0 引言

目前，煤矿井下辅助运输车辆主要采用了液力机械式传动系统，其动力传动路径普遍为：防爆发动机→液力变矩器→动力换挡变速箱→驱动桥→车轮。液力传动系统主要靠工作液体的旋转运动和沿工作轮叶片流道的流动，形成了一个复合运动，用来实现能量的传递与转换，同时工作液体还起到了润滑冷却的作用[1]。由此，液力传动系统工作过程中会不断地产生热量，致使工作液体温度不断升高，温度过高会降低油液的黏度，使得变速泵的吸油困难，出口压力降低，温度过高还会造成油液变质失效和部件损坏，故必须设计配备冷却系统，但如果冷却系统散热能力过剩，则会出现油温过低，无法达到最佳传动效率[2]。因此，为保证液力传动系统工作在一个合理的、高效的温度范围，对系统产热、散热及热平衡进行研究和计算是十分必要。

地面车辆的热平衡研究大多将车辆在车轮打滑点工作时产生的热量作为系统最大发热量。此外，人们还通过试验测试的办法测试得出系统温度安全系数。但上述方法存在计算不全面和成本高的问题,故本文针对煤矿井下车辆工作路面崎岖不平、弯度和坡度大、多煤泥积水、空间狭小的工作条件，导致车辆起步与制动动作频繁，提出一种适用于煤矿井下工况条件的以液力变矩器全工况范围内泵轮转矩和转速为目标的热平衡分析计算方法，并建立液力传动系统的热平衡方程，以保证系统达到合理的热平衡状态。

1 液力传动系统的产热

1.1 液力传动系统的功率损失和产热分析

煤矿井下车辆起步与制动频繁，其液力传动系统的产热严重。热量主要是由能量损失转化而来，这些能量损失主要包括流动损失、机械损失和容积损失。理论上，计算液力变矩器总的产热量时，只要将以上求得的各项功率损失相加即可，但实际中存在多个参数不易量化。这里利用变矩器的输入功率和传动效率对其产热量进行计算：

QT=MB·nB·(1-η)/9 550

(1)

式中：MB为液力变矩器的输入转矩，N·m；nB为液力变矩器的输入转速，r/m；η为变矩器的效率。

由式(1)可知，对液力变矩器在全工况范围内的产热量进行计算，关键在于求得防爆发动机与变矩器共同工作下的变矩器泵轮的输入转矩和输入转速。

1.2 防爆发动机与液力变矩器的共同工作输入特性

防爆发动机与变矩器结合在一起时，它们仍然按照自身规律工作，只有在二者的扭矩和转速相同时才能共同工作，将发动机的净扭矩曲线与液力变矩器的泵轮负荷抛物线以相同的坐标比例绘制在同一个图上，得到发动机与液力变矩器共同工作的输入特性，曲线相交产生一系列交点。

式中：MB为液力变矩器的输入转矩，N·m；Me为发动机的输出扭矩，N·m；M1为液压工作泵消耗的扭矩，N·m；M2为传动循环泵消耗的扭矩，N·m。

式中：V为泵的排量，cm3/r；ΔP为进出口压力差，MPa；ηm为机械效率，一般取0.88～0.92。

MB=Me-M1-M2

(2)

初中音乐课堂教学普遍存在着课时缺乏的现象，一般在进行相关教学的过程中，一周只有一节课程属于音乐课程。且在很多时候的很多地方，学校整体形成的思维模式就是音乐课程是一门附属课程，不属于主课范畴。这种认知也导致很多地方的音乐课程长时间被语文、数学、英语这类主要课程所霸占，导致学生对整体音乐课程的认知停留在存在与不存在之间，这种情况普遍存在于全国各地学校的教学中。

M1、M2=V·ΔP/62.8·ηm

(3)

1)发动机净扭矩发动机净扭矩是指发动机输出扭矩扣除液压工作泵1、传动变速泵2消耗的扭矩，即为变矩器的输入扭矩，如图1所示：

2.本科的学习成绩对其是否选择考研行为存在正向影响，即本科学习成绩越好，学生选择考研的概率越大。各成绩区间与考研的概率见表2，由表2可知，学习成绩与考研概率呈正相关，随着学习成绩区间的递增，考研概率显著递增。

