履带车辆动力特性曲线的绘制方法及应用

徐梓钦 欧阳长永 杨健 葛新章

摘要：动力因数和车速的关系常用曲线表示，D=f（v）之间的这种关系曲线叫做动力特性曲线，在分析和评价装甲车辆动力性时，使用动力特性曲线更加方便、直观。动力特性曲线用途很多，它可以确定装甲车辆动力性指标、评价动力性，评价排挡划分是否合理等等。

Abstract： The relationship between power factor and speed is often expressed by a curve. The relationship between D=f（v） is called dynamic characteristic curve. It is more convenient and intuitive to use dynamic characteristic curve when analyzing and evaluating the dynamic performance of armored vehicles. The dynamic characteristic curve has many uses， it can determine the dynamic performance index of armored vehicles， evaluate the dynamic performance， evaluate whether the gear division is reasonable， and so on.

關键词：履带车辆;动力特性曲线;绘制方法

Key words： track-laying vehicle;dynamic characteristic curve;drawing method

中图分类号：TJ81+0.1;TP391.9                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0020-02

1  动力特性的计算绘制方法

牵引力特性曲线只能评价装甲车辆在不同齿轮上所能克服的牵引力、速度和行驶阻力，不能评价和比较不同重量下装甲车辆动力性能的优劣，因此，进一步引入动力因数和动力特性的概念。发动机牵引力Fe与装甲车辆作战总重量G的比值称为单位牵引力，记为D。

1.1 已知数据

下面说明牵引特性曲线和动力特性曲线的计算绘制方法的已知数据：

①发动机的外特性（功率或转矩外特性）;

②装甲车辆的传动简图;

③装甲车辆的战斗全重;

④各挡总传动比;

⑤主动轮工作半径。

1.2 绘制动力特性曲线的步骤

①选取发动机转速计算点在发动机最小稳定转速和最大功率点转速之间的整个转速范围内，按适当间隔，选取若干个转速计算点：nemin、ne1、ne2……nep，以后的全部计算都根据这些计算点进行;②根据已选定的转速计算点和已知有关参数，计算各挡理论车速;③根据已知各挡理论车速，计算动力装置效率，并结合传动简图计算传动装置效率，计算各挡不同车速时行动装置效率，最后计算不同排挡的装甲车辆总效率;④根据已选定的转速计算点和已知有关参数，计算各挡发动机牵引力Fe，根据不同排挡、不同转速计算点的Fe值和υ值，可以绘制牵引特性曲线，即Fe=f（v）曲线;⑤根据已选定的转速计算点和已知有关参数，计算各挡动力因数;⑥综合以上数据，绘制动力特性曲线，即D=f（v）曲线。

2  动力特性的曲线用途

2.1 根据发动机最大功率求解最高车速

如图1所示，在动力特性曲线的纵坐标上取良好路面所对应的fo值，过此点向右引一条平行横坐标的直线，它和最高挡动力特性曲线相交于P点，由P点向下引垂直线和横坐标交点的对应速度即为最高车速Vmax。

2.2 评价装甲车辆的动力性

对于现有装甲车辆和正在设计的装甲车辆，按前述方法绘制它的动力特性曲线，利用动力特性曲线，可以直观、方便地评价不同装甲车辆的动力性，或一个装甲车辆各挡的动力性。对于同一地面，能用较高挡位、较高车速通过的装甲车辆的动力性比用较低挡位（或同一挡位）、较低车速通过的装甲车辆的动力性好。

2.3 评价各档传动比分配是否合理

相邻两挡动力特性曲线在垂直方向上的距离h不应过大（1、2挡例外），若此值过大，当有一地面阻力系数正好介于h范围内时，只能以低挡行驶;这会影响装甲车辆的平均速度。当地面阻力系数为fo时，3挡动力不够，只能用2挡通过。相邻两挡动力特性曲线在水平方向上应有一定的重叠度Δ（一、二挡例外），特别是相邻的低速挡间的重叠度不能太小;以便于顺利地由低速挡换入高一级排挡（如由2挡换入3挡）。如果低速挡换挡车速小于要换入的高一级排挡的最小车速，这时将无法由低速挡换入高一级排挡，可能会出现停车或使发动机熄火。如图2所示，当2挡换3挡车速V2h小于3挡最小车速V3min，无法实现换挡。

