混合動力客車大功率發電機傳動帶選型及偏擺機構設計

宋忠凱，王 波

（中通客車控股股份有限公司，山東 聊城 252000）

混合動力客車大功率發電機傳動帶選型及偏擺機構設計

宋忠凱，王 波

（中通客車控股股份有限公司，山東 聊城 252000）

為提高使用壽命，首先對混聯式客車所用大功率發電機的傳動帶進行選型計算，然后對其所用偏擺機構及壓簧進行設計及選型。

混合動力；傳動帶；偏擺機構；發電機；壓簧

隨著新能源客車的不斷研發推廣，串聯、并聯、混聯、插電式、增程式、純電動等不同技術路線的新能源客車正在祖國的大江南北示范運營，而一些與傳統客車截然不同的高壓電器件也越來越多地運用到整車當中,以實現他們不可或缺的重大作用[1-3]。在前期大功率發動機安裝的實際設計中，發現其傳動帶型號及條數選擇的不匹配會導致皮帶磨損加劇，甚至出現斷帶情況；而當發電機與發動機之間采用張緊輪張緊進行剛性安裝時，則會因平面度及張緊力等原因導致張緊輪支架斷裂、皮帶磨損加劇、軸承壽命縮短等情況。本文以LCK 6105CHEV混合動力客車所使用的額定功率為22 kW的發電機為研究對象，專門對該款發電機的傳動帶及其偏擺機構進行選型及研發設計。使用效果表明，該款車發電機傳動帶選型正確，其偏擺機構設計合理。

1 發電機傳動帶選型

該款車型采用的發動機為玉柴YC6J200-42，最大功率147 kW/（2500 r/min）；或者濰柴WP7NG210E40，最大功率155 kW/（2300 r/min）。發電機額定功率/峰值功率為22/44 kW，水冷方式，質量126 kg，額定/最高轉速為2200/6000 r/min。

1.1 求帶輪中心距和包角及小帶輪轉速

該款車型目前傳動帶類型為普通蓋茨V15×1895帶（頂寬15 mm，位于A及B型號之間，見文獻[4]。發電機小帶輪直徑D1為154 mm，發動機大帶輪直徑D2為305 mm。

1）求帶輪中心距a。已知帶長L=1895 mm。

3）求小帶輪轉速n1。已知發動機最大功率147 kW/（2500 r/min），帶傳動的滑動率ε=1%。

1.2 求小帶輪速度、傳動比及帶根數

1）求小帶輪速度v。由式（5）得小帶輪轉速5001r/min，

2）求兩帶輪傳動比i。

3）求帶根數z。

P取發電機最大功率，即44 kW。

查文獻[4]得知：工作情況系數KA為1.2；小帶輪直徑154 mm，轉速5001 r/min時，單根普通B型V帶所能傳遞功率P為2.67 kW；傳動比i為2，小帶輪轉速為5001 r/min時，傳動功率的增量△P0為0.6；包角為164.44°時，包角系數 kα=0.96；基準長度為 1895 mm 時，長度系數KL=1.02。

求得z=4，傳動帶需要4根。所以該款發電機需附加4個B槽槽型的皮帶輪[5]。

2 發電機偏擺機構設計

本偏擺機構是用來固定22 kW發電機的，它包括上偏擺、下底板、連接銷軸、定向栓柱及壓縮彈簧等。該結構設計靈活，可將其固定在車架上，然后將發電機固定其上，可很方便地將發電機向前后左右方向移動，也可使其在左右方向上偏擺。圖1為發電機偏擺圖。

本偏擺機構的兩銷軸焊接后要保證上偏擺的前傾角在3.5°～4°之間，以使發電機皮帶輪與發動機皮帶輪在同一平面[6]。

2.1 求發電機皮帶輪張緊力及軸上載荷

1）求發電機皮帶輪張緊力F0。

查文獻 [4]得知：普通B型V帶帶質量q為0.14 kg/m，求得F0=291N。

2）求發電機皮帶輪軸上載荷FQ。

2.2 偏擺機構減振彈簧設計

式中：c為彈簧的剛度（即彈性系數，也稱倔強系數k）；FQ為彈簧所受的載荷；λ為彈簧在受載荷FQ時所產生的變形量；G為彈簧材料的切變模量（鋼為8×104MPa，青銅為4×104MPa）；d為彈簧絲直徑；D為彈簧直徑；n為彈簧有效圈數；C為彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數C=D2/d）