水工混凝土适当采用引气剂、优质粉煤灰及优化配合等措施，以改善拌和物性能，提高混凝土可泵性，减少水化热，减少裂缝产生的可能性，确保了工程质量。

  

图1 发动机净扭矩特性曲线图

2)液力变矩器泵轮负荷特性曲线可由下式表示：

 

(4)

式中：MB为变矩器的泵轮转矩，N·m；λB为液力变矩器泵轮扭矩系数；ρ为液力变矩器工作油的密度；g为重力加速度；nB为液力变矩器泵轮转速；D为液力变矩器有效工作直径，mm。

其中ρ、g、D均为常数，在确定的工况下λB也是定值，故：

采用SPSS 22.0统计软件进行数据处理，计量资料使用均数±标准差(±s)统计描述，计数资料使用率(%)表示，数据比较使用卡方检验比较不同人口学特征，采用多因素方差分析比较各量表得分的组间差异。使用Pearson相关分析FTND与IAT分别与冲动性维度之间的关系。显著性水准取α=0.05，P＜0.05表示差异有统计学意义。

3.症状。气泡病经常发生在刚放苗的时候和晴天日照强烈的午后。主要症状为病鱼初期体表或体内出现大量气泡，游泳异常，迎着阳光会看到由于气泡出现的明显的银白色反光点。后期逐渐失去游泳能力，浮于水面，而后死亡。

 

(5)

平均温差:

将防爆发动机净扭矩特性曲线与液力变矩器泵轮负荷抛物线以相同比例绘制与同一坐标图上，如图3所示。

为全面分析液力变矩器产热情况，原始数据应包括各典型工况：启动工况、高效区工况、最高效率工况、偶合工况等。变矩器泵轮转矩特性抛物线与发动机净扭矩特性曲线相交得到的交点，即为发动机与液力变矩器的共同工作点。整个计算过程通过在MATLAB仿真软件下建立数学模型来完成,计算得出变矩器泵轮扭矩和转速后，按照式(1)可以得出不同工况下液力变矩器的发热量[4]。

  

图2 液力变矩器泵轮扭矩特性曲线图

  

图3 发动机与液力变矩器共同工作特性曲线图

2 液力传动系统的散热

2.1 液力传动系统的散热分析

传动油冷却系统是煤矿车辆液力传动系统的主要散热源，煤矿车辆大多将液力变矩器、动力换挡变速箱与传动工作油路接通，并配置一个油冷器用于对液力传动系统产生的热量进行散热，维持系统的热平衡,如图4所示。

  

1-油箱；2-滤油器；3-油泵；4-主压力阀；5-变矩器；6-油冷器；7-溢流阀

 

图4 液力传动冷却系统原理图

在液力变矩器工作过程中，采用补偿油泵不断地将工作液体导入液力变矩器。液力变矩器进口处装有溢流阀，以保证液力变矩器进口油压，使工作液体始终以设计的流量流入液力变矩器，避免油温过高的现象出现，并及时补偿液力变矩器中工作液体的漏损，使液力变矩器内始终充满一定压力的工作液体[5]。

2.2 油冷器的散热

油冷器的散热主要应用了对流换热原理，设计时需达到安全可靠、有足够的散热面积、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等要求。油冷器主要分为水冷却式、风冷却式及制冷式[6]。煤矿车辆大多采用强制闭式水冷系统，油冷器的散热量由式(6)计算得出：

QW=Kr·A·Δtav

(6)

式中：Kr为油冷器散热系数；A为油冷器的散热面积，m2；Δtav为平均温差，℃。

传热系数Kr表示当冷却水和传动油间的温差为1 ℃，每秒时间内通过1 m2的面积所散的热量，Kr取值范围为：350～580 W/m2·℃。

式中：c=ρ·g·λB·D5，在确定的工况c为定值，泵轮传递的扭矩与其转速的二次方成正比，是一条抛物线，不同工况时，可得一组泵轮负荷抛物线[3]，如图2所示。

 

