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

摘 要：為了對車輛的動力性能、牽引性能以及地面通過性能等性能進(jìn)行研究與評價，該文進(jìn)行了基于電渦流測功機(jī)的負(fù)荷拖車的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過實車應(yīng)用和試驗測試表明該結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足需求，對于地面車輛的研制、開發(fā)及性能評價有極其重要的作用。

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

中圖分類號：TK421.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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力性能的重要道路試驗設(shè)備[1-2]，是開展車輛牽引性能研究和試驗的必要方式，對地面車輛的研制、開發(fā)以及性能評價有著極其重要的作用。目前，根據(jù)有差別的測試要求，來研制各種不同類型、不同負(fù)荷等級負(fù)荷車的研究單位和生產(chǎn)部門，世界少有。

1 負(fù)荷車簡述

負(fù)荷車（Mobile Dynamometer Vehicle）亦稱測功車，是一種車輛道路試驗設(shè)備，它主要由三部分組成：動力吸收裝置（又稱為測功機(jī)）、加載控制系統(tǒng)、試驗參數(shù)測量及數(shù)據(jù)采集分析處理系統(tǒng)。試驗時，負(fù)荷試驗系統(tǒng)由測試車與被試驗車輛組成，由被試驗車輛牽引前進(jìn)，通過對被試驗車輛實施精細(xì)調(diào)節(jié)且穩(wěn)定的任意負(fù)荷，來測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)用于測試被試驗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)動力性能；也可用于在水平道路上模擬爬坡試驗、模擬在非水平道路的耐久性行駛試驗；還可在水平道路上模擬特定山路耐久性行駛試驗[3]。

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

2.1 電渦流測功機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

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

給與轉(zhuǎn)子同軸裝配的勵磁線圈通以直流電時，會產(chǎn)生磁通，其經(jīng)過點數(shù)提、渦流環(huán)、氣隙和轉(zhuǎn)子形成一個閉合回路。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)表面上任意一點的磁場產(chǎn)生交變變化，從而感應(yīng)出“渦流”。由于“渦流”和磁場的耦合作用，轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生相應(yīng)的制動力矩，而在電樞體上則產(chǎn)生與拖動力矩相同的力矩，并經(jīng)過裝在電樞體上的力傳感器而檢測出來。動力機(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.勵磁線圈；5.冷卻器；6.氣隙；7.出水管道；8.油杯；9.測速齒輪；10.軸承座；11.進(jìn)水管道；12.支撐環(huán)；13.外環(huán)；14.管道。

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

所設(shè)計的基于電渦流測功機(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、加載傳動系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、液壓絞盤系統(tǒng)、測功機(jī)、儀器控制柜、測控系統(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功機(jī)，并通過車輪輸出制動力。選用全輪驅(qū)動汽車底盤，從而增大底盤車的附著總重量，進(jìn)而使負(fù)荷車最大制動能力達(dá)最大。除此之外，選擇底盤車時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，并且有較好的測試工作環(huán)境，并兼重、中、輕型汽車牽引性能的測試要求。

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）加載傳動系統(tǒng)

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

在底盤分動器上進(jìn)行全功率取力并傳遞給電渦流測功機(jī)，根據(jù)電渦流測功機(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)荷特性符合測試的要求。加載傳動系統(tǒng)的布置主要考慮空間的布置以及力的傳動性，文章的設(shè)計傳動功率為200 kW，最大傳動轉(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)，主要是電渦流測功機(jī)。測功機(jī)通過傳動軸與加載傳動系統(tǒng)相連；使用加載控制系統(tǒng)實現(xiàn)對被試牽引車的精確控制和無級調(diào)節(jié)的不同負(fù)荷加載?？刂葡到y(tǒng)通過改變勵磁電流的大小，測量電渦流測功機(jī)對被試車施加負(fù)荷大小。電渦流測功機(jī)在試驗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)荷車制動力大小的調(diào)節(jié)是通過負(fù)荷控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，是保證負(fù)荷車系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要環(huán)節(jié)。該測試系統(tǒng)與控制系統(tǒng)用一套傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)測量和負(fù)荷車的加載控制功能。性能的好與壞，是評價一輛車的最好標(biāo)簽，加載控制系統(tǒng)是用以控制測功機(jī)加載性能尤為重要的系統(tǒng)，其主要功能是可單獨或在上位機(jī)的指令下對測功機(jī)實施高精度控制，具有恒牽引力（恒負(fù)荷）、恒車速的控制模式，實現(xiàn)實驗的要求。

5）測量系統(tǒng)

負(fù)荷車測量系統(tǒng)由五部分組成：傳感器、信號隔離、放大、采集及分析處理。其主要作用是采集試驗數(shù)據(jù)、監(jiān)測參數(shù)，經(jīng)過后臺分析處理后實施顯示在顯示屏上；試驗數(shù)據(jù)存儲于主控計算機(jī)，方便后期的研究和生成報表；提供閉環(huán)控制反饋信號，并傳送給測功機(jī)控制儀，完成對負(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)化到計算機(jī)屏幕上，方便快捷并共同完成操作。

2.3 實驗驗證

根據(jù)設(shè)計的結(jié)構(gòu)模塊，搭建了實車系統(tǒng)，并進(jìn)行了實驗，實驗主要設(shè)備見表1。

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

圖4為試驗時負(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力時具有穩(wěn)定的加載性能。由于被試車3橋驅(qū)動輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)而終止試驗，故最大制動能力僅為130.6 kN。

2.4 實驗結(jié)果

最終，負(fù)荷車制動力特性試驗曲線如圖5所示。

3 結(jié)語

文章對基于電渦流測功機(jī)的負(fù)荷車進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)過實驗驗證表明，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足試驗性能要求，對地面車輛的研制、開發(fā)及性能評價有一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 12537-1990 汽車牽引性能試驗方法[S].

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

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

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