寧初明， 晁智強， 韓壽松， 劉相波， 靳 瑩

(裝甲兵工程學院機械工程系， 北京 100072)

履帶裝甲車輛移動式測功車檢測系統(tǒng)設(shè)計

寧初明， 晁智強， 韓壽松， 劉相波， 靳 瑩

(裝甲兵工程學院機械工程系， 北京 100072)

針對當前履帶裝甲車輛動力性能檢測手段相對落后、測試誤差較大等問題，根據(jù)履帶裝甲車輛動力性能檢測原和動力測試特點，研發(fā)了一套移動式測功車檢測系統(tǒng)，并進行了實車性能測試。結(jié)果表明：該檢測系統(tǒng)測試誤差相對較小，其高準確性和可靠性為履帶裝甲車輛動力性能的檢測提供了有力的技術(shù)支持。

測功車; 履帶裝甲車輛; 底盤輸出功率

動力性能是履帶裝甲車輛最重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能之一，直接關(guān)系到裝備的機動性能，是裝備動用及維修保障的重要依據(jù)。移動式測功車作為研究和檢測評價車輛動力性能的重要試驗設(shè)備，在車輛研發(fā)與性能評估等方面有著極其重要的作用[1-3]。

由于履帶裝甲車輛功率大，履帶結(jié)構(gòu)又難以采用滾筒式原地加載方式進行檢測，因此目前主要采用人工道路試車的定性評估和原地無負荷測功2種方式進行檢測[2, 4]。上述檢測方法易受檢測場地、主觀經(jīng)驗及人為因素的影響，檢測結(jié)果誤差大，難以準確有效地對裝備動力性能進行檢測評價。筆者根據(jù)履帶裝甲車輛動力性能檢測原理，并結(jié)合裝甲車輛動力測試特點，設(shè)計研發(fā)了一套移動式測功車檢測系統(tǒng)，以期為檢測評價履帶裝甲車輛動力性能提供技術(shù)支持。

1 動力性能檢測原理

車輛動力性能是指車輛行駛過程中的車速、最大加速能力和最大爬坡能力等[1],通常用車輛底盤輸出最大驅(qū)動功率作為動力性能評價指標。移動式測功車檢測系統(tǒng)以拖車或車輛車橋為基礎(chǔ)平臺裝載阻力加載裝置，通過改變加載阻力的大小來模擬被測車輛的行駛負荷[4]。測試時，被測車輛牽引測功拖車，通過電渦流測功器加載相應的行駛負荷，從而使其在平坦的試驗路面上模擬被測車輛的行駛負荷[2]。移動式測功車與被測履帶裝甲車輛組成的檢測系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 移動式測功車與被測履帶裝甲車輛組成的檢測系統(tǒng)

1.1 牽引力測量原理

車輛在道路上行駛時需要克服坡度、空氣、加速等方面的阻力，其總阻力Fr為[5-6]

Fr=Ff+Fω+Fi+Fa,

(1)

式中：Ff為滾動阻力；Fω為空氣阻力；Fi為坡度阻力；Fa為加速阻力。

本試驗系統(tǒng)進行測試時，所選道路均為水平路面，不存在坡道阻力，故其牽引力Fd可表示為

Fd=Ff+Fω+Fi+Fa+Fgf+Fgω+Fgi+Fga+Fl，

(2)

式中：Fgf為掛車滾動阻力；Fgω為掛車空氣阻力；Fgi為掛車坡度阻力；Fga為掛車加速阻力；Fl為系統(tǒng)加載阻力。

車輛進行測試時，被測車輛的牽引力通過被測車輛與測試系統(tǒng)掛車間的力測量裝置傳遞到掛車上的測控裝置，傳感器測量的力即為車輛牽引力，其方向與車輛行駛方向平行。測試時，將車輛節(jié)氣門開度加至最大，控制系統(tǒng)根據(jù)指令調(diào)節(jié)加載阻力，當車輛的加速阻力為零(即車輛行駛速度穩(wěn)定在一定速度值)時，所測得的牽引力即為車輛最大牽引力。

1.2 底盤輸出最大功率測量原理

車輛在道路上行駛時，不僅牽引力和行駛阻力要保持相互平衡，也要使底盤輸出功率和車輛阻力消耗功率一直保持平衡[2, 6-8]，即車輛底盤輸出功率始終等于車輛的全部運動阻力所消耗的功率。底盤輸出最大功率是實際克服行駛阻力的最大能力，是車輛動力性評價的一項重要指標。底盤輸出功率構(gòu)成如圖2所示。

圖2 底盤輸出功率構(gòu)成

車輛的全部運動阻力所消耗的功率包括車輛及掛車的滾動阻力功率、空氣阻力功率、坡道阻力功率和加速阻力功率，在本試驗系統(tǒng)中還包括系統(tǒng)的加載阻力功率。其車輛底盤輸出功率Pd表達式為

Pd=Pf+Pω+Pa+Pi+Pgf+Pgω+Pgi+Pga+P1,

(3)

式中：Pf為車輛滾動阻力功率；Pω為空氣阻力功率；Pa為加速阻力功率；Pi為坡度阻力功率Pgf為掛車滾動阻力功率；Pgω為掛車空氣阻力功率；Pgi為掛車坡度阻力功率；Pga為掛車加速阻力功率；Pl為掛車加載阻力功率。