由上式可知，當其他條件相同時，C值越小的彈簧，剛度越大，亦即彈簧越硬；反之則越軟。還應注意到，C值越小，彈簧內、外側的應力差越懸殊，卷制越難，材料利用率也就越低，并且在工作時將引起較大的扭應力，所以在設計彈簧時，一般規定C≥4，且當彈簧絲直徑d越小時，C值越宜取大值[7-8]。

其實上面這個公式是根據微段彈簧絲ds受轉矩后扭矩dθ，從而產生微量變形dλ，再將dλ積分而得到圓彈簧絲螺旋彈簧在受載荷FQ后所產生的變形量：

彈簧的彈性系數k與彈簧的直徑、彈簧的線徑、彈簧的材料、彈簧的有效圈數有關。具體關系式：與彈簧圈直徑成反比，與彈簧的線徑的4次方成正比，與彈簧材料的彈性模量成正比，與彈簧的有效圈數成反比。

本款車型首輛車，選用的是鋼壓簧，彈簧絲直徑d為8，彈簧直徑D為40，彈簧有效圈數n為8，在受到2306.46 N的力時，壓簧變形量λ為28.83 mm。

通過試車發現，22 kW發電機左置時，由于發動機是順時針旋轉，將發電機向機體方向拉動，在發電機發電時容易導致偏擺機構旋轉量大，致使皮帶產生跳動彈出等影響安全運行的后果，所以后續對壓簧進行了改進，分別選用了彈簧絲直徑d為10，彈簧直徑D為40，彈簧有效圈數n為8以及彈簧絲直徑d為12，彈簧直徑D為50，彈簧有效圈數n為8的兩款壓簧，在發電機發出44 kW功率時，壓簧壓縮量最大分別為11.8 mm和11.1 mm。此次改進后，發電機皮帶傳動平穩、順暢，傳動效率高。此外，定向栓桿的材質強度也需增強，可從栓桿直徑及螺紋間距著手，以避免栓桿出現滑絲情況。

3 結束語

隨著新能源客車的日益推廣及普及，新能源客車的種類也會越來越多，串聯、并聯、混聯、插電、增程式等，所用系統愈加紛繁復雜，這就需要研發設計人員不斷提高自己的設計理念及責任感，既要保證系統部件的實用性，也要保證它們的可靠性。環保節能型客車技術含量高、產品要求高、涉及面廣泛，需要政府、企業、科研機構集體參與[9-10]。

[1]吳金順.汽車專業英語[M].北京：北京理工大學出版社，2008.6.

[2]宋忠凱.并聯混合動力中型客車多能源動力優化控制策略研究[D].淄博：山東理工大學,2009.

[3]司康.我國新能源客車的發展及主要產品一覽[J].商用車與發動機，2010，（1）

[4]邱宣懷，郭可謙，吳宗澤,等.機械設計（第 4 版）[M].北京:高等教育出版社，2004.

[5]吳貽珍.中國傳動帶技術現狀與未來發展[J].中國橡膠，2006，（23）

[6]陳家瑞.汽車構造[M].北京：機械工業出版社，2000.

[7]張成杰，張萬學.小旋繞比大螺旋角圓柱螺旋壓縮彈簧設計計算[C].第三屆海峽兩岸彈簧專業研討會論文集，2004.

[8]肖緋雄，樊光建.機車車輛中螺旋彈簧剛度計算[J].內燃機車，2006，（4）

[9]吳憩堂.關于發展混合動力汽車的若干問題[J].汽車與配件，2009，（8）

[10李光耀,熊銳,翟兆亮.我國大型客車排放控制技術現狀及趨勢[J].客車技術與研究，2011，33（3）：1-4.

修改稿日期：2012-05-16

Selection of Transmission Belt and Design of Swing Mechanism to Powerful Generator of Hybrid Electric Bus

SONGZhong-kai，WANGBo
(ZhongtongBus HoldingCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

To prolong the use life,the authors first introduce the selection and calculation of transmission belt to powerful generator ofhybrid electric bus,and then present the design and selection of the pressure springand swing mechanism.

hybrid power;transmission belt;swingmechanism;generator;pressure spring

U469.7；U463.63+1

A

1006-3331（2012）04-0011-02

宋忠凱（1981-），男，碩士；工程師：研究方向：新能源高壓控制及熱管理。