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机械式与全液压单钢轮能耗及技术经济性比较

发布时间:2013-08-28 09:23:22 来源:《建设机械技术与管理》 作者:尹继瑶
  【中国工程机械品牌网 报道】石油紧缺,价位飙升,人类的生存环境恶化。节能减排已成为诸多工业建设选择生产程序和工艺方法的重要考量,深深地影响到了技术经济、社会生活,乃至国际政治的方方面面。
  在工业建筑行业,油料消耗费用的增长是影响建设费用上涨的主要因素。在一个短时期内,柴油的价格提高了三倍多。按目前的价格水平,油料消耗费用对于一台中型工程机械来说,占全部运营费用的比例从过去的10%~20%上涨到了50%~65%。
  伴随着油料消耗的是废气的排放和油液的挥发与渗漏,这些都威胁到了人们的生活环境和地球的气候变化。因此,节能减排已成为工程机械一项愈来愈重要的技术经济指标。
  命题:对于具有相同工程压实功能的全液压单轮振动压路机和机械传动单轮振动压路机两个系列,谁是节能减排的?要有量化的判断结论。
  案例:为求解命题的结论,必须做出具体的分析计算。设定以某18t全液压机型与相同规格及等同压实能力的机械传动机型作对比,计算其压实能力、消耗功率、能耗量及运营费用,并评价其节能减排的技术经济效果。
  1、选择压路机的对比机型
  工程压实的施工工艺中首先确定的是土方铺层的厚度和压实度要求。因此,压实能力成为压路机用户选型的第一要素。
  振动压路机的压实力与其振动轮的参振质量、振动频率、名义振幅及其重量分配有关。为了评价一台振动压路机的压实能力,从压实效果而论采用一个“当量压力”的概念。振动轮的当量压力为其静压力与激振力之和并乘一个考虑振动作用的超加系数。压路机的总压实力应为振动轮的当量压力与驱动轮胎的静压力之和。驱动轮胎的柔性压力还能减轻铺筑表层材料的松散程度。
  按现有机型的技术参数计算,18t全液压机型大振幅时的总压实力为740.2kN, 18t机械传动机型的总压实力为636.1kN。若要以等同压实能力的机械传动机型替代全液压机型,则应以740.2kN的总压实力反求,得到的机械传动机型应是21t,工作重量比全液压18t增加了16%。从此可见,压实能力的大小通常是可选用不同的规格而相互替代,见表2。
压路机的主要技术参数与总压实力计算
压路机的主要技术参数与总压实力计算
  2、计算压路机的消耗功率
  全液压振动压路机有振动、行走与转向三个工作机构,相应的有三个液压传动系统,如图1所示为单轮振动压路机的传动示意。液压系统的传动效率需查对油泵与油马达的传动效率曲线图求得。每一液压系统总的传动效率应是泵与马达的机械效率和容积的总乘积。
  设定三个型号压路机的振动均使用闭式回路液压传动系统,则大振幅时振动泵的斜盘倾角为0.80(频率比28/35),振动马达的转速应为1680r/min。对于一个最大工作压力30MPa的振动液压系统,应减去抗冲击压力、起振峰值压力和补油压力,实际的许用压力差仅为22~23MPa。当振动泵的转速为2500r/min时,得振动液压系统的传动效率(包括泵与马达的机械效率和容积效率)为 。
  全液压单轮振动压路机的行走驱动是液压与机械联合传动的。振动轮减速器的传动效率为0.75;驱动桥(斜齿轮副减速+双曲线锥齿轮主减速+轮边减速)的传动效率为0.97×0.85×0.97=0.80。当压路机的碾压速度最高为5km/h时,可取大振幅碾压的行驶速度为2.5km/h,则驱动泵的斜盘倾角为0.50(速度比2.5/5)。前后两马达的转速同为610r/min,选用两个相同排量的驱动马达,其前后轮的液压传动效率也相等。当驱动泵的转速为2500r/min和工作压力差为35MPa时,其液压传动的效率不足70%,振动轮减速器的传动效率也仅有75%。计算得行走传动系统(包括液压传动与机械传动)的综合传动效率为 。
  对于机械传动单轮振动压路机的行走驱动系统,机械变速箱的传动效率应为0.984,驱动桥(螺旋锥齿轮主减速+轮边减速)的传动效率应为0.90×0.97,总传动效率为 。
  由此可知,全液压机型行走系统的传动效率比机械传动机型低得多,其总传动效率只有机械传动机型的67.3%,势必影响了全液压机型的牵引功率和发动机的功率消耗。
  单轮振动压路机用做工程基础压实,作牵引性能计算时一般取压路机行驶的滚动阻力系数为0.14,地面纵向坡道角最大为6.3°,压路机驱动轮的滑动率5%。单轮振动压路机的质量折算系数为1.25,取碾压速度为v=2.5km/h,起步加速度0.20m/s2,但振动压实时不得加速。将上述参数代入原创公式可求得压路机牵引力和牵引功率的简化计算式。计算表明,尽管是全液压机型的牵引力较小,但因其传动效率低下,使发动机的牵引功率大大增加了。
  对于10~22t的单轮振动压路机,全液压机型是驱动轮胎先转向,机械传动机型是振动转先转向,其转向功率可近似地归结为一个系数乘以转向轮分配重量并除以传动效率。压路机计量马达转向系统的传动效率取  。
  牵引功率与振动功率及转向功率相加,再加上液压系统的背压损失功率,即为振动压路机所需的发动机输出功率。液压系统背压损失占总功率的比例为全液压机型取0.03,机械传动机型取0.015。
  计算得18t全液压机型的总功率为120.35kW,18t机械传动机型的总功率为92.05kW,21t机械传动机型的总功率为105.93kW,见表3。
压路机的消耗功率计算
压路机的消耗功率计算

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