多配置发动机工程机械论文

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1工程机械动力系统多配置成因

工程机械动力系统配置多样性的成因，可归结为成本需求、地方法规要求和用户喜好3个主要方面。国内用户出于对产品整体价格、国内外发动机备件的价格差、区域服务及时性的考虑，多数选择国产发动机；而美洲、欧洲等用户由于区域性地方法规要求的限制，多半选择通过认证的进口发动机；还有一部分客户通过使用经验的总结与对比，会选择自认为性价比高、服务及时、备件方便的品牌，这类客户多数要求配置定制动力系统。以往工程机械设计过程中，在经过产品市场调研等阶段后，一般会根据产品的市场定位，选择一种最适合的发动机进行后续设计工作。但单一的动力配置在用户选择时会在一定程度上影响订单，故而多配置动力系统的选型方案应运而生。多配置一般为进口与国产产品组合，或简称为“高配、低配”组合，国内外制造水平的差异、设计方式的不同，发动机的各部件布置也均不相同，这就要求在设计初期尽可能多地考虑不同动力配置对整车布置、替换便利性等多方面的影响。

2动力系统多配置影响及解决方法

在确定了多配置动力系统的前期设计模式后，不同的发动机配置会对发动机的布置、安装、散热系统、进气系统、燃油系统、排气系统、动力输出系统等造成不同程度的影响。

2.1发动机的安装与动力输出系统一般来说，多配置的发动机在选型时功率、转矩和重量矩相差在±10%以内，但飞轮盘尺寸、连接螺纹孔、发动机重心位置、安装支点位置、风扇飞轮轴线偏距等均不相同，在进行多配置通用设计时往往需要进行大量的对比、择优选择工作。

（1）飞轮盘尺寸差异。大多数发动机均有多个飞轮盘、飞轮壳型号可选，一般为SAE标准，这使不同发动机的输出采用同样的机械连接变得可行。飞轮壳及飞轮盘的安装止口（尺寸B及尺寸C）均有标准值可参照，但一般飞轮壳与飞轮盘的轴向距离（尺寸D）、螺纹孔位置（尺寸A）及螺纹尺寸（尺寸E）均有所差异。对于不能选择同一型号飞轮壳的多配置动力系统，在其输出末端可设计轴端支承或过渡盘进行过渡连接，但需注意的是，尽可能地使输出装置的安装平面保持一致。由于2款发动机只能选择同样型号的飞轮壳，而分轮盘相关尺寸不同，输出泵组完全相同，故采用过渡盘进行过渡连接。但为了保证最小的变动影响，将输出端安装端面确定为动力系统的安装参照面，这样至少可以保证在发动机更换配置时，动力末端的泵或变速器的各种连接是一致的，减少了大量的液压管路、输出动力轴的变动。对于同型号飞轮壳、不同轴向距离的多配置动力系统，也同样可以采用过渡盘连接的方式，也可参照图2中进行简单变动实现输出端的一致性。对于飞轮壳或飞轮盘上螺纹孔位置及螺纹尺寸不同的多配置动力系统，可以采用较为简单的旋转安装方式、定制双头螺柱等方式进行统一，此处不再赘述。

（2）安装支点位置差异。一般来说，工程机械发动机是先连接到安装板（或安装支架）上，再连接至转台或动力托架上的。基本上不同的发动机设计的安装点位置、连接方式均不相同，在形式上有3点安装（即飞轮端2点，风扇端1点）、4点安装等类型；布置上有3螺纹孔、4螺纹孔、6螺纹孔、销定位加螺纹孔等方式；再加各类型安装点尺寸相差较大，造成不同发动机配置设计同一个通用支架的困难。工程机械发动机的安装托架不宜过于复杂，所以过渡安装板、异形安装板等小型结构件可以有效地避免发动机安装支点对于工程机械整体结构件的影响。在确定了输出端位置固定的前提下，通过计算分析，可确定输出装置后支点的固定，这样就解决了不同发动机后端安装的差异问题，而对于前支点的安装，可采用不同形式的安装板，以解决不同发动机安装孔位置不同的问题。