(7)

根据式(6)：QW=K·A·Δtav，计算得出保证液力传动系统热平衡状态的油冷器散热面积A=4.79 m2。

本文以煤矿常用的WCJ5E防爆胶轮运输车为例，对液力传动系统热平衡作分析计算，整车采用某6102防爆发动机和某YJH340的液力变矩器。 WCJ5E胶轮车液力传动系统如图5所示。

3 液力传动系统的热平衡分析计算

3.1 液力传动系统的热平衡方程

通过上述分析可知，液力传动系统工作时的产热和散热是同时进行的，其产热与系统的输入功率和传动效率有关,而散热量与系统内外的温差有关。随着系统产热量的增加，油冷器的散热量也逐渐增大，当系统内部的发热量与散热量相等时，油冷器的进、出油口的油温将保持稳定。液力传动系统产生的热量依靠油冷器散热、壳体表面散热以及部件自身吸收热量的总和来平衡。根据能量守恒定律热平衡方程可表达为[7]：

QT=QB+QW+QM

(8)

式中：QT为液力传动系统的产热量；QB为部件壳体表面散热量；QW为油冷器的散热量；QM为部件接触导热量。

由于煤矿车辆液力变矩器体积小，相比油冷器的散热量，故壳体表面散热量和部件吸收热量要小得多，故热平衡方程可简化为：

QT=QW

(9)

3.2 实例计算

在经济发展的信息化时代下，建筑工程行业取得了繁荣的发展。尤其是在城市交通压力日益加剧的环境中，加强对公路桥梁的施工建设，是缓解交通压力的重要基础。一般来说，混凝土桥梁在使用中，其使用寿命受桥梁涵洞病害的影响最为严重。目前，不少混凝土桥梁都存在不同程度的涵洞病害，影响桥梁的质量和使用寿命。从某种角度而言，加强对混凝土桥梁涵洞病害的分析，提出综合性的病害修补方法与加固技术，对于延长混凝土桥梁寿命，尤为重要。

 

1-齿轮箱；2-上传动轴；3-液力变矩器；4-下传动轴；5-驱动桥

图5 WCJ5E防爆胶轮车液力传动系统

6102防爆发动机净外特性数据和YJH340液力变矩器原始特性数据如表1和表2所示:

 

表1 发动机净外特性数据

  

转速/(r·min-1)扭矩/(N·m)功率/kW转速/(r·min-1)扭矩/(N·m)功率/kW1000308.3332.291799440.8383.041199314.9339.542001395.6382.901399402.2358.922200367.3384.621499493.6377.482300352.8384.971598477.1379.84253000.00

 

表2 液力变矩器原始特性数据

  

转速比/i变矩比/K效率/η能容/MB转速比/i变矩比/K效率/η能容/MB0.002.030169.360.701.160.81147.750.101.900.19172.280.801.020.82130.020.201.780.36173.980.850.960.82118.140.301.670.50174.460.900.950.8591.560.401.550.62172.920.9360.940.8864.700.501.430.72168.420.970.780.7621.920.601.300.78160.230.980.840.827.05

将表1和表2的数据导入数学模型,输入相关已知数值，以相同的坐标比例绘制出发动机与液力变矩器共同工作的输入特性曲线如图6。

发动机扭矩曲线与变矩器泵轮转矩曲线的交点即为发动机与液力变矩器的共同工作点，利用MATLAB仿真软件求解共同工作点，即在变矩器不同转速比时泵轮的转矩和转速，通过式(1)，可计算得液力传动系统不同工况下的发热量[8]，见表3。

通过图7曲线可知，当变矩器在低传动比下工作时发热量很大，热平衡状态时的出口油温较高，而在高传动比下工作时液力变矩器的发热量较小。液力变矩器启动工况i=0时，发热量最大，但该车为运输车辆，在这种工况的使用时间非常短，故以液力变矩器发热量第二大值时设计冷却系统[9]，油冷器散热量QW取值为64.67 kj/s。

  

