拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

邱韶峰黃杰宋濤李曉

拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

邱韶峰黃杰宋濤李曉

拖拉機(jī)傳動(dòng)系（變速箱及后橋）總裝完成后的磨合及檢驗(yàn)，是整機(jī)質(zhì)量控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決一些用戶日后使用中可能發(fā)生的質(zhì)量問題，節(jié)約維修成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)信譽(yù)。加載試驗(yàn)臺(tái)可以很好地模擬拖拉機(jī)的使用工況，縮短磨合時(shí)間并發(fā)現(xiàn)一些空載試驗(yàn)檢查不出來的質(zhì)量問題，近年來部分生產(chǎn)企業(yè)及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)已開始用加載試驗(yàn)臺(tái)對(duì)拖拉機(jī)傳動(dòng)系進(jìn)行加載磨合及檢驗(yàn)，因此設(shè)計(jì)開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、適用、高效的拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)有重要的意義。

1.方案的比較與選擇

（1）開放式與封閉式方案比較

開放式試驗(yàn)臺(tái)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，缺點(diǎn)是能耗大，系統(tǒng)輸入的能量全被加載裝置消耗掉，不宜進(jìn)行大功率、長時(shí)間的試驗(yàn)，因此拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)大多采用了封閉式方案。

（2）機(jī)械封閉與電封閉方案比較

機(jī)械封閉試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)被試拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，然后用陪試齒輪箱將動(dòng)力又接回到電機(jī)驅(qū)動(dòng)端。扭矩的加載原理是通過對(duì)轉(zhuǎn)速高、扭矩小的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形來加載的。機(jī)械封閉試驗(yàn)臺(tái)較電封閉試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通用性差、載荷不易調(diào)整且控制精度低，機(jī)械封閉試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)在已很少使用，因此選用電封閉試驗(yàn)臺(tái)方案。

（3）交流電機(jī)方案與直流電機(jī)方案比較

首先交流電機(jī)比直流電機(jī)體積小、價(jià)格低、維護(hù)保養(yǎng)簡單。其次交流電比直流電易于處理及回饋驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。交流加載電機(jī)產(chǎn)生的交流電通過變頻器可直接轉(zhuǎn)換成設(shè)定的電壓及頻率，供交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用。而直流加載電機(jī)產(chǎn)生的直流電則首先要經(jīng)過第一個(gè)變頻器逆變成交流，再經(jīng)過第二個(gè)變頻器整流成所需要電壓的直流供驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)使用。因此電封閉加載試驗(yàn)臺(tái)普遍選用交流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及加載，這樣設(shè)備少，成本低。

通過以上比較，1臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，2臺(tái)交流電機(jī)加載，每個(gè)電機(jī)各用一臺(tái)變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或加載，3臺(tái)變頻器直流共母線，即“交流發(fā)電、直流共母線能量回饋”的電封閉方案具有能量利用率高、投資少、通用性好、使用方便等特點(diǎn)，是拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)的最佳方案。

2.試驗(yàn)臺(tái)的組成及工作原理

（1）試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)主要由整流器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、加載電機(jī)、變頻器、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。

（2）系統(tǒng)工作原理

交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，動(dòng)力經(jīng)拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)一系列齒輪、差速器減速升扭后由左、右半軸輸出到升速變速箱，經(jīng)升速箱升速降扭后分別驅(qū)動(dòng)2臺(tái)加載交流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，加載交流電機(jī)又將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。2臺(tái)加載交流電機(jī)所發(fā)交流電，分別經(jīng)各自的變頻器整流成直流電回饋到與驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)變頻器前的直流共用母線上，實(shí)現(xiàn)電能的回饋。

2臺(tái)加載交流電機(jī)施加在拖拉機(jī)左、右半軸上的載荷/扭矩是由加載交流電機(jī)的勵(lì)磁電流決定的，大小可以通過調(diào)整勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)，能通過計(jì)算機(jī)操作控制系統(tǒng)的界面來分別設(shè)定。

3.電機(jī)、扭矩傳感器的選擇及參數(shù)的確定

（1）驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)

驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)選用三相變頻調(diào)速電機(jī)，電機(jī)極數(shù)可選4極，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，其最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，大于拖拉機(jī)所配發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)額定功率應(yīng)略大于最大試驗(yàn)拖拉機(jī)的標(biāo)定功率；若試驗(yàn)臺(tái)只進(jìn)行加載磨合試驗(yàn)，則驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)額定功率只需取最大試驗(yàn)拖拉機(jī)標(biāo)定功率的1/3即可。

（2）加載交流電機(jī)

由于拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)減速比非常大，半軸的輸出轉(zhuǎn)速很低，扭矩很大，所以在加載電機(jī)之前還要采用齒輪升速箱對(duì)動(dòng)力進(jìn)行升速降扭。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用額定轉(zhuǎn)速較低的三相變頻調(diào)速電機(jī)，以降低升速箱的傳動(dòng)比。如選用電機(jī)極數(shù)為10或12的電機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速分別為600r/min和500 r/min。加載交流電機(jī)的額定功率應(yīng)略大于驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)額定功率的1/2。

（3）扭矩傳感器2、3安裝位置及量程的確定

如進(jìn)行傳動(dòng)效率測(cè)試，則扭矩傳感器2、3必須安裝在拖拉機(jī)半軸與升速變速箱之間；若只進(jìn)行加載磨合和傳動(dòng)系可靠性試驗(yàn)，則扭矩傳感器2、3可安裝在升速變速箱與加載直流電機(jī)之間，這樣可以通過降低扭矩傳感器量程來降低成本。

受到拖拉機(jī)最大使用質(zhì)量、地面附著系數(shù)及各擋位速度的制約，拖拉機(jī)不同擋位所能發(fā)揮的最大牽引功率相差較大。一般拖拉機(jī)在理論速度（8～10）km/h的擋位，發(fā)揮最大牽引功率（可達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率的80%左右）；而在最低擋（特別是有爬行擋時(shí)），拖拉機(jī)發(fā)揮不出最大牽引功率（只能達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率的10%左右）。因此扭矩傳感器2、3量程的確定不能按驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)額定功率的1/2及最低擋時(shí)扭矩傳感器的轉(zhuǎn)速計(jì)算確定，應(yīng)按拖拉機(jī)的最大牽引力為基準(zhǔn)來計(jì)算扭矩傳感器的量程。

4.拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)的應(yīng)用

傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)用于拖拉機(jī)出廠磨合，一是能及時(shí)發(fā)現(xiàn)部分零部件（如箱體、軸承和齒輪）制造及裝配質(zhì)量問題。二是能有效地提高變速箱的清潔度，從而延長零部件壽命，減少液壓系統(tǒng)故障。加載試驗(yàn)臺(tái)已成為拖拉機(jī)整機(jī)出廠質(zhì)量控制的重要手段。

加載試驗(yàn)臺(tái)能有效模擬拖拉機(jī)的使用工況，用于拖拉機(jī)可靠性考核，能加快可靠性試驗(yàn)進(jìn)度，縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，節(jié)約試驗(yàn)成本，解決了試驗(yàn)田不足、試驗(yàn)周期長、人力物力耗費(fèi)大等長期困擾檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)的可靠性試驗(yàn)難題。拖拉機(jī)傳動(dòng)系加載試驗(yàn)臺(tái)的推廣應(yīng)用對(duì)于提升拖拉機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、加快拖拉機(jī)新產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度將起到重要的推動(dòng)作用。