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1工程機(jī)械動力系統(tǒng)多配置成因

工程機(jī)械動力系統(tǒng)配置多樣性的成因，可歸結(jié)為成本需求、地方法規(guī)要求和用戶喜好3個主要方面。國內(nèi)用戶出于對產(chǎn)品整體價格、國內(nèi)外發(fā)動機(jī)備件的價格差、區(qū)域服務(wù)及時性的考慮，多數(shù)選擇國產(chǎn)發(fā)動機(jī)；而美洲、歐洲等用戶由于區(qū)域性地方法規(guī)要求的限制，多半選擇通過認(rèn)證的進(jìn)口發(fā)動機(jī)；還有一部分客戶通過使用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與對比，會選擇自認(rèn)為性價比高、服務(wù)及時、備件方便的品牌，這類客戶多數(shù)要求配置定制動力系統(tǒng)。以往工程機(jī)械設(shè)計過程中，在經(jīng)過產(chǎn)品市場調(diào)研等階段后，一般會根據(jù)產(chǎn)品的市場定位，選擇一種最適合的發(fā)動機(jī)進(jìn)行后續(xù)設(shè)計工作。但單一的動力配置在用戶選擇時會在一定程度上影響訂單，故而多配置動力系統(tǒng)的選型方案應(yīng)運(yùn)而生。多配置一般為進(jìn)口與國產(chǎn)產(chǎn)品組合，或簡稱為“高配、低配”組合，國內(nèi)外制造水平的差異、設(shè)計方式的不同，發(fā)動機(jī)的各部件布置也均不相同，這就要求在設(shè)計初期盡可能多地考慮不同動力配置對整車布置、替換便利性等多方面的影響。

2動力系統(tǒng)多配置影響及解決方法

在確定了多配置動力系統(tǒng)的前期設(shè)計模式后，不同的發(fā)動機(jī)配置會對發(fā)動機(jī)的布置、安裝、散熱系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、動力輸出系統(tǒng)等造成不同程度的影響。

2.1發(fā)動機(jī)的安裝與動力輸出系統(tǒng)一般來說，多配置的發(fā)動機(jī)在選型時功率、轉(zhuǎn)矩和重量矩相差在±10%以內(nèi)，但飛輪盤尺寸、連接螺紋孔、發(fā)動機(jī)重心位置、安裝支點(diǎn)位置、風(fēng)扇飛輪軸線偏距等均不相同，在進(jìn)行多配置通用設(shè)計時往往需要進(jìn)行大量的對比、擇優(yōu)選擇工作。

（1）飛輪盤尺寸差異。大多數(shù)發(fā)動機(jī)均有多個飛輪盤、飛輪殼型號可選，一般為SAE標(biāo)準(zhǔn)，這使不同發(fā)動機(jī)的輸出采用同樣的機(jī)械連接變得可行。飛輪殼及飛輪盤的安裝止口（尺寸B及尺寸C）均有標(biāo)準(zhǔn)值可參照，但一般飛輪殼與飛輪盤的軸向距離（尺寸D）、螺紋孔位置（尺寸A）及螺紋尺寸（尺寸E）均有所差異。對于不能選擇同一型號飛輪殼的多配置動力系統(tǒng)，在其輸出末端可設(shè)計軸端支承或過渡盤進(jìn)行過渡連接，但需注意的是，盡可能地使輸出裝置的安裝平面保持一致。由于2款發(fā)動機(jī)只能選擇同樣型號的飛輪殼，而分輪盤相關(guān)尺寸不同，輸出泵組完全相同，故采用過渡盤進(jìn)行過渡連接。但為了保證最小的變動影響，將輸出端安裝端面確定為動力系統(tǒng)的安裝參照面，這樣至少可以保證在發(fā)動機(jī)更換配置時，動力末端的泵或變速器的各種連接是一致的，減少了大量的液壓管路、輸出動力軸的變動。對于同型號飛輪殼、不同軸向距離的多配置動力系統(tǒng)，也同樣可以采用過渡盤連接的方式，也可參照圖2中進(jìn)行簡單變動實(shí)現(xiàn)輸出端的一致性。對于飛輪殼或飛輪盤上螺紋孔位置及螺紋尺寸不同的多配置動力系統(tǒng)，可以采用較為簡單的旋轉(zhuǎn)安裝方式、定制雙頭螺柱等方式進(jìn)行統(tǒng)一，此處不再贅述。

