Универсальный стенд для испытаний систем электропривода транспортных машин с мотор-колёсами

Разработка и создание транспортных машин с электроприводом связаны со значительным комплексом научно-исследовательских работ, необходимую часть которых составляют стендовые испытания. Стендовые испытания позволяют создать достаточно стабильные условия эксперимента и увеличить число исследуемых параметров, отрегулировать входные и выходные параметры электрических узлов, более детально исследовать переходные процессы и т.д. Проведение стендовых испытаний системы электропривода с мотор-колёсами, охватывающих возможно более широкий круг режимов её работы, максимально приближенных к реальным эксплуатационным режимам, позволяет уверенно проводить и дорожные испытания транспортных машин, которые представляются в данном случае завершающим, итоговым этапом широких стендовых испытаний.

При стендовых испытаниях систем электропривода транспортных машин с мотор-колёсами можно выделить следующие группы вопросов: испытания двигатель-генераторов, мотор-колёс, систем управления и испытания вбей системы в целом в основных эксплуатационных режимах работы транспортной машины. Основными режимами при стендовых испытаниях электропривода с точки зрения оценки работоспособности системы в целом и ее агрегатов являются пуско-тормозные режимы подвижного состава с различным весом, приходящимся на ведущую ось, движение с различной установившейся скоростью на прямолинейном участке пути и при повороте с учетом сопротивления движению машины, характерного для заданных условий движения (дорога, уклоны) и самой машины (коэффициент обтекаемости, колесная формула и т.д.) и некоторые характерные режимы работы автомобилей с электроприводом, влияющие на работу системы электропривода (например, буксование одного из колес, юз и т.д.). Специфика переходных режимов работы индивидуального привода мотор-колеса требует также исследования взаимодействия мотор-колеса или группы мотор-колес между собой и системой управления.

Универсальный стенд НАМИ для испытаний систем электропривода автомобилей и автопоездов с электромотор-колёсами (рис. 1.27) представляет собой электромеханический комплекс нагрузочных систем, позволяющий выполнять весь перечисленный круг исследований как отдельных элементов электропривода переменного или постоянного тока, так и всей системы в целом.

Рис. 1.27. Общий вид универсального стенда НАМИ для испытаний систем электропривода автомобилей и автопоездов с мотор-колёсами

На стенде могут испытываться системы электропривода с мотор-колесами с шинами практически всех размеров, определяемых ГОСТом. Кинематическая схема стенда приведена на рисунке 1.28.

Рис.1.28. Кинематическая схема универсального стенда

Электромотор-колёса 1 системы электропривода транспортной машины; установленные на опорах 2, через зубчатую муфту 3 и моментные измерительные узлы 4 связаны с центральным редуктором стенда 5. Крутящий момент со ступиц мотор-колёс через полуоси центрального редуктора передается на маховую установку 6, соединенную с нагрузочными машинами 7, 8, 9, через раздаточный редактор 10 и цилиндрическую пару 11. Кроме того, момент передается на узел динамической балансировки 12, представляющей собой маховик с переменным моментом инерция. Он служит для выравнивания моментов инерции вращающихся частей стенда, связанных со ступицами правого и левого мотор- колёс, что обеспечивает при пусковых режимах равную скорость вращения обоих мотор-колёс и тем самим имитацию прямолинейного движения транспортной машины при пуске. Момент инерции изменяется навеской дополнительных грузов (грубая регулировка) и грузами, раздвигаемыми при помощи специального разжимного винта (точная регулировка). Для измерения момента инерции на ступицах мотор-колёс коронная шестерня планетарной передачи моментного измерительного узла рычагом суппорта тормозных колодок подсоединена к станине через упругий шарнир со сменными тензодатчиками. Для создания радиальной нагрузки на мотор-колесо стенд оборудован нажимным устройством 13. Изменение величины нажатия на шину мотор-колеса при неустановившихся режимах движения или при имитации системы подвешивания предусматривается за счет задания с помощью автоматизированной системы гидропривода определенного закона изменения этого нажатия. Число оборотов мотор-колёс измеряется тахогенераторами, установленными на центральном редукторе.

Нагрузочные системы стенда с нагрузочными машинами 7, 8, 9, работающие в генераторном режиме, состоят из трех систем Г-Д. Воспроизведение нагрузок, обусловленных сопротивлением движению автомобиля, обеспечивается на стенде системами Г-Д, создающими на ступицах мотор-колёс момент сопротивления, необходимый для имитации указанных нагрузок. Точность воспроизведения нагрузок при испытании системы электропривода составляет от 3 до 8% в зависимости от диаметра шины мотор-колеса, вертикальной нагрузки и имитируемых режимов.

В качестве регулирующего элемента системы возбуждения нагрузочного генератора применяется функциональный преобразователь - магнитно-тиристорный усилитель. Нагрузкой магнитно-тиристорного усилителя является обмотка возбуждения генератора, имеющая значительную индуктивность. Это позволило применить одну из упрощенных схем тиристорного усилителя (рис. 1.29).

Рис. 1.29. Электрическая схема нагрузочной системы

Величина тока возбуждения генератора зависит от угла включения тиристора, которое осуществляется магнитным усилителем с внутренней обратной связью. Ток генератора в схеме измеряется при помощи трансформатора постоянного тока, а напряжение генератора - трансформатора постоянного напряжения. Для получения сигнала, пропорционального мощности генератора, в схему включено время - импульсное множительное устройство, состоящее из триода, работающего в режиме переключения, диода, выпрямительного моста и регулировочных сопротивлений.

