矿用车辆动力性能测试台设计研究

摘要 为了对矿用车辆进行整车动力性能的质量检测和试验研究,根据矿用车辆的结构和动力性能的特点,本文了分析动力性能台架测试台的功能和用途,简单论述了测试台的原理和主要组成部分,通过对矿用车辆传动方式分析,重点研究分析选择测试台加载装置的类型。

关键词 矿用车辆;动力性能测试;电力测功机

中图分类号U46 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)26-0053-02

The Design of Dynamic Performance Testboard for Mining Vehicles

BAI Lei

Taiyuan Branch of China Coal Research Institute,Taiyuan030006

Abstract According to study the structure and the power performance of mining vehicle performance, this paper analysis the function and purpose of the test stand which used to inspection and test the power performance of mining vehicle performance. And discuss the principle and main components of the test stand. Through analysis the transmission of mine vehicle, this paper put emphasis on researching the type of loading device of the test stand.

Keywords mine vehicle;test of power performance;electrical dynamometer

0 引言

矿用车辆作为特种车辆,在我国的矿山建设中发挥越来越重要的作用,国内从事矿用车辆的生产和研发的企业较少,目前对该类车辆的整车出厂检测和科研试验都为室外道路测试。虽说道路测试具有很多优点,但室内台架测试法有效率高、不受环境影响、占地少的突出优点,更能适应目前矿用车辆企业的生产和科研需要。目前国内矿用车辆的整车性能测试还未采用台架测试这一方法,我们研究设计矿用车辆动力性能测试台,用来对车辆的动力性能进行出厂检测和试验研究,为整车质量保证和动力性能的研究提供良好的测试平台。

1 动力性能测试台的功能和用途

通过在动力性能测试台上模拟车辆道路行驶工况的方法,不仅可以测试车辆的动力性能,也可以测试各种规定工况下的燃油经济性和排放指标。具有以下多种动力性能试验和检测功能:

车辆底盘输出外特性的测试;

车辆最大牵引力、最大功率测试;

车辆最高车速测试;

底盘传动系阻力试验及传动效率;

车辆加速性能测试;

发动机冷却系统的热平衡试验。

2 动力性能测试台的工作原理

车辆在测试台上进行动力性能测试时,车辆是停放在试验台上。这与车辆在道路上行驶完全不同,通过在试验台上模拟车辆道路运行工况,要模拟出车辆的运动惯性和行驶阻力。测试台通过惯性飞轮或电惯量来模拟车辆的运动惯性,对于车辆在运行中所受的空气阻力、滚动阻力及爬坡阻力等,则采用功率吸收装置来模拟,功率吸收装置可以模拟多工况的车辆运行阻力。

3 动力性能测试台的基本结构[1]

动力性能测试台的主要由:框架、滚筒、功率吸收装置、数据采集与控制系统及附属装置等组成。

框架是动力性能测试台的基础,主要用来安装测试台的滚筒及其它部件,一般用钢板和型钢焊接而成,可以坐落在地坑内也可以放置在地面上。

滚筒是用来模拟路面的,即以滚筒的表面取代路面,车辆的轮胎安置在滚筒上,车轮旋转带动滚筒旋转,滚筒的表面相对于汽车作旋转运动。为了使滚筒表面能满足模拟实际道路,采用特种工艺使滚筒的表面附着系数大于一般的实际道路附着系数。

功率吸收装置也叫加载装置,用于吸收和测量汽车驱动轮的输出功率,实质是一个加载装置,可模拟出汽车在道路上行驶时所受的各种阻力,使汽车受力情况如同在道路上行驶时一样。

数据采集与控制系统主要由测速传感器、测力传感器和控制装置组成,测试台在工作时通过传感器采集速度和驱动力值。通过控制装置可实现恒速和恒扭控制,控制功率吸收装置,实现车辆各种工况的阻力和惯性的模拟。

4 功率吸收装置的选用分析

功率吸收装置为动力性能台架的关键部件,主要类型有电涡流式、水力式和电力式,它涉及到性能测试的功能、适应范围、控制性能、成本、结构和测试精度等。目前常采用的功率吸收装置为电涡流式和电力式,即电涡流测功机和电力测功机。

