油田用下灰车简介及其动力装置的匹配分析

摘 要：文章介绍了油田用下灰车的用途主要是用于运送水泥、煤灰粉等，均为气压流化状卸粉以及下灰车的下灰车的专业性能指标：在卸料速变不低于1.3 t/min，剩料率不超过0.4%。动力匹配方面，油田专用下灰车的动力匹配时一般遵循以下基本原则：低速档必须满足车辆对牵引力的要求；高速档要满足车辆对速度的要求；保证传动系统始终在变矩器的高效区工作。汽车整车性能的好坏不仅仅取决于发动机和传动系各自单独的性能，而是很大程度上取决于二者匹配效果如何。

关键词：下灰车；动力装置；匹配

中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）23-0093-02

随着我国社会主义市场经济的迅速发展，市场对专用汽车的需求越来越大，下灰车作为油田中重要的作业设备，企业不仅对其需求越来越大，而且对它的专用作业能力及技术指标越来越重视。

1 下灰车简介

1.1 下灰车的用途和工作方式

下灰车多用于油田固井施工，主要运送水泥、煤灰粉等，为气压流化状卸粉。其结构由罐体、气路系统、空压机驱动系统、底盘车等四部分组成。其罐体多为腰鼓形，横截面为圆形。卸料时，要用空气压缩机向罐内压送6～8 Pa的空气，使粉料呈悬浮状态随气体流出。其工作原理是：发动机动力经取力器、传动轴、皮带轮至空压机，空压机内的压缩空气经气路系统被送入罐体下部的气室，通过流化床的作用，将干水泥灰源源不断地输送到出灰管。当罐内压力过高时，安全阀自动打开，维持压力平衡。

1.2 下灰车的技术性能指标

下灰车的专业性能指标有两项：规定试验条件下的卸料速度和剩料率，还有一项虽未作为国家标准规定，却是用户十分关心的问题，即物料输送能力，常指输送高度和输送距离。技术标准规定卸料速变不低于1.3 t/min，剩料率不超过0.4%。

1.3 下灰车动力装置匹配的要求

动力传动系统是下灰车的主要组成部分之一，它既为下灰车行走提供动力，又要给其他机构提供动力。匹配时一般遵循以下基本原则：低速档必须满足车辆对牵引力的要求，高速档要满足车辆对速度的要求。

2 下灰车的选型

2.1 下灰车车型选择

下灰车的车型选定主要是底盘的选定，它作为一种可移动式油田井用设备必须具备车辆的行驶系统才可以达到移动的目的。因此，选用一个好的底盘对于油田下灰车的应用也是至关重要的。综合考虑油田企业的使用习惯和保养成本等各方面因素，选择某品牌的25 T底盘作为下灰车的运载底盘，其总长为9 365 mm，轴距为4 450+1 450 mm，前/后悬为1 410/2 055 mm，接近/离去角为32/26。

2.2 下灰车发动机额定功率的确定

2.2.1 下灰车行驶阻力功率的计算

①根据最高车速确定行驶阻力功率。设计中，常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。最高车速虽然仅是动力性中的一个指标，但它实质上也反应了汽车的加速能力与爬坡能力。若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和，即：

■P=■■

②下灰车空气阻力系数。本文所述车型为罐式车，汽车空气阻力系数CD=0.716。

③滚动阻力系数计算。滚动阻力系数f可用公式

f=0.000056 uamax进行计算，即f=0.01264。

④传动效率。下灰车设计中，传动效率主要是个部分传动间的传动效率乘积。 总传动效率：？耷总=？耷T×？耷Z×？耷W，？耷T=90%；？耷Z=96%；？耷W=98%；即？耷总=0.847。故，发动机功率（行驶所需）应大体为：

■P=■■

=■■

=141.286 kW

2.2.2 下灰车空压机功率的估算

按照下灰车的性能技术指标要求：①卸料速度为：1.3 t/min，②工作压力为：0.2 MPa，卸料速度为1.3 t/min=21.67 kg/s，即：

■=■=21.67 kg/s

工作压力为：P=■=0.2 MPa

水泥灰粉的堆积密度为：？籽=1.2 t/m3

空压机功率：

P工=F·v=F·■=P·S·■=2×105×■=36.117 kW

其中，P工为空压机所需要的功率，kW；F为卸料时所需要的运送力，N；S为输送管道的横截面积，m2；l为输送管道的长度，m；t为卸料所用时间，min。根据选定，所进行匹配设计的下灰车选用的是某型无油摆式空压机。额定工作压力0.3 MPa，额定功率37 kW，排气量7.5 m3/min。

2.2.3 下灰车所需功率

下灰车所需功率为车辆行驶所需的功率和空压机所需功率之和。故车辆所需的总功率为：P=Pe+P压=178.286 kW

2.2.4 下灰车柴油机选定

值得说明的是，在最终选定油田下灰车发动机的额定功率时，除了要考虑满足车辆本身的运行及工作的需要之外，还需要考虑油田下灰车多为工作在条件艰苦，环境恶劣的野外井场环境。在这种情况下，下灰车会面对更艰苦的环境比如外接设备、拖拽等问题，在这些时候，油田下灰车就要求有更高的功率输出来完成。因此，在进行油田下灰车发动机功率选择的时候必须要有所考虑，以满足油田下灰车井场工作的不时之需。

