張?zhí)?孫宏艷 曹金牛 楊帆

遼寧陸平機(jī)器股份有限公司 遼寧鐵嶺 112001

1 前言

越野裝備在特定的野戰(zhàn)環(huán)境下工作，需要對(duì)上裝設(shè)備提供電源保障，滿足裝備的作戰(zhàn)使用需求。裝備在野外作業(yè)時(shí)，通常采用發(fā)電機(jī)組或車載取力發(fā)電的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電，兩種模式都已經(jīng)過多種裝備的實(shí)際使用驗(yàn)證，都是成熟模式，可以提供穩(wěn)定電源保障。

采用發(fā)電機(jī)組供電模式，用電功率較小時(shí)，可以在方艙的某個(gè)位置預(yù)留安裝空間；用電功率較大時(shí)，需在車載平臺(tái)上單獨(dú)預(yù)留安裝空間；用電設(shè)備功率過大時(shí)，需單獨(dú)配備電源車。車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，不占用或較少占用方艙及平臺(tái)的空間，增大了整車的空間利用率。整個(gè)系統(tǒng)只需配置一臺(tái)發(fā)電機(jī)及少量附件即可，大大減輕了整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量，提高了裝備的機(jī)動(dòng)性，同時(shí)也減少了裝車成本，各構(gòu)件和器件簡(jiǎn)單，安裝、維修方便。

筆者研制的項(xiàng)目需要為系統(tǒng)中的設(shè)備提供不低于80 kW電源保障，針對(duì)系統(tǒng)的供電要求，擬制了靜音電源車和車載取力自發(fā)電兩種供電技術(shù)方案，擇優(yōu)確定方案。

2 供電電源模式優(yōu)選

2.1 80 kW靜音電源車

采用靜音電源車發(fā)電的形式，結(jié)構(gòu)示意見圖1。靜音電源車選用某品牌二類汽車底盤作為承載平臺(tái)，加裝副車架和5.5 m方艙。內(nèi)裝布局進(jìn)行一艙四室設(shè)計(jì)，主要包括操控室、進(jìn)風(fēng)室、發(fā)電室和排風(fēng)室。艙內(nèi)外安裝80 kW柴油發(fā)電機(jī)組、電氣智能控制系統(tǒng)、配電網(wǎng)絡(luò)、吸音降噪系統(tǒng)、降溫排氣系統(tǒng)，以及附屬設(shè)備設(shè)施、隨車工具等。

圖1 80 kW靜音電源車

80 kW靜音電源車最大外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為9150 mm×2500 mm×3405 mm，外廓尺寸符合GB 1589-2016的規(guī)定，滿足公路運(yùn)輸要求[1]。方艙外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為5500 mm×2460 mm×2000 mm，為滿足鐵路運(yùn)輸機(jī)車車輛限界要求，艙體進(jìn)行削角設(shè)計(jì)，角度為120°，削角高度315 mm。

經(jīng)初步估算，運(yùn)載平臺(tái)質(zhì)量10000 kg，艙體質(zhì)量1300 kg，發(fā)電機(jī)組質(zhì)量1300 kg，其它附屬設(shè)備及附件質(zhì)量1900 kg，80 kW靜音電源車總質(zhì)量G=14500 kg。

2.2 80 kW車載取力自發(fā)電

采用車載取力發(fā)電的形式，原理見圖2。車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N專用裝置，利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，采用合適的取力形式，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，由電子調(diào)速系統(tǒng)控制、調(diào)節(jié)，進(jìn)行駐車發(fā)電。車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，有可靠性好、機(jī)動(dòng)靈活、方便快捷的特點(diǎn)，特別適用于通信、指揮、電力、建筑、維修、搶修、維穩(wěn)、安保、救援、醫(yī)療等各種涉及野外作業(yè)的行業(yè)和領(lǐng)域。

圖2 車載取力發(fā)電原理

方案設(shè)計(jì)時(shí)，在駕駛室后、運(yùn)載平臺(tái)前部設(shè)置專用安裝區(qū)域，采用隨艙體安裝的方式，利用艙體結(jié)構(gòu)形成封閉式電機(jī)安裝空間，同時(shí)利用底盤的部分空間，發(fā)電機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：1000/850 mm×500 mm×500 mm，安裝區(qū)域艙體最大外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：2150 mm×1700 mm×900 mm，結(jié)構(gòu)示意見圖3。

圖3 車載取力發(fā)電方案

經(jīng)初步估算，安裝結(jié)構(gòu)質(zhì)量100 kg，傳動(dòng)裝置質(zhì)量90 kg，發(fā)電機(jī)質(zhì)量620 kg，電子調(diào)速系統(tǒng)及附件質(zhì)量50 kg，80 kW車載取力自發(fā)電系統(tǒng)總質(zhì)量G=860 kg。