矿用车辆由于其主要用在矿区,道路状况一般较差,载荷突变的情况较多,车辆使用工况变化频繁,主要为低速重载爬坡,对动力输出要求较高,需要低速大牵引力的动力特性,常用工况也是低速工况。液力机械传动由于具有防止过载熄火、低速大扭矩等特点,更能适应矿用车辆的多变工况,故该类型车辆常采用液力机械传动,这种传动方式与道路汽车不同,道路车辆多采用机械传动方式。

由于矿用车辆常用工况为低速工况,因此在动力性能测试时,更关注它低速段的工况,如图1所示,某矿用车辆的牵引特性如图所示,从图中可以看出在各档位,车辆速度越低其牵引力越大,在接近零速时牵引力达到最大,此牵引力是液力机械车辆的一个重要指标,也是检测和试验研究时所要测试的一个重要指标。

电涡流测功器主要由定子和转子两部分组成。定子产生磁场,在铁芯与转子间隙处就有磁力线通过,金属转子转动时切割磁力线,在转盘内产生电涡流,从而使转子受到一个负荷力矩,力矩的方向和滚筒旋转的方向相反,成为制动力矩起到加载作用。图2是电涡流测功机的功率和扭矩特性曲线。在低速时由于转速不高,不能产生足够的涡流,以致制动力矩较小。随着转速的提高,制动力矩从0逐渐增大,当转速到达额定转速的最低值时,扭矩达到最大值。在额定转速范围内,由于吸收功率的恒定,所以扭矩随着转速的增加而减小[1]。

电力测功机主要由电机和变频器组成,电机在变频器的控制下可电动、发电两种方式运行,其加载特性就是电机的特性。随着电力电子技术的发展,交流传动系统在静、动态性能上得到了显著提高,可与直流传动相媲美,并且交流电力测功机不存在换向器问题,因而结构简单,可靠性高。交流电机的特性从零速至额定转速为恒扭矩特性,额定转速至最高转速为恒功率特性,如图3所示。

通过对比电涡流机、电力测功机和车辆的底盘输出特性,可以看出电涡流由于其低速无法加载的特性,无法满足车辆低速测试要求,而电力测功机的低速大扭矩和高速恒功率特性和车辆底盘特性正好符合。

为了更好地对矿山车辆的动力性能检测和研究,在矿山车辆动力性能测试台上,我们选择交流电力测功机作为功率吸收装置。同时其较电涡流测功机还有以下优点:

1)节能

电涡流测功机工作时车辆产生的机械能转化为热能由冷却系统把热量带走,产生的能量不能回收,转换过程中亦需耗费能量。而电力测功机却可以把车辆产生的机械能转换为电能回馈到内部电网,测试时电力测功机是发电机状态。随着性能测试台使用率越高,节能效果也越好。

2)可作为电动机使用

在动力性能测试时,还需要做传动系统和台体的损耗试验,如果选用电涡流测功机的话,还需配套反拖电机。而电力测功机本身可以作为电动机使用。

3)惯性模拟

加速性能作为车辆动力性能评价和试验的指标之一,是车辆动力性能测试的主要内容之一。采用电蜗流测功机,需通过飞轮来模拟车辆的惯性力,车辆的质量不同需要的飞轮不同,使得测试台结构变得复杂。采用电力测功机可以取消飞轮,使得测试台结构简单和控制精确。

5 结论

矿用车辆动力性能测试台是为了车辆的出厂检测和试验研究设计,可以为矿用车辆的质量保证和技术研究提供测试平台,实现矿用车辆的室内台架测试的方式。测试台要依据矿用车辆的结构特点和传动方式设计,尤其是功率吸收装置的选型,选用电力测功机作为功率吸收装置,更能适应矿用车辆动力性能检测和试验研究的需要。

参考文献

[1]张铁山,周孔亢.汽车测试与控制技术基础[M].北京:北京理工大学出版社,2007.