成文浩 ，寇子明，閆 政，張潤澤

(1.太原理工大學(xué) 機械與運載工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.礦山流體控制國家地方聯(lián)合工程實驗室，山西 太原 030024；3.山西省礦山流體控制工程技術(shù)研究中心，山西 太原 030024；4.晉中學(xué)院 機械學(xué)院，山西 晉中 030619)

由于動力性不足輕型膠輪車安全事故日益增多[1，2]，井下作業(yè)前輕型膠輪車的動力性日檢顯得尤為重要。目前動力性檢測主要以爬坡能力和底盤最大輸出功率檢測為主，劉元鵬等[3]依據(jù)發(fā)動機功率達標(biāo)法的原理提出了額定功率車速與驅(qū)動輪輪邊穩(wěn)定車速的驅(qū)動輪功率檢測方法，李亞飛等[4]提出了在低速下汽車動力性測試方法和相關(guān)數(shù)學(xué)模型。但動力性檢測需要固定場地且底盤測功系統(tǒng)成本較高，用戶自檢可行性較小。爬坡動力性檢測由于室外安全隱患較大，檢驗時間較長，無法滿足礦企日常使用要求。

另外，動力性不足會伴隨著排放冒黑煙，所以排放檢測也可以定性反映車輛動力性能。排放物主要由固體顆粒、氮氧化合物、烴類、一氧化碳、排氣溫度等組成[5，6]。但目前對排放的研究只停留在環(huán)境保護要求上，霍紅等[7]提出了常用機動車污染物排放模型用以反映機動車污染物與其影響因素之間的數(shù)學(xué)或物理關(guān)系，以及反映和預(yù)測車輛的排放水平等，Oliveira等[8]建立了裝配先進后處理系統(tǒng)的輕型車和重型車 NOx排放模型，Zanin等[9]建立了 CO2與車輛燃油經(jīng)濟性的關(guān)聯(lián)模型，其不足之處就是缺乏用排放檢測數(shù)據(jù)評估輕型膠輪車動力性的方法，因此，建立礦用輕型膠輪車動力性評估模型是非常有意義的。

采用回歸分析方法分析車輛的實際道路排放[10，11]是建立車輛實際道路污染物排放微觀模型的常用手段之一。研究中，以大同市塔山煤礦某礦用輕型膠輪車為例，利用SPSS軟件得出擬合度最高的多元線性回歸方程，建立了輕型膠輪車動力性評估模型。將評估試驗數(shù)據(jù)與模型評估結(jié)果對比分析，驗證了評估模型的正確性。

1 試驗方案及設(shè)備

1.1 試驗?zāi)z輪車

試驗車輛為塔山煤礦在用的某輕型膠輪車，其關(guān)鍵參數(shù)見表1，膠輪車結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 關(guān)聯(lián)因素選取

輕型膠輪車排出廢氣中，除碳煙顆粒以外，廢氣的主要成分為：一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOx)、二氧化硫(SO2)、醛類物質(zhì)等。由于其中CO、HC和NOx在尾氣氣體中所占比較大，且二氧化硫(SO2)，其在廢氣中的濃度取決予柴油中硫的含量，故選取煙度、CO、HC、NOx和排氣溫度作為關(guān)聯(lián)因素。

表1 膠輪車關(guān)鍵參數(shù)

圖1 膠輪車結(jié)構(gòu)圖(mm)

1.3 試驗設(shè)備選擇

1)煙度檢測。鑒于不透光煙度計測量煙度排放用光強度大小來反映煙度排放的大小，故試驗選用MQY-200煙度計測量，以不透光系數(shù)k值作為煙度測量結(jié)果。

2)尾氣分析。尾氣分析主要包括有NOx、CO、HC和排氣溫度檢測，均與柴油機燃燒相關(guān)聯(lián)，選用MQW-511進行。

3)動力性檢測。底盤輸出功率是評估車輛動力性的重要指標(biāo)[12]，試驗以20km/h測得的礦用輕型膠輪車底盤最大輸出功率為動力性評估標(biāo)準(zhǔn)，檢測設(shè)備為TCG13-3車底盤測功機。

1.4 排放多因素回歸分析

選取煙度、CO、排氣溫度、HC和NOx為排放相關(guān)因子。利用SPSS軟件對底盤輸出功率和排放相關(guān)因子進行回歸分析，以探討膠輪車底盤輸出功率可由以上關(guān)聯(lián)因素解釋的程度。選取強迫進入法，分析結(jié)果見表2—表4。