定义为两相邻排挡动力特性线之间，在发动机工作转速范围内的重合度。

若v（i-1）p-V=0时，则相邻两挡动力特性线间排挡遮度为零，称为零遮度。

若v（i-1）p-V<0时，相邻两挡动力特性线间排挡遮度为负值，称为负遮度。

若v（i-1）p-V>0时，相邻两挡动力特性线间排挡遮度为正值，称为正遮度。一般车辆各排挡间都应具有一定的正遮度。但由于最低挡（通常为1挡）常作为特殊用途挡使用，所以1挡和2挡之间的动力特性线可以为负遮度。

3  坦克动力特性曲线

发动机在外特性工作时其效率为：

式中nd为动力装置效率，Nj为发动机有效功率，N's为动力装置损失功率，设计中初步计算可取nd=0.80～0.90。在本实验中，59坦克车的动力装置效率选取=0.80。

①利用已知的发动机外特性，将发动机转速从最小到最大转速的整个转速范围，按照合适的间隔取计算点如n1、n2、n3、nf以后的计算根据这些取好的计算点进行。②根据已选定的转速计算点，在发动机外特性曲线上找出相应的功率Nf和扭矩Mf的值。③根据计算点的发动机转速，按下式计算坦克在某挡下对应的行驶速度。

千米/小时

式中nf——计算点的发动机转速（转/分）;i——给定排挡的坦克总传动比;rz——主动轮工作半径（米）。

计算传动装置效率nch比较简单，认为nch不随行驶速度变化，根据上述传动效率计算ηch=0.975=0.859。

但是履带行驶装置效率nx因行驶速度和传递牵引力的不同，在很大范围内变化。nz可以直接根据行驶速度由经验公式ηx=0.95-0.003v计算。

坦克效率：

按下式计算坦克牵引力：

单位牵引力：

对于不同排挡，重复上述计算步骤，最后绘制该挡的动力特性曲线。

计算输入到传动装置的功率时，需要在外特性中除去动力装置的各种功率损失，包括冷却风扇、空气滤清器和排气装置的功率损失，其中最主要的是冷却风扇的功率损失，可按下式计算冷却风扇的功率。

式中：Nf——发动机任意转速ne时风扇损失的功率，kW;

Nfmax——發动机在额定功率点（转速nep）工作时风扇损失的最大功率。

4  对比结果的详细分析

在动力传动系统改装过程中，对动力特性匹配进行了详细分析，液力机械变速箱传动比等参数，使改装后的装甲车辆动力特性尽量接近第一代坦克车，以便获得相近的驾驶感受。通过对比发现：①与原一代坦克相比，改装后的坦克每挡的动力特性范围都扩大了，并且加装液力变矩器后，车辆不会熄火，低速行驶效能更好。②改装前和改装后的一代坦克车各挡的动力因数接近，改装后的一代坦克车的动力因数一、二、三挡比原坦克车稍大，四挡比原坦克车略小，五挡与原坦克相当。这说明，改装后59坦克车在一、二、三挡的牵引性能比原坦克要好，四挡时，牵引性能则不如原坦克。③高速状态下，动力性能低于原坦克，为使高速行驶性能不受影响，闭锁液力变矩器。④两者的动力特性曲线也反应了它们的爬坡能力，改装后的一代坦克的爬坡度一、二、三挡比原坦克车稍大，四、五挡与原坦克车相当。⑤改装后的一代坦克和原坦克各挡的最高速度接近，其中改装后的一代坦克一、二、三、五挡的最高速度与原坦克车最高速度基本相等，四挡比坦克稍快。⑥改装后可减少排挡数目，将三档、四档减去，一档二档、五档即可满足使用，方便驾驶员操作。⑦虽然改装后的一代坦克的发动机动力性并没有太大改善，但是其动力特性已经与三代以及三代大改的坦克相似，因此可以将退役的一代坦克，改装后作为三代坦克的教练车。

总的来说，作为模拟训练车，因为改装后的一代坦克车的动力性能不可能与原坦克车完全相同，只能是尽量接近，改装后一代坦克车的各挡最高车速完全可以满足需求。所以，经过改装后的一代坦克车的动力传动性能基本满足要求。

参考文献：

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