（2）安裝支點(diǎn)位置差異。一般來說，工程機(jī)械發(fā)動機(jī)是先連接到安裝板（或安裝支架）上，再連接至轉(zhuǎn)臺或動力托架上的。基本上不同的發(fā)動機(jī)設(shè)計的安裝點(diǎn)位置、連接方式均不相同，在形式上有3點(diǎn)安裝（即飛輪端2點(diǎn)，風(fēng)扇端1點(diǎn)）、4點(diǎn)安裝等類型；布置上有3螺紋孔、4螺紋孔、6螺紋孔、銷定位加螺紋孔等方式；再加各類型安裝點(diǎn)尺寸相差較大，造成不同發(fā)動機(jī)配置設(shè)計同一個通用支架的困難。工程機(jī)械發(fā)動機(jī)的安裝托架不宜過于復(fù)雜，所以過渡安裝板、異形安裝板等小型結(jié)構(gòu)件可以有效地避免發(fā)動機(jī)安裝支點(diǎn)對于工程機(jī)械整體結(jié)構(gòu)件的影響。在確定了輸出端位置固定的前提下，通過計算分析，可確定輸出裝置后支點(diǎn)的固定，這樣就解決了不同發(fā)動機(jī)后端安裝的差異問題，而對于前支點(diǎn)的安裝，可采用不同形式的安裝板，以解決不同發(fā)動機(jī)安裝孔位置不同的問題。

（3）發(fā)動機(jī)重心位置差異。不同發(fā)動機(jī)的重心位置均不相同，為采用相同底部托架，在進(jìn)行發(fā)動機(jī)各支點(diǎn)受力分析時，需要針對每種配置做靜力分析，確定各發(fā)動機(jī)支架的材質(zhì)和力學(xué)性能，由于不同發(fā)動機(jī)的重心位置以及其重量的差異不大，所以并不會增加結(jié)構(gòu)件的成本。不同發(fā)動機(jī)中心位置差異問題應(yīng)當(dāng)與發(fā)動機(jī)安裝支點(diǎn)位置的差異同時進(jìn)行考慮。

2.2散熱系統(tǒng)相同額定功率與最大輸出轉(zhuǎn)矩的不同發(fā)動機(jī)對散熱系統(tǒng)要求的最大換熱量也不盡相同，一般相差在±10%以內(nèi)，所以對于散熱系統(tǒng)的設(shè)計，同樣可以在2套動力配置散熱的初步計算后，選取較大值作為通用的散熱系統(tǒng)基本參數(shù)，以便減少對散熱器設(shè)計制造過程中的影響。而對于風(fēng)扇軸線與發(fā)動機(jī)軸線的差異，可以采用不同導(dǎo)風(fēng)罩、不同安裝支架的形式解決。如圖4所示，不同的發(fā)動機(jī)風(fēng)扇直徑可通過選取不同尺寸D的導(dǎo)風(fēng)罩來解決；通過選取散熱器支架上尺寸A、B以及導(dǎo)風(fēng)罩中心尺寸E，可克服風(fēng)扇中心線（相對于發(fā)動機(jī)曲軸中心線）的位置差異；通過散熱器支架尺寸F，同樣可避免由于發(fā)動機(jī)軸向長度不同造成風(fēng)扇初始位置不同的影響，使得在同一托架或轉(zhuǎn)臺上安裝不同動力系統(tǒng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。在解決了上述機(jī)械連接的問題后，散熱系統(tǒng)的管路連接就變得比較容易了，可采用變徑管路、異型管路（主要指橡膠管）等。但需要注意的是：首先，對于散熱器管路接口的直徑和位置，需要根據(jù)配置的不同發(fā)動機(jī)進(jìn)出水口進(jìn)行綜合考慮，一般選取其中較大的直徑設(shè)定散熱器的進(jìn)出水管徑，位置則需要擇優(yōu)選擇，避免某個配置中出現(xiàn)管道彎度過大、管路過長等會增加管道阻力的現(xiàn)象；其次，管路要充分考慮發(fā)動機(jī)運(yùn)行中的振動影響，選取可以固定管路的相同位置及形式，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性；最后，還需進(jìn)行不同配置的散熱系統(tǒng)檢驗(yàn)，檢查補(bǔ)水管路（排氣管路）、散熱器最低位置、排水口（排污口）等的合理性。