综合考虑，下灰车选用某型柴油机，其额定功率为：

206 kW/280 hp@2 200 rpm，最大扭矩为1 160 N.m@1 630 rpm。

2.3 下灰车传动系备选方案

选择了比较适合的传动系统与发动机进行合理的匹配，能够使下灰车的动力性和经济性发挥的更出色。

综合考虑发动机最大扭矩等因素后可以满足条件的有两个品牌的3款变速箱。其中一个品牌为6挡箱，另一个品牌为9挡箱。多挡箱由于挡位多，整车会有更好的燃油经济性，且该9挡箱品牌的2款变速箱品牌通过技术引进，有很好的市场使用评价。最终，确定该2款变速箱作为备选方案，即BSX-A和BSX-B。然后再通过动力性和燃油经济性的计算来选择更适合的变速箱。

3 下灰车动力装置的匹配设计

3.1 下灰车动力性计算

动力性评价主要是计算出加速时间、最高车速、爬坡度、附着率等指标参数，以便接下来进行方案的选择。

3.1.1 下灰车动力装置匹配的动力性计算

①最高车速的计算。采用两种变速箱时，车辆行驶在最高挡位的时具有最高车速分别为：

ua=■=■=89.32 km/h

ub=■=■=113.35 km/h

②最大爬坡度的计算。根据公式：

？琢=arcsin■、Ft=■、

Ft+Fw=G·f+■和i=tan？琢计算可得：

采用两种变速箱时，车辆行驶在一挡时具有最大的爬坡度分别为：ia1=49.29%；ib1=37.87%。

采用两种变速箱时，车辆行驶在最高档时的爬坡度分别为：ia2=1.687%；ib2=0.8978%。

③附着率的计算。

下灰车为后轮驱动，故：附着率C？渍=■；

采用两种变速箱时，车辆附着率分别为：

C？渍a=0.7080；C？渍b=0.7080。

④车辆从起步加至80 km/h的时间计算。

经计算，采用两种变速箱时，下灰车从起步连续换挡加速至80 km/h的时间分别为：77.3488 s和100.482 s。

3.2 下灰车动力装置匹配的燃油经济性计算

在进行下灰车的燃油经济性计算时，主要是计算匹配两种变速箱时最高挡和次高挡等速百公里油耗的指标。

发动机的万有特性曲线是表示发动机的燃油消耗率与发动机功率，发动机转速之间关系的一簇曲线。值得说明的是：由于获取参数的困难，在本文中所用到的发动机万有特性是从参考资料上读取的，并不是通过发动机的台架试验得到的，因此在使用时会存在误差。

3.2.1 柴油机万有特性曲线的拟合

在进行燃油经济性计算时，需要利用发动机万有特性曲线来计算发动机的在某个扭矩和转速下的燃油消耗率。为了计算方便，需要将万有特性曲线进行拟合，但万有特性曲线是三维曲线，直接拟和十分困难。所以，比较通用的方法是采用插值与最小二乘曲线拟和相结合的方法。燃油消耗率的拟合公式为：b=B0+B1Pe+B2P2e+B3P3e+B4P4e。由发动机负荷曲线上的相应数值，利用最小二乘法可以得到拟合式中系数。

3.2.2 下灰车最高挡和次高挡等速百公里油耗的计算方法

下灰车最高档和次高档的等速百公里油耗的计算方法是：先在某一发动机转速n下，求得汽车速度Ua，然后求出阻力功率P；同时，利用拟和公式的系数，插值得出该发动机转速下的对应系数，代入拟和公式求得燃油消耗率b，再利用公式：

QS=■

求得该转速下的百公里燃油消耗量，最后将各转速下的百公里燃油消耗量连成曲线。取柴油密度为：0.84 kg/L。

3.2.3 下灰车动力装置匹配最高挡和次高挡等速百公里油耗

的计算

采用两种变速箱时，最高挡以80 km/h行驶时的百公里油耗分别为16.96 L和15.99 L。次高挡以60 km/h行驶时的百公里油耗分别为17.4 L和15.47 L。

3.3 下灰车动力装置匹配各方案比较和匹配结果

选用BSX-A变速箱时最高挡为直接挡，机械效率高；而选用BSX-B变速箱时最高挡为超速挡，机械效率低。两种方案中，整车在爬坡挡时，爬坡度相差不多，但当整车在最高挡工作时，选用BSX-A变速箱的爬坡度及加速性能都大大优于选用BSX-B变速箱。在燃油经济性方面，选用BSX-A变速箱由于机械效率高，在油耗方面也较低，在设计载重下，次高挡60 km/h行驶百公里耗油量少5.72%，最高挡80 km/h行驶百公里耗油量少11.09%。根据以上分析，最终确定整车动力装置匹配方案采用280马力的某型发动机匹配BSX-A变速箱。

4 结 语

本文重点进行下灰车动力装置的匹配，经过研究得知目前油田下灰车的动力装置匹配进行的还不是很多，很多生产厂家主要是对车厂的地盘进行工作平台部分的改装，并没有对动力装置进行合适的匹配。因此，进行油田下灰车动力装置匹配是很有前景的。由于获得发动机和变速箱详细的参数十分困难，本文只是进行了油田下灰车动力装置匹配的简单探索，掌握其中的方法。故在本文中只进行了同一台发动机与两台不同变速箱的匹配，进行了油田下灰车动力装置匹配的基本尝试。

参考文献：

[1] 白凤良.牵引车整车性能及动力装置匹配分析[J].现代车用动力，2005，（4）.

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