（3）发动机重心位置差异。不同发动机的重心位置均不相同，为采用相同底部托架，在进行发动机各支点受力分析时，需要针对每种配置做静力分析，确定各发动机支架的材质和力学性能，由于不同发动机的重心位置以及其重量的差异不大，所以并不会增加结构件的成本。不同发动机中心位置差异问题应当与发动机安装支点位置的差异同时进行考虑。

2.2散热系统相同额定功率与最大输出转矩的不同发动机对散热系统要求的最大换热量也不尽相同，一般相差在±10%以内，所以对于散热系统的设计，同样可以在2套动力配置散热的初步计算后，选取较大值作为通用的散热系统基本参数，以便减少对散热器设计制造过程中的影响。而对于风扇轴线与发动机轴线的差异，可以采用不同导风罩、不同安装支架的形式解决。如图4所示，不同的发动机风扇直径可通过选取不同尺寸D的导风罩来解决；通过选取散热器支架上尺寸A、B以及导风罩中心尺寸E，可克服风扇中心线（相对于发动机曲轴中心线）的位置差异；通过散热器支架尺寸F，同样可避免由于发动机轴向长度不同造成风扇初始位置不同的影响，使得在同一托架或转台上安装不同动力系统变为现实。在解决了上述机械连接的问题后，散热系统的管路连接就变得比较容易了，可采用变径管路、异型管路（主要指橡胶管）等。但需要注意的是：首先，对于散热器管路接口的直径和位置，需要根据配置的不同发动机进出水口进行综合考虑，一般选取其中较大的直径设定散热器的进出水管径，位置则需要择优选择，避免某个配置中出现管道弯度过大、管路过长等会增加管道阻力的现象；其次，管路要充分考虑发动机运行中的振动影响，选取可以固定管路的相同位置及形式，提高系统的稳定性和安全性；最后，还需进行不同配置的散热系统检验，检查补水管路（排气管路）、散热器最低位置、排水口（排污口）等的合理性。

2.3进气系统工程机械一般均配置涡轮增压柴油机，所以进气系统除考虑空滤器及其管路外，还应考虑增压后中冷的进出管路。增压器出口至中冷器、中冷器出口至发动机的相应管路设计，可参照图5两款不同发动机的散热器设计，采取异型管路（压模胶管）、变径管等方式。对于空滤器及其管路的设计，可在计算2款（或多款）发动机的最大进气量及进气阻力（或系统背压）后，选取较大值作为通用配置的基本参数，一般来说，同等功率、转矩的发动机，对于进气的要求相差不大。建议采取相同空滤器安装点、异型管路的方式进行优化，以保证其他结构件（比如转台）可相应变动。当然，采用异型管路、不同支架的方式也是可取的。

2.4排气系统排气系统相对于进气系统简单得多，同样通过计算2款（或多款）发动机的最大排气量及排气阻力（或系统背压）后，选取较大值作为通用配置的基本参数。机械安装仍可采用采取异型焊接管路、变径管路的方式，实现消音器及其尾管的同位置安装。2.5燃油系统不同发动机燃油系统的差异，在产品设计开发中，主要体现在发动机进回油路的位置、尺寸以及燃油滤清器接口尺寸的差异。工程机械上燃油系统一般较多采用软管连接，要避免以上所述差异，仅需采用不同的管路接头和软管即可实现。

3总结

依照上述避免不同动力配置差异的方法，应遵循的整体原则为：最大化地减少产品其他部件的相关变动，同时尽量减少随之而来的成本变动。优先顺序相应的排列为：动力输出端连接、散热系统设计匹配、进排气系统设计匹配、燃油系统匹配、发动机安装、其他附件的匹配。总的来说，为了实现同托架（或相同转台等安装）配置不同动力系统的方便性，关键在设计的初期需要进行大量的准备工作，包括动力系统组合的选取、差异对比、差异避免方案的选取等，需要细致、认真并且客观地进行取舍。上述仅是笔者认为比较方便、成本变动较少的几种方案，当然还有诸如设计不同的动力平台、不同的动力托架、选取整机进口-国产化动力组合等等方案。

作者：苗江涛徐胜强柏见涛冯晓春单位：徐工集团工程机械股份有限公司