2.3進(jìn)氣系統(tǒng)工程機(jī)械一般均配置渦輪增壓柴油機(jī)，所以進(jìn)氣系統(tǒng)除考慮空濾器及其管路外，還應(yīng)考慮增壓后中冷的進(jìn)出管路。增壓器出口至中冷器、中冷器出口至發(fā)動機(jī)的相應(yīng)管路設(shè)計，可參照圖5兩款不同發(fā)動機(jī)的散熱器設(shè)計，采取異型管路（壓模膠管）、變徑管等方式。對于空濾器及其管路的設(shè)計，可在計算2款（或多款）發(fā)動機(jī)的最大進(jìn)氣量及進(jìn)氣阻力（或系統(tǒng)背壓）后，選取較大值作為通用配置的基本參數(shù)，一般來說，同等功率、轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機(jī)，對于進(jìn)氣的要求相差不大。建議采取相同空濾器安裝點(diǎn)、異型管路的方式進(jìn)行優(yōu)化，以保證其他結(jié)構(gòu)件（比如轉(zhuǎn)臺）可相應(yīng)變動。當(dāng)然，采用異型管路、不同支架的方式也是可取的。

2.4排氣系統(tǒng)排氣系統(tǒng)相對于進(jìn)氣系統(tǒng)簡單得多，同樣通過計算2款（或多款）發(fā)動機(jī)的最大排氣量及排氣阻力（或系統(tǒng)背壓）后，選取較大值作為通用配置的基本參數(shù)。機(jī)械安裝仍可采用采取異型焊接管路、變徑管路的方式，實(shí)現(xiàn)消音器及其尾管的同位置安裝。2.5燃油系統(tǒng)不同發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)的差異，在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中，主要體現(xiàn)在發(fā)動機(jī)進(jìn)回油路的位置、尺寸以及燃油濾清器接口尺寸的差異。工程機(jī)械上燃油系統(tǒng)一般較多采用軟管連接，要避免以上所述差異，僅需采用不同的管路接頭和軟管即可實(shí)現(xiàn)。

3總結(jié)

依照上述避免不同動力配置差異的方法，應(yīng)遵循的整體原則為：最大化地減少產(chǎn)品其他部件的相關(guān)變動，同時盡量減少隨之而來的成本變動。優(yōu)先順序相應(yīng)的排列為：動力輸出端連接、散熱系統(tǒng)設(shè)計匹配、進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計匹配、燃油系統(tǒng)匹配、發(fā)動機(jī)安裝、其他附件的匹配。總的來說，為了實(shí)現(xiàn)同托架（或相同轉(zhuǎn)臺等安裝）配置不同動力系統(tǒng)的方便性，關(guān)鍵在設(shè)計的初期需要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，包括動力系統(tǒng)組合的選取、差異對比、差異避免方案的選取等，需要細(xì)致、認(rèn)真并且客觀地進(jìn)行取舍。上述僅是筆者認(rèn)為比較方便、成本變動較少的幾種方案，當(dāng)然還有諸如設(shè)計不同的動力平臺、不同的動力托架、選取整機(jī)進(jìn)口-國產(chǎn)化動力組合等等方案。

作者：苗江濤徐勝強(qiáng)柏見濤馮曉春單位：徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司