第四章 第六节

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行程—速度曲线
四、爬坡能力
机械动力性所反映的爬坡能力，是指车辆在某一档位下等速
行驶时，由发动机动力所决定的最大爬坡角。
机器在各档位的最大爬坡角可以根据各档动力因数的最大值
Dmax计算而得。如果D max完全用来克服车辆的道路总阻力，那
么此时的坡道角即为该档的最大爬坡角，并可以利用动力因数 的平衡方程求出：
车辆在运输工况下，牵引平衡方程可表示为：
FK F f Fi F j Fw 式中：Fw — 迎风阻力；
上式中，除了迎风阻力外，其他各力都和机械的重量成正
比，故移项后，两边同除以机械的总重量，成为下式：
FK Fw x dv f cos sin G g dt 式中：x — 转动质量转化为直线运 动质量的影响系数， 对于工程车辆x 1.08 。
FK Fw G
称为动力因数，用D表示。
动力因数D反映了在扣除迎风阻力Fw后，机械单位机
重所能获得的用来克服滚动阻力、坡道阻力、惯性阻力
的切线牵引力。 机械在运输工况下的牵引力平衡可以用另一种形式来表示：
x dv D f cos sin g dt
对于某一给定的车辆来说，上式右边前两项之和

３、滚动阻力和坡道阻力：计算如前。
F f fG cos Fi G sin F f Fi G f cos sin 称为道路阻力；
f cos sin称为道路阻力系数。
４、驱动力平衡图：
Fk G F j Fw
将驱动力在行驶方向上的分配关系用图形表示，即为 驱动力平衡图。 驱动力平衡图有两部分组成，一是各档的驱动力曲线： Fk—v曲线；二是在平直良好路面上等速行驶的总阻力曲 线：（Ff+Fw）—v曲线。 从图上可以清楚地看出不同车速时驱动力和行驶阻力 之间的关系。
加速度曲线
在加速度曲线上不仅可以看出某一档位下加速度随车 速而变化的情况，而且通过两个相邻档位加速度曲线的 交点，还可以进一步显示合理的换档过程。从下图上可 以看到与各档加速度曲线交点的车速，实际上代表了最 佳的换档速度。如果换挡过程是在这些车速下进行的， 那么车辆将获得最大的加速过程。
2、时间—速度曲线：
第六节 动力特性（214页）
• 施工机械的工作过程有两个典型的工况： 牵引工况和运输工况。 • 当车辆在运输工况下工作时，机械的动力 性主要反映在车辆的速度性能、加速性能 和爬坡能力上。
确定机械的动力性，就是确定机械沿着行驶方向的运
动状况，因此，需要了解沿着机械行驶方向作用于机械的
各种外力，即驱动力和行驶阻力。根据力的平衡方程式， 即可得出车辆的最大速度、加速度和最大爬坡度。
因此，动力特性上任一车速下的动力因数D，扣除了道路 阻力系数ψ后剩余部分(下图中线段b—b)，就反映了在这一
车速下加速度a的数值。
铲土运输机械的动力特性
D曲线与ψ曲线间距离的g／x倍即为加速度。如粗略估计 时，取x约为1，g约为10，则加速度即是D- ψ 的10倍。
根据动力特性得出：
g a D x 由上式即可绘出加速度随着车速而变化的曲线： a f v
铲土运输机械的动力特性
动力特性是反映铲土运输机械在运输工况下动力性 的基本特性曲线。利用动力特性可以方便地来评价铲 土运输机械的速度性能、加速性能和爬坡能力。
二、速度性能
速度性能通常用机械的最高运输速度来评价。
在动力特性图上绘上道路阻力曲线ψ = ψ（v） ，则最高档
的动力因数曲线D=D(v)和曲线ψ = ψ（v）之交点A的横坐标， 即代表了在给定道路条件下车辆所能达到的最高运输速度vmax。
机械以最高档行驶时的最高速度可以从驱 动力平衡图上直接得到，即最高档的驱动力曲
线与行驶阻力曲线的交点对应的车速。