根據(jù)測量得到的最大牽引力Fd-max及相應的行駛車速v，可計算得到車輛的底盤最大輸出功率Pd-max為

Pd-max=Fd-max·v。

(4)

2 檢測系統(tǒng)設(shè)計

為保證對履帶裝甲車輛動力性能進行檢測評價所需數(shù)據(jù)的準確可靠，根據(jù)動力性能的檢測原理，并結(jié)合裝甲車輛動力性能測試特點，選用工業(yè)加載專用底盤作為整套設(shè)備的載體，并分別設(shè)計了測控系統(tǒng)、遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)和操作引導系統(tǒng)等功能模塊，其系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 檢測系統(tǒng)組成

2.1 加載專用底盤

加載專用底盤作為檢測系統(tǒng)的基本載體，不僅要將被測車輛的功率傳遞到檢測系統(tǒng)，還要承擔車輛制動的任務，且其最大制動能力決定于底盤的附著總重量，因此在底盤上裝載了相應的配重塊來滿足測試時的制動要求。同時，根據(jù)電渦流器的工作轉(zhuǎn)速范圍，確定合理的傳動比，并設(shè)計出相應的升速器及機械連接裝置[9-10]。加載專用底盤組成如圖4所示。

圖4 加載專用底盤組成

履帶裝甲車輛因其作業(yè)環(huán)境的特殊性，要克服的工作阻力很大且相對復雜，本文根據(jù)被測車輛的性能要求，并結(jié)合實際測試牽引力和輸出功率范圍，合理選用相應的底盤和測功器等測試模塊，底盤參數(shù)如表1所示。

表1 底盤參數(shù)

2.2 測控系統(tǒng)

測控系統(tǒng)主要根據(jù)輸入指令來控制系統(tǒng)的加載阻力，并實時傳輸和接收數(shù)據(jù)，從而完成對被牽引車輛的速度和牽引力的測量，其系統(tǒng)組成如圖5所示。

圖5 測控系統(tǒng)組成

測控模塊首先將加載專用底盤的傳感器信號進行放大濾波處理，然后利用無線通信模塊將經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的牽引力數(shù)字量和速度數(shù)字量發(fā)送給操作引導模塊和遠程監(jiān)管模塊。遠程監(jiān)管模塊則先將待測車輛的信息發(fā)送給操作引導模塊，在接收測控模塊發(fā)送來的牽引力與速度數(shù)值后，根據(jù)牽引力和速度的大小發(fā)送相應的控制命令給測控模塊和操作引導模塊。測控模塊根據(jù)遠程監(jiān)控模塊發(fā)送來的控制命令通過數(shù)字PID算法對加載專用底盤上的電渦流器進行相應的加載，使其達到與實際值相匹配的期望值。移動式測功車進行履帶裝甲車輛動力性能檢測的流程如圖6所示。

圖6 履帶裝甲車輛動力性能檢測流程

3 試驗驗證

為了驗證測功車測試性能的準確性和可靠性，筆者選用美科斯FD40T 內(nèi)燃平衡重式叉車作為被測車輛，其主要性能參數(shù)如表2所示。在理論設(shè)定的牽引力為1 600 N、速度為10 km/h的恒速控制方式下，對測功車分別進行了2組牽引力和速度測試，其測試結(jié)果分別如圖7、8所示。

從圖7、8可以看出：測試牽引力維持在1 550～1 700 N，測試速度因道路不平整等原因，存在一定的波動，但基本維持在9.8～10.2 km/h，測試相對誤差均控制在5%以內(nèi)，試驗的實測值與設(shè)定值基本保持一致。

表2 美科斯FD40T 內(nèi)燃平衡重式叉車主要性能參數(shù)

圖7 恒速測試時牽引力曲線

圖8 恒速測試時速度曲線

4 結(jié)論

根據(jù)履帶裝甲車輛動力性能檢測特點，以加載專用底盤為基本載體，設(shè)計了相應的移動式測功車檢測系統(tǒng)，且其檢測測試誤差相對較小，從而可為實現(xiàn)精確可靠的履帶裝甲車輛底盤輸出功率等動力性能的檢測提供技術(shù)支持。下一步將以移動測功車為依托，開展不同履帶裝甲車輛的動力性能測試，并建立相應的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從而為科學評定裝甲車輛動力性能提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

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(責任編輯: 尚菲菲)

Detection System Design for Mobile Dynamometer Vehicle of Tracked Armored Vehicle

NING Chu-ming, CHAO Zhi-qiang, HAN Shou-song, LIU Xiang-bo, JIN Ying

(Department of Mechanical Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

Aiming at the problem that the current performance test method of tracked armored vehicle is backward and the error of test result is relatively large, the detection principle of dynamic performance of armored vehicle is analyzed, a detection system of mobile dynamometer vehicle is developed, and some experiments are taken. The results show that the error of test result is relatively small, which means that the system can provide an effective support for the detection of dynamic performance of tracked armored vehicle.

dynamometer vehicle; tracked armored vehicle; dynamo output power

1672-1497(2015)06-0040-04

2015-09-19

軍隊科研計劃項目

寧初明(1990-)，男，博士研究生。

TJ81+0.6

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.06.008