基于電渦流測(cè)功機(jī)的負(fù)荷車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：為了對(duì)車輛的動(dòng)力性能、牽引性能以及地面通過性能等性能進(jìn)行研究與評(píng)價(jià)，該文進(jìn)行了基于電渦流測(cè)功機(jī)的負(fù)荷拖車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過實(shí)車應(yīng)用和試驗(yàn)測(cè)試表明該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足需求，對(duì)于地面車輛的研制、開發(fā)及性能評(píng)價(jià)有極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：負(fù)荷車 電渦流測(cè)功機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TK421.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-00-02

負(fù)荷車作為研究汽車、特種車輛、軍用車輛等地面車輛動(dòng)力性能的重要道路試驗(yàn)設(shè)備[1-2]，是開展車輛牽引性能研究和試驗(yàn)的必要方式，對(duì)地面車輛的研制、開發(fā)以及性能評(píng)價(jià)有著極其重要的作用。目前，根據(jù)有差別的測(cè)試要求，來研制各種不同類型、不同負(fù)荷等級(jí)負(fù)荷車的研究單位和生產(chǎn)部門，世界少有。

1 負(fù)荷車簡(jiǎn)述

負(fù)荷車（Mobile Dynamometer Vehicle）亦稱測(cè)功車，是一種車輛道路試驗(yàn)設(shè)備，它主要由三部分組成：動(dòng)力吸收裝置（又稱為測(cè)功機(jī)）、加載控制系統(tǒng)、試驗(yàn)參數(shù)測(cè)量及數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)。試驗(yàn)時(shí)，負(fù)荷試驗(yàn)系統(tǒng)由測(cè)試車與被試驗(yàn)車輛組成，由被試驗(yàn)車輛牽引前進(jìn)，通過對(duì)被試驗(yàn)車輛實(shí)施精細(xì)調(diào)節(jié)且穩(wěn)定的任意負(fù)荷，來測(cè)量車輛行駛過程中各種負(fù)荷的參數(shù)值，例如：牽引力。主要目的是在平坦路面上模擬被試車輛的各種行駛負(fù)荷，被廣泛應(yīng)用于測(cè)試被試驗(yàn)車輛的行駛阻力特性、牽引力特性、燃油經(jīng)濟(jì)性、以及各總成的熱負(fù)荷等汽車相關(guān)動(dòng)力性能；也可用于在水平道路上模擬爬坡試驗(yàn)、模擬在非水平道路的耐久性行駛試驗(yàn)；還可在水平道路上模擬特定山路耐久性行駛試驗(yàn)[3]。

2 基于電渦流測(cè)功機(jī)的負(fù)荷拖車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 電渦流測(cè)功機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

電渦流測(cè)功機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。其由感應(yīng)盤、電樞和勵(lì)磁線圈、測(cè)力裝置和矯正裝置組成。

給與轉(zhuǎn)子同軸裝配的勵(lì)磁線圈通以直流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁通，其經(jīng)過點(diǎn)數(shù)提、渦流環(huán)、氣隙和轉(zhuǎn)子形成一個(gè)閉合回路。由于轉(zhuǎn)子外援面特有的均勻齒槽，故在氣隙和電樞體或渦流環(huán)內(nèi)表面上任意一點(diǎn)的磁場(chǎng)產(chǎn)生交變變化，從而感應(yīng)出“渦流”。由于“渦流”和磁場(chǎng)的耦合作用，轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力矩，而在電樞體上則產(chǎn)生與拖動(dòng)力矩相同的力矩，并經(jīng)過裝在電樞體上的力傳感器而檢測(cè)出來。動(dòng)力機(jī)輸出的功率被轉(zhuǎn)化成電樞體或渦流環(huán)上“渦流”產(chǎn)生的等值發(fā)熱量，則熱量持續(xù)不斷的進(jìn)入電樞體內(nèi)表面或渦流環(huán)冷卻水槽中的冷卻水帶走。

1.感應(yīng)盤；2.主軸；3.聯(lián)軸器；4.勵(lì)磁線圈；5.冷卻器；6.氣隙；7.出水管道；8.油杯；9.測(cè)速齒輪；10.軸承座；11.進(jìn)水管道；12.支撐環(huán)；13.外環(huán)；14.管道。

2.2 基于電渦流測(cè)功機(jī)的負(fù)荷拖車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的基于電渦流測(cè)功機(jī)的負(fù)荷車系統(tǒng)主要由以下幾大系統(tǒng)組成[4]：牽引裝置、底盤車、發(fā)電機(jī)、車廂、加載傳動(dòng)系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、液壓絞盤系統(tǒng)、測(cè)功機(jī)、儀器控制柜、測(cè)控系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成，負(fù)荷車組成圖如圖2所示。

1）底盤車

底盤車作為整套設(shè)備的載體，是最重要的承載設(shè)備。其用途是將被試車的輸出功率有效地傳送至測(cè)功機(jī)，并通過車輪輸出制動(dòng)力。選用全輪驅(qū)動(dòng)汽車底盤，從而增大底盤車的附著總重量，進(jìn)而使負(fù)荷車最大制動(dòng)能力達(dá)最大。除此之外，選擇底盤車時(shí)還要充分考慮到底盤車應(yīng)具有服役年限和一定的代表性，并且有較好的測(cè)試工作環(huán)境，并兼重、中、輕型汽車牽引性能的測(cè)試要求。

