基于CRUISE防爆礦用車動力總成性能分析

梁志武

摘 要：動力性和燃油經濟性是評價防爆礦用車的重要指標，也是產品設計、開發過程中應該重點考慮的因素。本文針對某款防爆礦用車的動力性、經濟性，利用AVL-CRUISE軟件，建立防爆礦用車動力的傳動系統模型，對其動力性能和燃油經濟性進行仿真分析。通過整車試驗試驗，驗證AVL-CRUISE軟件仿真計算結果。

關鍵詞：防爆礦用車;防爆柴油機;燃油經濟性;CRUISE;最大爬坡度

0 引言

隨著煤礦機械化開采，井下防爆礦用車有效、機動的特點，提高了煤礦井下人員和錨桿、配件等中小型物資的運輸效率，提升了井下運輸能力，最大限度配合了機械化開采速度，井下防爆礦用車得到了大批量使用。影響開采速度和運行成本的動力性和燃油經濟性兩個重要因素，同樣作為衡量防爆礦用車重要性能指標，其地位更加凸顯。因此對防爆礦用車動力性、燃油經濟性的分析、優化至關重要。

本文利用AVL-CRUISE軟件建立整車仿真模型，分析、研究現用防爆礦用車的動力傳動系統的匹配及動力性能、經濟性能，并通過整車試驗試驗對比，來驗證某款防爆礦用車的設計。

1 動力性和經濟性理論計算

1.1 整車性能參數

防爆礦用車作為煤礦井下運輸設備，為滿足《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》（MT/T989-2006）要求，對發動機裝置、制動器等進行了相應的改造，增加了廢氣處理箱、補水箱、中央制動器的部件，其整車性能參數進行了重新選型匹配。表1為某款防爆礦用車的整車參數。

1.2 動力傳動系統主要零部件性能參數

防爆礦用車動力傳動系統主要由防爆柴油機、離合器、變速箱、中央制動器、驅動橋、濕式制動器等部件組成，其主要性能參數如表2。

1.3 動力性能理論計算

防爆礦用車的動力性能主要由最高車速、最大爬坡度兩個參數來評價。

（1）最高車速。防爆礦用車運行在煤礦井下平整硬化的水泥路面，驅動力和行駛阻力達到平衡時，即加速度為0，坡度也為0，柴油機全油門，由動力學公式得最高車速：

式中：Umax為最高車速，Cd為空氣阻力系數，A為迎風面積，Me為柴油機額定扭矩，ig為變速箱各擋位速比，i0為主減速比，G為整車滿載質量，f為滾動阻力系數，ηT為總機械傳動效率。

（2）最大爬坡度。防爆礦用車用于煤礦井下復雜路面，部分巷道尤其采掘面附近多為未硬化路面，且隨著煤礦開采的深入，巷道的坡度增加，因此整車的最大爬坡能力對防爆礦用車的長期服役影響較大。最大爬坡度的計算如下：

（3）經濟性。隨著防爆礦用車的大量應用，其運行費用也占到一定比例，受到各使用方的關注。燃油最高消耗量與柴油機功率有關，可利用汽車等速功率平衡方程求解得到。

2 整車仿真模型的建立

利用CRUISE軟件提供的車身、發動機、變速箱、離合器、輪胎等組件模塊，匹配表1、表2的相關數據參數，搭建整車仿真模塊結構示意圖如圖1。

3 仿真結果

經過CRUISE軟件對某款防爆礦用車進行動力總成性能仿真，得表3計算結果。

同時考慮到煤礦井下路面、彎道、坡度、視線等影響，大部分時間運行在20 km～30 km之間，綜合動力性能分析，防爆礦用車綜合油耗為15.48 L/100 km。

4 整車試驗驗證

為了有效驗證CRUISE軟件，對此款防爆礦用車進行了整車性能試驗，測定最高車速、等速工況油耗，并現場測定最大爬坡度，數據如表4。

5 總結

（1）基于CRUISE軟件，實現防爆礦用車建模、仿真計算，將其計算結果與整車試驗數值對比，數據基本一致。

（2）仿真分析對設計能起到正向指導的作用，當仿真輸入參數與實驗參數符合時，仿真模擬的精確度可達到93%以上。

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