基于底盘测功机的工程装备损耗功率测试研究.pdf

WOODWORKING MACHINERY工艺与装备Technology and Equipment基于底盘测功机的工程装备损耗功率测试研究基于底盘测功机的工程装备损耗功率测试研究Research on engineering equipment loss power test based on chassis dynamometer何家林（金肯职业技术学院，江苏 南京 211156）摘要：文章运用轮式工程装备底盘测功机对装备动力性能进行检测，通过测试装备的底盘输出功率、底盘传动系统损耗功率、测功机台架损耗功率和轮胎滚动阻力损耗功率，研究工程装备的损耗功率，改变了工程装备等重型车辆整车动力性能检测的现状，为综合评价工程装备底盘传动系统的性能提供依据。关键词：工程装备；底盘测功机；损耗功率；测试中图分类号：U467文献标识码：A文章编号：1005-1937（2023）03-032-04Abstract：This paper uses the chassis dynamometer of wheeled engineering equipment to test the power performance of equipment，and studies the power loss of engineering equipment by testing the chassis output power，chassis transmission system loss power，dynamometer bench loss power and tire rolling resistance loss power of the equipment，which changes the status quo of the dynamic performance testing of heavy vehicles such as engineering equipment，and provides a basis for the comprehensive evaluation of theperformance of the chassis transmission system of engineering equipment.Key words：engineering equipment；chassis dynamometer；loss of power；test近年来，随着工程装备的快速发展，准确、高效地测试损耗功率需求日益增多。损耗功率测试在评估工程装备性能和能源效率，以及发现潜在改进领域等方面起着至关重要的作用。底盘测功机也称为滚动台或辊筒试验台，是汽车行业常用的一种测试设备，用于测量车辆的功率输出和性能。它由一组辊筒组成，通过模拟道路条件，使车辆在受控和可重复的条件下进行测试。本文研究使用底盘测功机进行工程装备损耗功率测试的可行性和有效性，有助于提高工程装备的能源效率和性能优化，为综合评价工程装备底盘传动系统的性能提供依据。1装备相关参数1.1被检装备与测功机台体运用底盘测功机对某型轮式工程装备的各挡最高行驶速度进行检测，装备与测功台体参数如表1所示。1.2装备各挡行驶最高时速检测查询装备参数，获得装备的各挡行驶速度如表2。表表1 1被检装备与测功机台体参数被检装备与测功机台体参数车身质量/kg17850发动机功率/kW168测功机变速箱传动比1 5电力测功机2台75 kW异步电机表表2 2被检装备各挡行驶速度范围被检装备各挡行驶速度范围挡位行驶速度/（km/h）1挡072挡0143挡0304挡050装备各挡行驶速度检测：装备驶入测功机平台后，装备车轮转动带动滚筒与测功机运转，交流电力测功机不加载，滚筒通过测功机传动系统带动电机运转发电，将机械能转化为电能；转速转矩传感器记录滚筒的转速、转角加速度以及转矩值，通过RS232接口传输至工控机，工控机根据滚筒直径等物理量，将滚筒转速、转角加速度以及转矩值换算为装备行驶速度、加速度和车轮驱动力矩，并且将获得的装备行驶速度通过LED显示屏显示。