图6 WCJ5E发动机与液力变矩器共同工作输入

 

特性曲线图

 

表3 不同工况下液力传动系统的发热量

  

变矩器速比/i共同工作点转速/(r·min-1)共同工作点扭矩/(N·m)变矩器效率/η系统发热量/(kj·s-1)01660465.00.00080.830.11640465.00.19064.670.21640465.00.35751.380.31640465.00.50039.920.41640465.00.62030.370.51660465.00.71423.130.61700463.00.77918.210.71750452.50.81215.590.81830435.40.81715.300.851890422.00.81615.380.92060388.50.85412.240.9362310345.30.87710.290.972450131.50.7578.210.98252010.40.6321.01

  

图7 不同工况下液力传动系统的发热量曲线图

式中：T1为油冷器的进口油温，取85 ℃；T2为油冷器的出口油温，取70 ℃；t1为油冷器的进口水温，取35 ℃；t2为油冷器的出口水温，60 ℃。

WCJ5E防爆胶轮车按照该散热面积选用了油冷器，目前已在各大煤矿推广使用200余台，使用良好，液力变矩器和变速箱使用寿命长，验证了上述液力传动系统热平衡计算方法的正确性。

3综上所述，鲁山是一个半农半商的地区，农业是该地区重要的经济支柱，小麦则是鲁山最重要的粮食作物，因此小麦产量的高低，影响着临夏地区人民的生产生活。在小麦生产当中，影响其生长发育的因素很多，而播种量是其中最关键的因素之一。本试验通过探究不同播种量对小麦生长发育的影响，发现在试验设定的播种量内，小麦的出苗期均一致，但播种量过大时会推迟小麦的抽穗期和成熟期；播种量对小麦株高的影响不大，而对穗长、分蘖数和穗粒数有一定影响；在播种量为 240 kg/hm2时，小麦的产量最高，达6 528 kg/hm2，因此得出：播种量过大或过小都不利于提高小麦产量，而确定最合适的播种量，有利于提高小麦产量。

4 结论

1)针对煤矿井下车辆工作路面崎岖不平、弯度和坡度大、多煤泥积水、空间狭小，导致车辆制动与起步动作频繁，提出一种适用于煤矿车辆的以液力变矩器全工况范围内泵轮转矩和转速为目标的系统产热分析计算方法。

2)通过建立防爆发动机与液力变矩器共同工作输入特性的匹配模型，指出找到共同工作点整个计算的关键，并运用MATLAB软件计算全工况下液力变矩器泵轮的转矩和转速，用以计算全工况下系统发热量，并建立热平衡方程，求解冷却器的散热面积。

3)以WCJ5E防爆胶轮车为对象进行实例计算，通过分析以液力变矩器转速比i=0.1时的发热量来确定油冷器的散热量，最后得出油冷器的散热面积。车辆使用情况验证了该热平衡分析计算方法在煤矿车辆上的正确性与适用性。

参考文献：

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[2] 郭洪江.XGI50装载机液压系统热平衡问题的研究[D].长春：吉林大学，2004.

[3] 朱经昌.液力变矩器的设计与计算[M].国防工业出版社，1991：2-6.

[4] 刘树成.车用柴油机与液力变矩器动态匹配技术研究[J].北京：北京理工大学，2015.

[5] 石博强，饶绮麟.地下辅助车辆[M].冶金工业出版社，2006：46-51.

[6] 连晋毅，孙大刚，史清录.工程车辆的传动系热平衡计算[J].工程机械，2002，33(2)：21-22.

[7] 姚仲鹏，王新国.车辆冷却传热[M].北京理工大学出版社，2001.

[8] 许翔，毕小平.车用液力传动装置的传热研究[J].机械传动，2004，28(4)：9-12.

[9] 张景山，李亭亭.液力变矩器油温过高及动力传动不足探析[J].矿山机械，2001，29(5)：85-87.

作者简介：王庆祥(1986—)，助理研究员。2007年毕业于吉林大学汽车运用工程专业，现从事煤矿井下无轨运输防爆胶轮车的设计研究工作。