宋忠凱，王 波

（中通客車控股股份有限公司，山東 聊城 252000）

混合動(dòng)力客車大功率發(fā)電機(jī)傳動(dòng)帶選型及偏擺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

宋忠凱，王 波

（中通客車控股股份有限公司，山東 聊城 252000）

為提高使用壽命，首先對(duì)混聯(lián)式客車所用大功率發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)帶進(jìn)行選型計(jì)算，然后對(duì)其所用偏擺機(jī)構(gòu)及壓簧進(jìn)行設(shè)計(jì)及選型。

混合動(dòng)力；傳動(dòng)帶；偏擺機(jī)構(gòu)；發(fā)電機(jī)；壓簧

隨著新能源客車的不斷研發(fā)推廣，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、插電式、增程式、純電動(dòng)等不同技術(shù)路線的新能源客車正在祖國(guó)的大江南北示范運(yùn)營(yíng)，而一些與傳統(tǒng)客車截然不同的高壓電器件也越來(lái)越多地運(yùn)用到整車當(dāng)中,以實(shí)現(xiàn)他們不可或缺的重大作用[1-3]。在前期大功率發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的實(shí)際設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)其傳動(dòng)帶型號(hào)及條數(shù)選擇的不匹配會(huì)導(dǎo)致皮帶磨損加劇，甚至出現(xiàn)斷帶情況；而當(dāng)發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間采用張緊輪張緊進(jìn)行剛性安裝時(shí)，則會(huì)因平面度及張緊力等原因?qū)е聫埦o輪支架斷裂、皮帶磨損加劇、軸承壽命縮短等情況。本文以LCK 6105CHEV混合動(dòng)力客車所使用的額定功率為22 kW的發(fā)電機(jī)為研究對(duì)象，專門對(duì)該款發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)帶及其偏擺機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型及研發(fā)設(shè)計(jì)。使用效果表明，該款車發(fā)電機(jī)傳動(dòng)帶選型正確，其偏擺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

1 發(fā)電機(jī)傳動(dòng)帶選型

該款車型采用的發(fā)動(dòng)機(jī)為玉柴YC6J200-42，最大功率147 kW/（2500 r/min）；或者濰柴WP7NG210E40，最大功率155 kW/（2300 r/min）。發(fā)電機(jī)額定功率/峰值功率為22/44 kW，水冷方式，質(zhì)量126 kg，額定/最高轉(zhuǎn)速為2200/6000 r/min。

1.1 求帶輪中心距和包角及小帶輪轉(zhuǎn)速

該款車型目前傳動(dòng)帶類型為普通蓋茨V15×1895帶（頂寬15 mm，位于A及B型號(hào)之間，見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。發(fā)電機(jī)小帶輪直徑D1為154 mm，發(fā)動(dòng)機(jī)大帶輪直徑D2為305 mm。

1）求帶輪中心距a。已知帶長(zhǎng)L=1895 mm。

3）求小帶輪轉(zhuǎn)速n1。已知發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率147 kW/（2500 r/min），帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率ε=1%。

1.2 求小帶輪速度、傳動(dòng)比及帶根數(shù)

1）求小帶輪速度v。由式（5）得小帶輪轉(zhuǎn)速5001r/min，

2）求兩帶輪傳動(dòng)比i。

3）求帶根數(shù)z。

P取發(fā)電機(jī)最大功率，即44 kW。

查文獻(xiàn)[4]得知：工作情況系數(shù)KA為1.2；小帶輪直徑154 mm，轉(zhuǎn)速5001 r/min時(shí)，單根普通B型V帶所能傳遞功率P為2.67 kW；傳動(dòng)比i為2，小帶輪轉(zhuǎn)速為5001 r/min時(shí)，傳動(dòng)功率的增量△P0為0.6；包角為164.44°時(shí)，包角系數(shù) kα=0.96；基準(zhǔn)長(zhǎng)度為 1895 mm 時(shí)，長(zhǎng)度系數(shù)KL=1.02。

求得z=4，傳動(dòng)帶需要4根。所以該款發(fā)電機(jī)需附加4個(gè)B槽槽型的皮帶輪[5]。

2 發(fā)電機(jī)偏擺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本偏擺機(jī)構(gòu)是用來(lái)固定22 kW發(fā)電機(jī)的，它包括上偏擺、下底板、連接銷軸、定向栓柱及壓縮彈簧等。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，可將其固定在車架上，然后將發(fā)電機(jī)固定其上，可很方便地將發(fā)電機(jī)向前后左右方向移動(dòng)，也可使其在左右方向上偏擺。圖1為發(fā)電機(jī)偏擺圖。

本偏擺機(jī)構(gòu)的兩銷軸焊接后要保證上偏擺的前傾角在3.5°～4°之間，以使發(fā)電機(jī)皮帶輪與發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪在同一平面[6]。

2.1 求發(fā)電機(jī)皮帶輪張緊力及軸上載荷

1）求發(fā)電機(jī)皮帶輪張緊力F0。

查文獻(xiàn) [4]得知：普通B型V帶帶質(zhì)量q為0.14 kg/m，求得F0=291N。

2）求發(fā)電機(jī)皮帶輪軸上載荷FQ。

2.2 偏擺機(jī)構(gòu)減振彈簧設(shè)計(jì)