2.3 小結(jié)

針對(duì)兩種技術(shù)方案，依據(jù)項(xiàng)目的功能需求和對(duì)電源品質(zhì)、技術(shù)參數(shù)的要求，綜合分析、比較兩種技術(shù)方案的體積、質(zhì)量、性能、成本等因素，考慮項(xiàng)目實(shí)施的可行性和主要設(shè)備的可靠性、維修性，確定采用80 kW車載取力自發(fā)電的供電模式。

3 系統(tǒng)組成及總體結(jié)構(gòu)布局

發(fā)電機(jī)的相數(shù)、功率等級(jí)、額定轉(zhuǎn)數(shù)等因素，直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)的外形尺寸和質(zhì)量，傳統(tǒng)車載軸帶取力自發(fā)電系統(tǒng)，其功率等級(jí)不大于30 kW，發(fā)電機(jī)可以安裝在汽車底盤縱梁之間。大功率車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，功率等級(jí)大于30 kW，汽車底盤縱梁之間沒有足夠的安裝空間，同時(shí)，其安裝方式、防護(hù)等級(jí)、防護(hù)形式、機(jī)體散熱形式等都與傳統(tǒng)車載軸帶發(fā)電機(jī)有較大的差別，因此，需要設(shè)計(jì)新的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和安裝結(jié)構(gòu)。

大功率車載取力自發(fā)電系統(tǒng)主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、取力控制系統(tǒng)、電子調(diào)速系統(tǒng)、通風(fēng)散熱系統(tǒng)、軸帶發(fā)電機(jī)、電機(jī)安裝平臺(tái)及附件等組成，組成框圖見圖4。其中，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、軸帶發(fā)電機(jī)、電機(jī)安裝平臺(tái)和通風(fēng)散熱系統(tǒng)是系統(tǒng)中的重要結(jié)構(gòu)。大功率車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過取力器帶動(dòng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)中間傳動(dòng)裝置，再通過傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)布局主要是結(jié)構(gòu)形式的確定、傳動(dòng)級(jí)數(shù)的確定、傳動(dòng)軸角度的確定、中間傳動(dòng)裝置的布置和安裝平臺(tái)的布置。

圖4 取力發(fā)電系統(tǒng)組成框圖

為縮小安裝空間，提高結(jié)構(gòu)的緊湊性，傳動(dòng)軸、中間傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)和安裝平臺(tái)依次縱向并列排布在底盤兩縱梁的中間和上方。與傳統(tǒng)軸帶自發(fā)電系統(tǒng)相比，大功率車載取力自發(fā)電系統(tǒng)主要組成結(jié)構(gòu)的體積、質(zhì)量和外形尺寸增加的幅度較大，汽車底盤縱梁之間的安裝空間已經(jīng)不能滿足安裝需要。因此，采取空間立體結(jié)構(gòu)的布置形式，取力輸出的動(dòng)力，通過中間傳動(dòng)裝置再傳遞。發(fā)電機(jī)安裝在底盤縱梁上方。

根據(jù)空間結(jié)構(gòu)，為保證布局的緊湊性，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采用二級(jí)傳動(dòng)形式，通過傳動(dòng)軸傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的組合傳動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。取力器與中間傳動(dòng)裝置之間為第一級(jí)，采用傳動(dòng)軸傳動(dòng)；中間傳動(dòng)裝置與發(fā)電機(jī)之間為第二級(jí)，采用傳動(dòng)帶傳動(dòng)。傳動(dòng)系的合理布置可以預(yù)防噪音和振動(dòng)，為了獲得較好的同步性，傳動(dòng)軸兩端鉸接頭必須具有相同的傾角（β1=β2），傾角過大或過小及凸緣角度有誤差（β1≠β2）都可導(dǎo)致傳動(dòng)系產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，并且要避免過大的角度，以免影響自身組件和兩端傳動(dòng)裝置的使用壽命。傳動(dòng)軸系的布置主要有兩種方案，Z形布置方案見圖5（a），W形布置方案見圖5（b），通常Z形布置方案優(yōu)于W形布置方案，可以避免取力器和中間傳動(dòng)裝置的軸承承受較大的載荷。

圖5 傳動(dòng)軸系布置

中間傳動(dòng)裝置的安裝位置和角度，決定傳動(dòng)軸的工作長(zhǎng)度和鉸接頭的傾角，影響發(fā)電機(jī)的安裝位置，決定傳動(dòng)帶的工作長(zhǎng)度和松緊度的調(diào)整。因此，中間傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成可微量調(diào)整結(jié)構(gòu)。