运用此方法对该型装备大修前后各挡最高时速进行检测，判断其修理后行驶速度是否提高，检测数据如作者简介：何家林（1981），男，硕士，副教授，主要从事机械设计与制造研究。32木工机床2023No.3Technology and Equipment工艺与装备图1所示。010203040506012345PQF(km/h)图图1 1装备大修前后各挡行驶最高时速检测装备大修前后各挡行驶最高时速检测如图 1所示被检装备大修前与大修后的装备各挡最高行驶时速，其中5为闭锁挡，修理后的最高行驶速度明显高于修理前，另外还可以利用测功平台上的转速传感器对装备速度表进行校验。1.3装备动力传递路线轮式工程装备的底盘传动系统由柴油发动机、液力变矩器、变速箱、万向节、传动轴、驱动桥中的主减速器、差速器和半轴等组成。传动系统将柴油发动机产生的动力传输到驱动轮上，实现装备的动力输出。轮式工程装备底盘测功机测试驱动轮输出功率时，动力从装备传动系开始传递，经过驱动轮、滚筒和齿轮变速箱，最终传递到交流电力测功电机。这个过程中，通过测量电机的输入功率和输出功率，可以确定驱动轮的输出功率。轮式工程装备在底盘测功机上进行功率检测试验时，有效功率是指发动机经过液力变矩器输出的功率。这个有效功率是通过减去传动系统中的传输损失功率得到的，传输损失功率包括液力变矩器、变速箱、万向节、传动轴、驱动桥中的主减速器、差速器和半轴的能量损失。输出的有效功率Pe=Pt+Pm+Pf+Ps+Ph式中，Pt装备传动系统损耗功率；Pm轮胎与滚筒摩擦中损耗功率；Pf底盘测功机损耗功率；Ph驱动轮打滑损失功率；Ps测功机传感器显示功率。本文利用底盘测功机对某型轮式工程装备进行底盘动力性能测试，重点研究三个损耗测试项目。首先对底盘测功机自身损耗功率进行测试，评估测功机在测试过程中所消耗的功率，然后对装备底盘传动系统损耗功率进行测试，了解传动系统在传递发动机输出功率时所损耗的功率。最后对轮胎滚动阻力损耗功率测试，研究轮胎在运行过程中所消耗的功率。通过这些测试项目的研究，可以全面了解装备底盘的动力性能，为性能改进和优化提供参考依据。2测功机损耗功率测试传统方法中，测功机损耗功率的测试是通过测量不同滚筒转速下连接滚筒轴的转矩进行的。通过设定不同的转速并测量相应的转矩，可以计算出测功机的空载损耗功率，如图2所示。根据测试数据，可以观察到在不同转速下，测功机的损耗功率随着滚筒转速的增加而增大。需要注意的是，滚筒连接轴与传感器之间只有支承滚筒轴的轴承会消耗一部分功率，而这部分消耗功率非常小，远远小于装备底盘的输出功率。在实际测量底盘损耗过程中，装备的质量增加会导致施加在测功机滚筒上的压力和摩擦力的变化，进而影响底盘的损耗功率。为了准确反映装备底盘的损耗功率，必须消除不同重量装备对测功机压力的影响。因此，本文提出了一种模拟底盘测量方法，通过制作一个通用型挂车来实现。05010015020025000.20.40.60.81%1EF/(r/min)#0E6/kW图图2 2测功机空载损耗功率测试测功机空载损耗功率测试根据不同型号装备的质量在台架上增加不同质量的重物，按照重心与装备重心一致的原则增加重物，通过测功机反拖与被测装备等质量的挂车底盘来检测实际反拖装备过程中测功机自身损耗的功率。在挂车上分别放置3吨和5吨的重物，保证其重心位置不变，对模拟底盘进行反拖，测功电机相当于作电动机，反拖模拟装备底盘的挂车，测量反拖装备底盘损耗功率。在滚筒转速不同的情况下测功机损耗功率如图3所示。由图3可知，在模拟底盘上放置不同质量的重物进行反拖时，测功机33WOODWORKING MACHINERY工艺与装备Technology and Equipment的损耗功率也会发生变化。特别是当重物的质量较大时，底盘测功机的损耗功率也会增加。此外，随着滚筒转速的增加，测功机的损耗功率也会增大。05010015020025000.511.522.53%1EF/(r/min)#)6/kW 5t3t图图3 3测功机反拖不同质量的挂车消耗功率测功机反拖不同质量的挂车消耗功率基于这一原理，我们可以进行如下实验：将与被测装备相同质量的重物放置在挂车上，并保持重心位置与装备的重心位置基本一致。然后使用测功机对附加挂车进行反拖，即测量重物对底盘测功机造成的功率损耗。实验数据如图4所示。