Программируя работу всех трёх нагрузочных систем, можно провести испытания системы электропривода транспортной машины при соответствующей имитации заданной вертикальной нагрузки во всех основных режимах движения (пуск, торможение, движение с установившейся скоростью, буксование) на заданном типе дорожного покрытия, профиле пути, при прямолинейном и криволинейном движении транспортной машины.

Имитация науниверсальном стенде движущейся массы транспортной машиныимеет ряд особенностей, связанных с заменой его поступательного движения вращательным движением маховых масс стенда, учетом колесной формулы транспортной машины, необходимостью одновременного испытания одного или двух мотор-колёс, имеющих одно- или двухскоростной редуктор и т.д.

Известно [2], что кинетическая энергия транспортной машины, движущейся скоростью v, равна

А= , (1)

где m _ф − физическая масса транспортной машины, движущейся поступательно;

m _э − эквивалентная масса вращающихся частей транспортной машины.

Если в выражении (1) отношение эквивалентной массы движущейся транспортной машины к физической представить как

=γ_д+ γ_п, (2)

где m _д − эквивалентная масса ведущих колёс;

m _п − эквивалентная масса ведомых колёс;

γ_д, γ_п − коэффициенты инерции вращающихся масс ведущих и ведомых

колес автомобиля,

то (с учётом колесной формулы) выражение дня кинетической энергии неполноприводной транспортной машины A_к можно записать

A_к′ = (3)

а для полноприводной −

A_к″ = (4)

Если учесть конструктивные особенности универсального стенда, допускающего испытания одного или двух мотор-колёс, выражениия (3) и (4) запишутся как

A_к′= = β′ (3′)

и

A_к″= = β″ (4′),

где k − число ведущих колес транспортной машины;

k_н− число испытываемых мотор-колес на стенде (k_н= 1;2);

=

=

При оценке имитируемой на стенде поступательно движущейся массы автомобиля использовано известное равенство кинетических энергий, которое после соответствующих преобразований может быть представлено для полноприводной машины в виде

=с (5)

и для неполноприводной машины

=с , (6)

где G_к − вертикальная нагрузка, приходящаяся на одно мотор-колесо;

i = i_м i_г.p.i_p.p. − общее передаточное число стенда;

i_м i_г.p.i_p.p. − передаточные числа, соответственно, моментного

измерительного узла, главного и раздаточного редуктора стенда;

с − постоянный коэффициент, равный 6,973;

I_ст − суммарный, приведенный к оси колеса момент инерции стенда;

D_к − диаметр колеса транспортной машины.

Имитация различной осевой нагрузки на ведущие оси автомобиля с мотор-колёсами достигается на универсальном стенде выбором соответствующих передаточных отношений в редукторе моментного измерительного узла и в раздаточном редукторе, а также изменением величины маховой массы. При выборе этих параметров учитываются диаметр шины мотор-колес D_к, максимальная скорость движения автомобиля v_max и величина имитируемой нагрузки на мотор-колесо G_к с учетом колёсной формулы автомобиля. Величина имитируемого веса автомобиля с учётом колёсной формулы, как это следует из выражений (5) и (6), составит:

для полноприводной транспортной машины

G_к.п.=G_к (5')

для неполноприводной транспортной машины

G_к.н.=G_к (6')

Для определения величины i_м и i_p.p. при имитации заданной осевой нагрузки на мотор-колесо с учетом ограничений по конструктивным особенностям стенда (по максимальным оборотам стенда, приведённому моменту инерции и т.д.) была разработана двойная z-образная номограмма с совмещённой промежуточной шкалой, позволяющая определить необходимые сочетания передаточных чисел редуктора.

Номограмма, в разработке которой принимала участие инженер
И.М. Бурлакова, и её ключ приведены на рисунке 1.30.

Рис. 1.30. Номограмма для определения ряда параметров

универсального стенда

Порядок расчёта величии i_м и i_р.р по номограмме следующий:

а) из формул (5') и (6') определяется имитируемая нагрузка G_к;

б) принимается величина i_м редуктора мометного узла с учетом ряда ограничений; прямая, проходящая через точки, соответствующие одному из переда- точных чисел i_м1 - i_м4 на шкапе i_м при определённой величине диаметра шины (шкала D_к) должна находиться в пределах ограничений по допустимому максимальному числу оборотов универсального стенда для каждого из передаточных чисел i_м, нанесенных между шкалами i_м и D_к;

в) с помощью транспоранта на промежуточной шкале находится вспомогательная точка (см. номограмму) для расчетных значении G_к, I_с, и D_к (с учётом радиуса качения колеса);

г) определяется необходимое передаточное число и сменные шестерни раздаточного редуктора i_р.р для имитации заданной нагрузки G_к: для этого проводят прямую через выбранное значение передаточного числа редуктора моментного узла и найденную на промежуточной шкале вспомогательную точку.

На универсальном стенде были выполнены комплексные исследования систем электропривода переменного и постоянного тока ведущих мотор-колес большегрузных автомобилей и автобусов.

Список литературы к разделу 1.5

1. Бурлаков Ю.В. и др. - Авторское свидетельство № 211846 от
6 декабря 1967 г.

2. Розенфельд В.Е. и др. Основы электрической тяги. -М.-Л., Госэнергоиздат, 1957.

3.Гущо-Малов Б.П., Эйдинов А.А., Яковлев А.И. Универсальный стенд для испытания систем электропривода транспортных машин с мотор-колёсам. -Труды НАМИ, 1974.