表2 多元回歸模型的統(tǒng)計概要

注：a.預(yù)測變量：(常量)，排氣溫度，CO，煙度，HC，NOx；b.因變量：底盤輸出修正功率。

表3 多元回歸模型的方差分析表

注：a.預(yù)測變量：(常量)，排氣溫度，CO，煙度，HC，NOx；b.因變量：底盤輸出修正功率。

表4 多元回歸模型的回歸系數(shù)表

注：a.預(yù)測變量：(常量)，排氣溫度，CO，煙度，HC，NOx；b.因變量：底盤輸出修正功率。

從上表系數(shù)a的Sig欄中發(fā)現(xiàn)HC的值大于0.05，說明該因素對結(jié)果是不顯著的，即對于膠輪車輸出功率的評估影響可以忽略。將其去除后，對其他因素分析結(jié)果見表5—表7。

表5 多元回歸模型的統(tǒng)計概要

注：a.預(yù)測變量：(常量)，排氣溫度，CO，煙度，NOx；b.因變量：底盤輸出修正功率。

表6 多元回歸模型的方差分析表

注：a.預(yù)測變量：(常量)，排氣溫度，CO，煙度，NOx；b.因變量：底盤輸出修正功率。

表7 多元回歸模型的回歸系數(shù)表

注：a.預(yù)測變量：(常量)，排氣溫度，CO，煙度，NOx；b.因變量：底盤輸出修正功率。

從檢驗數(shù)據(jù)可以看出，擬合相關(guān)系數(shù)R2為0.938，非常接近1，說明因變量底盤最大輸出功率與預(yù)測變量之間具有較強的線性相關(guān)性。檢驗的Durbin-Watson為2.026，非常接近2，可以說明因變量取值不存在序列相關(guān)。

2 建立動力性評估模型

針對底盤最大輸出功率與煙度、CO、排氣溫度、NOx之間存在較強的線性相關(guān)關(guān)系，采用以下數(shù)學(xué)模型，利用SPSS軟件對其進行多元線性回歸分析：

P=p1+p2Q+p3M+p4N+p5T

(1)

式中，P為底盤輸出功率，kW；pi為變量系數(shù)與常量；Q為不透光系數(shù)k；M-NOx體積分?jǐn)?shù)，%；N-CO體積分?jǐn)?shù)，%；T為排氣溫度，℃。

最后求解得到：

P=-1084.53+86.695Q+25.49M-

8773.549N+2.574T

(2)

從表7可以看出，模型的顯著性水平達到了0.005，其中，Sig的值都小于0.05，說明包括常數(shù)項的這幾項對結(jié)果都是顯著的。由方程(2)可見，隨著膠輪車動力性能逐漸提升，煙度、氮氧化合物、排氣溫度不斷上升，一氧化碳不斷下降。

3 動力性評估試驗

在多元回歸分析的基礎(chǔ)上進行了防爆輕型膠輪車的動力性評估試驗，根據(jù)試驗結(jié)果測得底盤最大輸出功率、煙度、CO、NOx化合物以及排氣溫度等排放數(shù)據(jù)。

輕型膠輪車動力性評估預(yù)測選用回歸方程式(2)進行，選擇多輛膠輪車排放檢測數(shù)據(jù)，計算得出膠輪車底盤最大輸出功率預(yù)測值，與實際測得的結(jié)果排進行對比分析，結(jié)果見表8。底盤輸出功率檢測照片如圖2所示。

表8 評估精度分析

圖2 底盤輸出功率檢測照片

根據(jù)表8試驗結(jié)果可知，評估相對誤差在±5%以下，即在誤差允許的范圍內(nèi)評估模型是有效的。為進一步降低回歸模型的評估誤差，各型號膠輪車可根據(jù)排放檢測情況，分析計算出對應(yīng)的動力性評估模型。

4 結(jié) 論

1)利用SPSS軟件進行多元線性回歸分析，得到了礦用膠輪車動力性評估模型，模型預(yù)測變量sig的值均小于0.05，證明煙度、氮氧化合物、排氣溫度與膠輪車動力性呈負(fù)相關(guān)，一氧化碳與膠輪車動力性呈正相關(guān)。

2)通過動力性評估試驗，底盤最大輸出功率預(yù)測相對誤差依次為4.6%、-5.0%、2.57%、4.5%和-4.6%，即模型評估誤差不超過±5%，說明多元回歸模型對膠輪車的動力性評估是有效的，為后續(xù)日常車輛動力性檢測提供了評估依據(jù)。

3)根據(jù)底盤最大輸出功率實測數(shù)據(jù)與評估結(jié)果，證明動力性評估模型是合理準(zhǔn)確的，能夠評估膠輪車動力性，為日后膠輪車動力性日檢提供了技術(shù)參考。