同时用驱动力平衡图也可获得机械的其他 动力性指标，如加速度和爬坡能力。
二、动力特性：
车辆在行驶过程中，由于滚动阻力、坡道阻力、惯性 阻力都是和机械的重量成正比的，因此上述各项性能不 仅取决于驱动轮输出的牵引力，而且也和机械的重量直 接有关。为了能对不同重量的机械进行对比，引出了单 位重量的驱动力和阻力的概念。
铲土运输机械的动力特性
三、加速性能
机械的加速性能通常用加速度随车速而变化的曲线
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(称为加速度曲线)以及加速过程的时间和路程来评价。
1、加速度曲线
机械在起步加速过程中，起动力矩是随着车速而不断变
化的，因而由此形成的加速度也将是一个不断变化的数值。 加速度曲线同样可以利用动力特性来取得。
x dv g dt x dv D g dt D
需的时间，只需求出曲线下方的面积即可。
加速度的倒数曲线
再选取若干车速，并进行相应的计算后即可绘出加
速时间t随车速v而变化的曲线t＝t (v)。
时间—速度曲线
3、行程—速度曲线：
在取得了时间—速度曲线t＝t (v)后，进一步对速度再作 一次积分即可获得加速路程S和速度v的关系曲线，即：
S vdt
主要与道路状况有关，常常将它们合在一起，称为道
路阻力系数ψ，亦即：
x dv D g dt
FK Fw G 上式中FK 、Fw都是实际行驶速度v的函数， D 如果以v作为自变量，可用图表的形式表示 出变速箱各个档位下的动力因数D随车速v而 变化的关系曲线，称为动力特性。
为了表示机械的牵引平衡关系，在动力特性图上 还可以绘出代表道路总阻力随车速而变化的关系曲 线， ψ = ψ（v）
D f cos sin f 1 sin2 sin 最大爬坡角为： sin max
2 Dmax f 1 Dmax f2
1 f 2
由上式计算所得的爬坡角，只是反映了发动机所能提供 的爬坡能力，实际上机械可能实现的最大爬坡角往往还要 受到机械纵向滑移和稳定性的限制。
1、惯性阻力Fj：
机械在加速时，必须要克服惯性阻力，机械的质量分
为平移（直线运动）的质量和旋转运动的质量，旋转运动
的质量主要是发动机曲轴、飞轮、离合器总成和车轮等， 为便于计算，一般将旋转质量的惯性力矩转化为平移质量 的惯性力，以系数x作为转换系数。
Fj x G dv g dt
x — 旋转质量的换算系数， 一般取x 1.08
dv a dt dv dt a 对上式进行积分，即可求得车辆从初速度v1加速到 某一速度v所需的时间。 t

1 dt v1 a
v
因为加速度a很难用方程的形式来表示，所以通常可以
采用图解积分的办法。此时首先应根据加速度曲线绘出
加速度的倒数曲线。从下图可看到，单元面积dF实际上 代表了单元加速时间dt。由此，为了获得从v1加速至v所
２、迎风阻力Fw：
机械直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的
分力为空气阻力。由形状阻力、干扰阻力、内循环阻力、 升力阻力和摩擦阻力等。形状阻力与车身的形状有关， 干扰阻力是车身表面突出物如后视镜、门把、车灯等引 起的阻力。
C D Av2 N Fw 21.15 v — 空气相对于机械的速度 ，风速为零时，即为车 速； A — 迎风面积 m 2 ； C D — 空气阻力系数。
一、驱动力平衡：
Fk
F
式中：Fk — 切线牵引力； 惯性阻力、迎风阻力等。
F — 行驶过程中所有阻力之和；有滚动阻力、坡道阻力

在等速稳定工况时：Fk F f F i Fw Fw为迎风阻力； 在加速工况时：Fk F f F i F j Fw F j 为惯性阻力。