邱韶峰黃杰宋濤李曉

拖拉機傳動系加載試驗臺的設計

邱韶峰黃杰宋濤李曉

拖拉機傳動系（變速箱及后橋）總裝完成后的磨合及檢驗，是整機質量控制的一個重要環(huán)節(jié)，可以提前發(fā)現(xiàn)并解決一些用戶日后使用中可能發(fā)生的質量問題，節(jié)約維修成本，提高產(chǎn)品的市場信譽。加載試驗臺可以很好地模擬拖拉機的使用工況，縮短磨合時間并發(fā)現(xiàn)一些空載試驗檢查不出來的質量問題，近年來部分生產(chǎn)企業(yè)及檢驗機構已開始用加載試驗臺對拖拉機傳動系進行加載磨合及檢驗，因此設計開發(fā)一種經(jīng)濟、適用、高效的拖拉機傳動系加載試驗臺有重要的意義。

1.方案的比較與選擇

（1）開放式與封閉式方案比較

開放式試驗臺特點是結構簡單、成本低，缺點是能耗大，系統(tǒng)輸入的能量全被加載裝置消耗掉，不宜進行大功率、長時間的試驗，因此拖拉機傳動系加載試驗臺大多采用了封閉式方案。

（2）機械封閉與電封閉方案比較

機械封閉試驗臺結構是采用電機驅動被試拖拉機傳動系統(tǒng)，然后用陪試齒輪箱將動力又接回到電機驅動端。扭矩的加載原理是通過對轉速高、扭矩小的轉軸進行扭轉變形來加載的。機械封閉試驗臺較電封閉試驗臺機械結構復雜、通用性差、載荷不易調整且控制精度低，機械封閉試驗臺現(xiàn)在已很少使用，因此選用電封閉試驗臺方案。

（3）交流電機方案與直流電機方案比較

首先交流電機比直流電機體積小、價格低、維護保養(yǎng)簡單。其次交流電比直流電易于處理及回饋驅動電機使用。交流加載電機產(chǎn)生的交流電通過變頻器可直接轉換成設定的電壓及頻率，供交流驅動電機使用。而直流加載電機產(chǎn)生的直流電則首先要經(jīng)過第一個變頻器逆變成交流，再經(jīng)過第二個變頻器整流成所需要電壓的直流供驅動直流電機使用。因此電封閉加載試驗臺普遍選用交流電機進行驅動及加載，這樣設備少，成本低。

通過以上比較，1臺交流電機驅動，2臺交流電機加載，每個電機各用一臺變頻器進行驅動或加載，3臺變頻器直流共母線，即“交流發(fā)電、直流共母線能量回饋”的電封閉方案具有能量利用率高、投資少、通用性好、使用方便等特點，是拖拉機傳動系加載試驗臺的最佳方案。

2.試驗臺的組成及工作原理

（1）試驗臺的總體結構主要由整流器、驅動電機、加載電機、變頻器、扭矩轉速傳感器及計算機控制系統(tǒng)等組成。

（2）系統(tǒng)工作原理

交流電機驅動拖拉機傳動系統(tǒng)運轉，動力經(jīng)拖拉機傳動系統(tǒng)一系列齒輪、差速器減速升扭后由左、右半軸輸出到升速變速箱，經(jīng)升速箱升速降扭后分別驅動2臺加載交流電機運轉，加載交流電機又將機械能轉化成電能。2臺加載交流電機所發(fā)交流電，分別經(jīng)各自的變頻器整流成直流電回饋到與驅動交流電機變頻器前的直流共用母線上，實現(xiàn)電能的回饋。

2臺加載交流電機施加在拖拉機左、右半軸上的載荷/扭矩是由加載交流電機的勵磁電流決定的，大小可以通過調整勵磁電流來調節(jié)，能通過計算機操作控制系統(tǒng)的界面來分別設定。

3.電機、扭矩傳感器的選擇及參數(shù)的確定

（1）驅動交流電機

驅動交流電機選用三相變頻調速電機，電機極數(shù)可選4極，同步轉速1500r/min，其最高轉速為3000r/min，大于拖拉機所配發(fā)動機的最高轉速。驅動交流電機額定功率應略大于最大試驗拖拉機的標定功率；若試驗臺只進行加載磨合試驗，則驅動交流電機額定功率只需取最大試驗拖拉機標定功率的1/3即可。

（2）加載交流電機

由于拖拉機傳動系統(tǒng)減速比非常大，半軸的輸出轉速很低，扭矩很大，所以在加載電機之前還要采用齒輪升速箱對動力進行升速降扭。設計時應盡量選用額定轉速較低的三相變頻調速電機，以降低升速箱的傳動比。如選用電機極數(shù)為10或12的電機，其同步轉速分別為600r/min和500 r/min。加載交流電機的額定功率應略大于驅動交流電機額定功率的1/2。

（3）扭矩傳感器2、3安裝位置及量程的確定

如進行傳動效率測試，則扭矩傳感器2、3必須安裝在拖拉機半軸與升速變速箱之間；若只進行加載磨合和傳動系可靠性試驗，則扭矩傳感器2、3可安裝在升速變速箱與加載直流電機之間，這樣可以通過降低扭矩傳感器量程來降低成本。

受到拖拉機最大使用質量、地面附著系數(shù)及各擋位速度的制約，拖拉機不同擋位所能發(fā)揮的最大牽引功率相差較大。一般拖拉機在理論速度（8～10）km/h的擋位，發(fā)揮最大牽引功率（可達到發(fā)動機標定功率的80%左右）；而在最低擋（特別是有爬行擋時），拖拉機發(fā)揮不出最大牽引功率（只能達到發(fā)動機標定功率的10%左右）。因此扭矩傳感器2、3量程的確定不能按驅動交流電機額定功率的1/2及最低擋時扭矩傳感器的轉速計算確定，應按拖拉機的最大牽引力為基準來計算扭矩傳感器的量程。

4.拖拉機傳動系加載試驗臺的應用

傳動系加載試驗臺用于拖拉機出廠磨合，一是能及時發(fā)現(xiàn)部分零部件（如箱體、軸承和齒輪）制造及裝配質量問題。二是能有效地提高變速箱的清潔度，從而延長零部件壽命，減少液壓系統(tǒng)故障。加載試驗臺已成為拖拉機整機出廠質量控制的重要手段。

加載試驗臺能有效模擬拖拉機的使用工況，用于拖拉機可靠性考核，能加快可靠性試驗進度，縮短試驗周期，提高試驗效率，節(jié)約試驗成本，解決了試驗田不足、試驗周期長、人力物力耗費大等長期困擾檢驗機構和生產(chǎn)企業(yè)的可靠性試驗難題。拖拉機傳動系加載試驗臺的推廣應用對于提升拖拉機產(chǎn)品質量、加快拖拉機新產(chǎn)品研發(fā)進度將起到重要的推動作用。