0501001502002500123456%1EF/(r/min)#)6/kW图图4 4测功机反拖与被测装备同质量的挂车消耗功率测功机反拖与被测装备同质量的挂车消耗功率3底盘损耗功率测试液力变矩器、变速箱、传动轴和轮边减速器等传动系统在传递发动机输出功率的过程中会消耗大量的功率。装备底盘传动系统的损耗功率在整个发动机输出功率中占据了相当大的比例。为了测量装备底盘的损耗功率，在指定转速条件下，可以通过使用测功机对装备进行反拖的方法进行测量。装备底盘损耗功率的测试可以反映出装备传动系统的状况。通过对同一台装备在修理前和修理后进行底盘反拖试验，可以得到如图5所示的测量结果。根据试验结果如图5可以看出，不论是修理前还是修理后，测功机反拖装备损耗功率都是随着滚筒的转速即装备的行驶速度不断增大；但是与修理05010015020025005101520253035%1EF/(r/min)6/kW（a）大修前05010015020025005101520253035%1EF/(r/min)6/kW（b）大修后图图5 5大修前后测功机反拖装备底盘功率损耗大修前后测功机反拖装备底盘功率损耗前相比，修理后的反拖装备测功机消耗功率要小一些，所以被测装备在经过底盘传动系统大修后其损耗功率有所降低。实际上，通过测功机反拖装备获得的功率损耗数据并不完全反映装备底盘传动系统的自身损耗。这是因为测功机反拖装备时，除了底盘传动系统的损耗外，它还包括了测功机自身的功率损耗，由于装备质量较大，对测功机滚筒的压力与摩擦力也较大，测功机自身损耗功率也较大，因此不能忽略测功机损耗功率。因此装备底盘损耗功率为测功机反拖装备消耗功率减去装备自身重量相同的重物对底盘测功机造成的损耗功率。在装备修理过程中，可以通过对大修前和大修后的装备进行底盘反拖试验，根据所获得的装备底盘损耗功率来判断装备底盘的修理状况，判断修理是否达到大修竣工标准；还可以对出厂的装备进行反拖试验，评价其底盘传动系统是否达到既定的生34木工机床2023No.3Technology and Equipment工艺与装备产标准。4轮胎滚动阻力损耗功率测试工程装备轮胎与测功机滚筒摩擦中损耗功率Pm=Frv3600式中，v为装备行驶速度，Fr为轮胎滚动阻力，Fr=2KpWvr+R4(R+r)2-L2式中K，为系数，p为轮胎气压，W为轴载荷，R轮胎半径，r为测功机滚筒半径。利用测功机反拖装备，对装备半轴拆下进行滚动阻力测试，将测试系数录入测功机控制系统，当轮胎气压为450 kPa时，将前后轮损耗功率相加为总滚动阻力损耗，不同转速下的装备车轮与测功机滚筒摩擦阻力损耗见表3。表表3 3装备车轮与测功机滚筒阻力损耗装备车轮与测功机滚筒阻力损耗装备速度/（km/h）损耗功率/kW53.4106.7159.82013.52516.83020.23523.54026.95结语利用底盘测功机进行工程装备损耗功率测试具有几个优点：1）提供了一个受控的测试环境，消除了可能影响结果准确性的外部因素；2）可以进行重复测试，确保数据的一致性和可靠性；3）提供了一个实用和高效的测试解决方案。本研究的结果将有助于提高工程装备的能源效率和性能优化，最终惠及使用这些装备的各个行业。参考文献：1 李波.基于底盘测功机的整车驾驶性客观测试与评价方法研究D/OL.合肥：合肥工业大学，2023（5）2023-04-23.https：/ 张尚浩，张晓瑞，徐立友，闫祥海.基 于虚拟样机的交流底盘测功机系统研究J.现代制造工程.2022（9）：123-131.3 周腊吾，郭浩，赵晗，马勉卓.测功机系统的研究综述J.电机与控制应用.2020（12）：1-9.4 孙国轩，孟亚鹏，杨万安.底盘测功机模拟行驶阻力的影响因素研究：2020 中国汽车工程学会年会论文集（4）C/OL.（2020-10-27）2023-04-23.https：/ 段正淳.光机电一体化技术手册M.北京：机械工业出版社，2010.2 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2016.3 李豫龙，曹旺，等.斜盘式恒压变量柱塞泵动态特性研究J.科技创新与应用，2023（15）：56-60.（收稿日期：2023.08.21）（上接第11页）35