基于CRUISE防爆礦用車動(dòng)力總成性能分析

梁志武

摘 要：動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性是評(píng)價(jià)防爆礦用車的重要指標(biāo)，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的因素。本文針對(duì)某款防爆礦用車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，利用AVL-CRUISE軟件，建立防爆礦用車動(dòng)力的傳動(dòng)系統(tǒng)模型，對(duì)其動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真分析。通過(guò)整車試驗(yàn)試驗(yàn)，驗(yàn)證AVL-CRUISE軟件仿真計(jì)算結(jié)果。

關(guān)鍵詞：防爆礦用車;防爆柴油機(jī);燃油經(jīng)濟(jì)性;CRUISE;最大爬坡度

0 引言

隨著煤礦機(jī)械化開(kāi)采，井下防爆礦用車有效、機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，提高了煤礦井下人員和錨桿、配件等中小型物資的運(yùn)輸效率，提升了井下運(yùn)輸能力，最大限度配合了機(jī)械化開(kāi)采速度，井下防爆礦用車得到了大批量使用。影響開(kāi)采速度和運(yùn)行成本的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)重要因素，同樣作為衡量防爆礦用車重要性能指標(biāo)，其地位更加凸顯。因此對(duì)防爆礦用車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的分析、優(yōu)化至關(guān)重要。

本文利用AVL-CRUISE軟件建立整車仿真模型，分析、研究現(xiàn)用防爆礦用車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配及動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能，并通過(guò)整車試驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)比，來(lái)驗(yàn)證某款防爆礦用車的設(shè)計(jì)。

1 動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性理論計(jì)算

1.1 整車性能參數(shù)

防爆礦用車作為煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備，為滿足《礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車通用技術(shù)條件》（MT/T989-2006）要求，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置、制動(dòng)器等進(jìn)行了相應(yīng)的改造，增加了廢氣處理箱、補(bǔ)水箱、中央制動(dòng)器的部件，其整車性能參數(shù)進(jìn)行了重新選型匹配。表1為某款防爆礦用車的整車參數(shù)。

1.2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要零部件性能參數(shù)

防爆礦用車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要由防爆柴油機(jī)、離合器、變速箱、中央制動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)橋、濕式制動(dòng)器等部件組成，其主要性能參數(shù)如表2。

1.3 動(dòng)力性能理論計(jì)算

防爆礦用車的動(dòng)力性能主要由最高車速、最大爬坡度兩個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。

（1）最高車速。防爆礦用車運(yùn)行在煤礦井下平整硬化的水泥路面，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力達(dá)到平衡時(shí)，即加速度為0，坡度也為0，柴油機(jī)全油門，由動(dòng)力學(xué)公式得最高車速：

式中：Umax為最高車速，Cd為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，Me為柴油機(jī)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(zhì)量，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，ηT為總機(jī)械傳動(dòng)效率。

（2）最大爬坡度。防爆礦用車用于煤礦井下復(fù)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(kāi)采的深入，巷道的坡度增加，因此整車的最大爬坡能力對(duì)防爆礦用車的長(zhǎng)期服役影響較大。最大爬坡度的計(jì)算如下：

（3）經(jīng)濟(jì)性。隨著防爆礦用車的大量應(yīng)用，其運(yùn)行費(fèi)用也占到一定比例，受到各使用方的關(guān)注。燃油最高消耗量與柴油機(jī)功率有關(guān)，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(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、離合器、輪胎等組件模塊，匹配表1、表2的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，搭建整車仿真模塊結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

3 仿真結(jié)果

經(jīng)過(guò)CRUISE軟件對(duì)某款防爆礦用車進(jìn)行動(dòng)力總成性能仿真，得表3計(jì)算結(jié)果。

同時(shí)考慮到煤礦井下路面、彎道、坡度、視線等影響，大部分時(shí)間運(yùn)行在20 km～30 km之間，綜合動(dòng)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(yàn)驗(yàn)證

為了有效驗(yàn)證CRUISE軟件，對(duì)此款防爆礦用車進(jìn)行了整車性能試驗(yàn)，測(cè)定最高車速、等速工況油耗，并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定最大爬坡度，數(shù)據(jù)如表4。

5 總結(jié)

（1）基于CRUISE軟件，實(shí)現(xiàn)防爆礦用車建模、仿真計(jì)算，將其計(jì)算結(jié)果與整車試驗(yàn)數(shù)值對(duì)比，數(shù)據(jù)基本一致。

（2）仿真分析對(duì)設(shè)計(jì)能起到正向指導(dǎo)的作用，當(dāng)仿真輸入?yún)?shù)與實(shí)驗(yàn)參數(shù)符合時(shí)，仿真模擬的精確度可達(dá)到93%以上。

參考文獻(xiàn)：

[1]余志生，等.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工藝出版社，2020.[2]王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]王京濤，楊世文，衣明軍，等.基于AVL_CRUISE客車動(dòng)力配置選型仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2012（12）：23-27.

[4]王銳，何洪文.基于Cruise的整車動(dòng)力性能仿真分析[J].車輛與動(dòng)力技術(shù)，2009（2）：24-26+36.

[5]李高友 ，雷雨成.發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的優(yōu)化匹配研究[J].汽車研究與開(kāi)發(fā)，2002（6）：23-26.