式中：c為彈簧的剛度（即彈性系數(shù)，也稱倔強(qiáng)系數(shù)k）；FQ為彈簧所受的載荷；λ為彈簧在受載荷FQ時(shí)所產(chǎn)生的變形量；G為彈簧材料的切變模量（鋼為8×104MPa，青銅為4×104MPa）；d為彈簧絲直徑；D為彈簧直徑；n為彈簧有效圈數(shù)；C為彈簧的旋繞比（又稱為彈簧指數(shù)C=D2/d）

由上式可知，當(dāng)其他條件相同時(shí)，C值越小的彈簧，剛度越大，亦即彈簧越硬；反之則越軟。還應(yīng)注意到，C值越小，彈簧內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力差越懸殊，卷制越難，材料利用率也就越低，并且在工作時(shí)將引起較大的扭應(yīng)力，所以在設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，一般規(guī)定C≥4，且當(dāng)彈簧絲直徑d越小時(shí)，C值越宜取大值[7-8]。

其實(shí)上面這個(gè)公式是根據(jù)微段彈簧絲ds受轉(zhuǎn)矩后扭矩dθ，從而產(chǎn)生微量變形dλ，再將dλ積分而得到圓彈簧絲螺旋彈簧在受載荷FQ后所產(chǎn)生的變形量：

彈簧的彈性系數(shù)k與彈簧的直徑、彈簧的線徑、彈簧的材料、彈簧的有效圈數(shù)有關(guān)。具體關(guān)系式：與彈簧圈直徑成反比，與彈簧的線徑的4次方成正比，與彈簧材料的彈性模量成正比，與彈簧的有效圈數(shù)成反比。

本款車型首輛車，選用的是鋼壓簧，彈簧絲直徑d為8，彈簧直徑D為40，彈簧有效圈數(shù)n為8，在受到2306.46 N的力時(shí)，壓簧變形量λ為28.83 mm。

通過(guò)試車發(fā)現(xiàn)，22 kW發(fā)電機(jī)左置時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將發(fā)電機(jī)向機(jī)體方向拉動(dòng)，在發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)容易導(dǎo)致偏擺機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)量大，致使皮帶產(chǎn)生跳動(dòng)彈出等影響安全運(yùn)行的后果，所以后續(xù)對(duì)壓簧進(jìn)行了改進(jìn)，分別選用了彈簧絲直徑d為10，彈簧直徑D為40，彈簧有效圈數(shù)n為8以及彈簧絲直徑d為12，彈簧直徑D為50，彈簧有效圈數(shù)n為8的兩款壓簧，在發(fā)電機(jī)發(fā)出44 kW功率時(shí)，壓簧壓縮量最大分別為11.8 mm和11.1 mm。此次改進(jìn)后，發(fā)電機(jī)皮帶傳動(dòng)平穩(wěn)、順暢，傳動(dòng)效率高。此外，定向栓桿的材質(zhì)強(qiáng)度也需增強(qiáng)，可從栓桿直徑及螺紋間距著手，以避免栓桿出現(xiàn)滑絲情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著新能源客車的日益推廣及普及，新能源客車的種類也會(huì)越來(lái)越多，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、插電、增程式等，所用系統(tǒng)愈加紛繁復(fù)雜，這就需要研發(fā)設(shè)計(jì)人員不斷提高自己的設(shè)計(jì)理念及責(zé)任感，既要保證系統(tǒng)部件的實(shí)用性，也要保證它們的可靠性。環(huán)保節(jié)能型客車技術(shù)含量高、產(chǎn)品要求高、涉及面廣泛，需要政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)集體參與[9-10]。

[1]吳金順.汽車專業(yè)英語(yǔ)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.6.

[2]宋忠凱.并聯(lián)混合動(dòng)力中型客車多能源動(dòng)力優(yōu)化控制策略研究[D].淄博：山東理工大學(xué),2009.

[3]司康.我國(guó)新能源客車的發(fā)展及主要產(chǎn)品一覽[J].商用車與發(fā)動(dòng)機(jī)，2010，（1）

[4]邱宣懷，郭可謙，吳宗澤,等.機(jī)械設(shè)計(jì)（第 4 版）[M].北京:高等教育出版社，2004.

[5]吳貽珍.中國(guó)傳動(dòng)帶技術(shù)現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展[J].中國(guó)橡膠，2006，（23）

[6]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[7]張成杰，張萬(wàn)學(xué).小旋繞比大螺旋角圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算[C].第三屆海峽兩岸彈簧專業(yè)研討會(huì)論文集，2004.

[8]肖緋雄，樊光建.機(jī)車車輛中螺旋彈簧剛度計(jì)算[J].內(nèi)燃機(jī)車，2006，（4）

[9]吳憩堂.關(guān)于發(fā)展混合動(dòng)力汽車的若干問(wèn)題[J].汽車與配件，2009，（8）

[10李光耀,熊銳,翟兆亮.我國(guó)大型客車排放控制技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].客車技術(shù)與研究，2011，33（3）：1-4.

修改稿日期：2012-05-16

Selection of Transmission Belt and Design of Swing Mechanism to Powerful Generator of Hybrid Electric Bus

SONGZhong-kai，WANGBo
(ZhongtongBus HoldingCo.,Ltd,Liaocheng252000,China)

To prolong the use life,the authors first introduce the selection and calculation of transmission belt to powerful generator ofhybrid electric bus,and then present the design and selection of the pressure springand swing mechanism.

hybrid power;transmission belt;swingmechanism;generator;pressure spring

U469.7；U463.63+1

A

1006-3331（2012）04-0011-02

宋忠凱（1981-），男，碩士；工程師：研究方向：新能源高壓控制及熱管理。