經(jīng)過反復(fù)論證，選用某型特種越野汽車作為底盤車最為合適。

2）加載傳動(dòng)系統(tǒng)

加載傳動(dòng)系統(tǒng)由取力器、傳動(dòng)軸和傳動(dòng)變速箱等傳動(dòng)部件組成，其工作流程框圖如圖3所示。

在底盤分動(dòng)器上進(jìn)行全功率取力并傳遞給電渦流測(cè)功機(jī)，根據(jù)電渦流測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性進(jìn)行合理匹配，使負(fù)荷車的負(fù)荷特性符合測(cè)試的要求。加載傳動(dòng)系統(tǒng)的布置主要考慮空間的布置以及力的傳動(dòng)性，文章的設(shè)計(jì)傳動(dòng)功率為200 kW，最大傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩為12000 N·m。

3）吸功系統(tǒng)

作為負(fù)荷車的核心系統(tǒng)的吸功系統(tǒng)，主要是電渦流測(cè)功機(jī)。測(cè)功機(jī)通過傳動(dòng)軸與加載傳動(dòng)系統(tǒng)相連；使用加載控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)被試牽引車的精確控制和無級(jí)調(diào)節(jié)的不同負(fù)荷加載。控制系統(tǒng)通過改變勵(lì)磁電流的大小，測(cè)量電渦流測(cè)功機(jī)對(duì)被試車施加負(fù)荷大小。電渦流測(cè)功機(jī)在試驗(yàn)過程中將被試車的功率轉(zhuǎn)化成等值發(fā)熱量，由冷卻水帶走。

4）控制系統(tǒng)

負(fù)荷車制動(dòng)力大小的調(diào)節(jié)是通過負(fù)荷控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，是保證負(fù)荷車系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)。該測(cè)試系統(tǒng)與控制系統(tǒng)用一套傳感器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量和負(fù)荷車的加載控制功能。性能的好與壞，是評(píng)價(jià)一輛車的最好標(biāo)簽，加載控制系統(tǒng)是用以控制測(cè)功機(jī)加載性能尤為重要的系統(tǒng)，其主要功能是可單獨(dú)或在上位機(jī)的指令下對(duì)測(cè)功機(jī)實(shí)施高精度控制，具有恒牽引力（恒負(fù)荷）、恒車速的控制模式，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的要求。

5）測(cè)量系統(tǒng)

負(fù)荷車測(cè)量系統(tǒng)由五部分組成：傳感器、信號(hào)隔離、放大、采集及分析處理。其主要作用是采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)參數(shù)，經(jīng)過后臺(tái)分析處理后實(shí)施顯示在顯示屏上；試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于主控計(jì)算機(jī)，方便后期的研究和生成報(bào)表；提供閉環(huán)控制反饋信號(hào)，并傳送給測(cè)功機(jī)控制儀，完成對(duì)負(fù)荷車的閉環(huán)控制；提供優(yōu)良的人機(jī)界面，并將一些復(fù)雜的操作轉(zhuǎn)化到計(jì)算機(jī)屏幕上，方便快捷并共同完成操作。

2.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模塊，搭建了實(shí)車系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備見表1。

以某型特種越野汽車為牽引車。試驗(yàn)時(shí)，牽引車分動(dòng)器掛低檔，變速器掛C檔，全車各差速鎖為非鎖止?fàn)顟B(tài)。負(fù)荷車分動(dòng)器分別掛低檔、高檔試驗(yàn)時(shí)，觀察測(cè)功機(jī)加載電流最大值。試驗(yàn)采用手動(dòng)開環(huán)加載方式，在車輛熄火或車輪打滑時(shí)終止試驗(yàn)。

圖4為試驗(yàn)時(shí)負(fù)荷車加載過程中的部分輪胎印痕。可以看出來負(fù)荷車加載印痕分布均勻，表明負(fù)荷車在低速和較大制動(dòng)力時(shí)具有穩(wěn)定的加載性能。由于被試車3橋驅(qū)動(dòng)輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)而終止試驗(yàn)，故最大制動(dòng)能力僅為130.6 kN。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

最終，負(fù)荷車制動(dòng)力特性試驗(yàn)曲線如圖5所示。

3 結(jié)語(yǔ)

文章對(duì)基于電渦流測(cè)功機(jī)的負(fù)荷車進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足試驗(yàn)性能要求，對(duì)地面車輛的研制、開發(fā)及性能評(píng)價(jià)有一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 12537-1990 汽車牽引性能試驗(yàn)方法[S].

[2] QC/T 900-1997 汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法[S].

[3] V.Wasynczuk，L.G.Landes.Mobile dynamometer and absorption trailer for military vehicles[J].SAE Technical Paper Series，871600.

[4] 軍用汽車試驗(yàn)負(fù)荷拖車研制總結(jié)[R].軍事交通學(xué)院，2006.11.