不带超速挡，即最小速比为1。
变速箱与发动机采用一体式安装，即变速箱上带有离合器壳，通过离合器壳与发动机飞轮壳连接在一起。变速箱带有离合器分离拨叉及离合器助力缸安装支架，安装拨叉及助力缸都非常方便。变速箱后端采用辅助支撑，增加了变速箱与发动机的稳定性。
1.3 离合器
离合器的匹配主要根据发动机的功率及扭矩。国内同等功率发动机大多使用420推式膜片弹簧离合器。为了适应矿山的超载及频繁换挡，XXG3501选用430底拉式膜片弹簧离合器。此种离合器传递扭矩、摩擦面积均大于420离合器。另外，430离合器的分离轴承采用免维护式，与压盘总成一起转动，不存在调整离合器分离轴承与膜片弹簧间隙的问题。而420推式离合器却需要及时调整分离轴承与膜片弹簧间的自由间隙，一般为3mm。若摩擦片磨损后，没有及时调整间隙，分离轴承与膜片弹簧长时间贴合，会很快烧坏。另外，膜片弹簧离合器能自动调整分离杠杆与摩擦片间的距离，即在摩擦片磨损后，不需要人工调整分离杠杆，压盘仍然能够自动调整，压紧摩擦片，保证可靠的传递扭矩。
1.4 传动轴
传动轴种类多样，按法兰面可分为平盘连接、端面齿连接、翼型连接等。目前各配套厂广泛使用端面齿传动轴。其优点是：安装方便，传动可靠，制造成本低。若采用平盘连接，则连接螺栓的数量及强度均有较高要求，安装工时较多；采用翼型连接，则制造成本相对较高。通过综合考虑，XXG3501选用汽车中使用最广泛的端面齿传动轴。
2 匹配计算
动力性是车辆各种性能中最基本、最重要的性能，也是传动系统中需要进行匹配计算的内容。动力性的评价指标可分为三个方面：第一，最高车速；第二，加速时间；第三，最大爬坡度。XXG3501为非公路自卸汽车，因此对加速时间没有特别的要求，在本文中不进行计算。
2.1 最大驱动力
驱动力计算公式为：各挡的净驱动力Ft=TtqigioηT/r
式中，Tt为作用于驱动轮上的转矩（即净输出扭矩），ig为变速器传动比，io为主减速比，ηT为系统传动效率，r为车轮滚动半径（m）。发动机转速与输出扭矩对应值从表1柴油机外特性曲线中可以得出。净输出扭矩：扣除了风扇、发电机、空调压缩机、空气压缩机等发动机附属设备和被驱动部件的损耗约14Kw。
2.2 最高车速
按设计标准，最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶速度（我国规定载质量为满载）。而XXG3501主要行驶在矿区内崎岖不平的土路面上。因此计算中路面附着系数设定为土路面。
发动机转速与行驶速度关系μa=0.377rn/（igio）
式中，μa为汽车行驶速度（Km/h）；n为发动机转速（r/min）；r为车轮滚动半径（m）；ig为变速器传动比；io为主减速器传动比。
滚动阻力Ff=W×f
式中，W为整车重力，f为滚动阻力系数。车辆额定载重30吨时的滚动阻力：
Ff=49000×9.8×0.03=14406N。可以得出以下结论：
满载时，满载最小稳定行驶速度：1.27Km/h，满载最大行驶速度：48.46Km/h。
2.3 最大爬坡度
通常按变速箱在最低挡，发动机在最高扭矩时计算动力动力因素DⅠmax。计算公式为DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G。此动力因素即可换算为最大爬坡度。
式中，FtⅠmax为最低挡的最大驱动力，FW =CDAμa×μa/21.15为车辆的空气阻力，G为整车满载重力，CD为空气阻力系数（取0.5），A为迎风面积，即车辆在行驶方向的投影面积A=B×Ha（B=轮距，Ha=当量车高）。计算空气阻力按最高挡最高车速计算，即取最大值。
FW =CDAμa×μa/21.15=0.5×8.2775×48.46×48.46/21.15=459.54N
DⅠmax=（FtⅠmax-FW）/G=（228971-459.54）/480200=0.4759
代入下式
计算可得XXG3501在爬坡挡时的最大爬坡度αmax=26.69°，约50.27%。
经过对XXG3501动力性指标的匹配计算，可以得出XXG3501传动系统的匹配是合理的，各配套厂技术成熟，整车动力性良好，理论上满足设计要求的各项技术指标。车辆的动力性还与很多方面有关，如行驶的附着条件与附着率、车辆功率的平衡等等，本文中对XXG3501的动力性也仅仅是计算最大驱动力、最高车速、最大爬坡能力等基本动力特性，因此应用性及针对性强。若需要对整车动力性做出更严格的评估，则需要更具体、深入的研究、计算与分析。endprint