安裝平臺(tái)作為發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)安裝底座，兼顧中間傳動(dòng)裝置的安裝底座，在滿足剛強(qiáng)度的前提下，進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)，保證可調(diào)整傳動(dòng)帶的松緊程度。安裝平臺(tái)主要位于駕駛室后和中后橋的前面，該處的底盤縱梁和橫梁是主要受力區(qū)，承載上裝設(shè)備的主要質(zhì)量，交變應(yīng)力較大。因此，安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)，要參考汽車底盤改裝設(shè)計(jì)手冊(cè)并滿足底盤改裝規(guī)范的要求，充分考慮汽車底盤的結(jié)構(gòu)，安裝位置利用底盤縱梁和橫梁作為安裝支撐梁。安裝孔的設(shè)計(jì)，要考慮以下原則：a.縱梁腹板豎直方向不得有連續(xù)安裝孔；b.嚴(yán)禁在縱梁和橫梁連接的翼緣、軸距間縱梁下翼面及縱梁變截面處鉆孔；c.充分利用已預(yù)留安裝孔或?qū)σ延械目捉?jīng)擴(kuò)鉆后使用；d.應(yīng)盡量減小孔徑，需增大孔徑時(shí)，應(yīng)增大孔間距離；e.孔位方便加工，以提高孔的加工精度。

4 系統(tǒng)重要結(jié)構(gòu)

4.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要用于傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、緊湊，能夠布置在規(guī)定的有限空間內(nèi)。系統(tǒng)主要包括取力器、傳動(dòng)軸、中間傳動(dòng)裝置、傳動(dòng)帶和帶輪等，主要任務(wù)是確定取力形式和系統(tǒng)傳動(dòng)比，確定傳動(dòng)軸的形式并校核，確定傳動(dòng)帶的結(jié)構(gòu)、類型并校核。

4.1.1 取力形式

取力器是從底盤發(fā)動(dòng)機(jī)取得動(dòng)力的裝置，用以驅(qū)動(dòng)各種附加設(shè)備。采用的取力形式主要有變速器取力、分動(dòng)器取力和發(fā)動(dòng)機(jī)取力等[2]。確定取力形式，需綜合考慮系統(tǒng)的工況、荷載范圍、傳遞的功率和扭矩等。變速器取力和分動(dòng)器取力主要用于駐車取力，發(fā)動(dòng)機(jī)取力主要用于行車取力。根據(jù)筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，駐車狀態(tài)取力，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，額定功率不大于24～30 kW時(shí)，主要選擇變速器取力形式；額定功率大于30 kW時(shí)，主要選擇分動(dòng)器取力形式。

80 kW車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，取力器的體積和質(zhì)量較大，變速器取力輸出口周圍沒有足夠的安裝空間，且附加于變速器殼體的力矩較大，接口強(qiáng)度和殼體強(qiáng)度不能滿足使用要求。因此，采用分動(dòng)器取力形式，見圖6。

圖6 分動(dòng)器取力

由于傳遞的功率較大，應(yīng)考慮動(dòng)力傳遞過程中的損耗和連續(xù)式的工作方式，保證取力器具有足夠的安全系數(shù)時(shí)，需按下式計(jì)算校核：

其中，P為取力器傳遞的的功率，kW；M為取力器允許傳遞扭矩，N·m；n為取力器的轉(zhuǎn)速，r/min。

4.1.2 系統(tǒng)傳動(dòng)比

自發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，確定所選用的取力形式以后，需要根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速確定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和取力器的總速比，并合理分配各級(jí)傳動(dòng)的速比。

根據(jù)系統(tǒng)的指標(biāo)要求，發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min。系統(tǒng)布置時(shí)，傳動(dòng)軸、中間傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)進(jìn)行縱向并列排布，以提高結(jié)構(gòu)的緊湊性，縮小各傳動(dòng)裝置的體積和安裝空間；因此，取力器輸出端到發(fā)電機(jī)輸入端按1：1傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，中間傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比為1.0，中間傳動(dòng)裝置輸出端和發(fā)電機(jī)輸入端均采用直徑相等的帶輪進(jìn)行傳動(dòng)。取力器的總速比是指取力器輸出端的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比，由于采用底盤廠家的取力器，因此，由底盤廠家根據(jù)分動(dòng)器和取力器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，保證取力器輸出轉(zhuǎn)速1500 r/min。

確定傳動(dòng)比時(shí)，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)在彈性運(yùn)行范圍內(nèi)，避免在低速下運(yùn)行，綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速和最大扭矩區(qū)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍，以獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

4.1.3 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)

算根據(jù)總體結(jié)構(gòu)布局，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采用傳動(dòng)軸傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的組合傳動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。受底盤空間的影響，取力器和中間傳動(dòng)裝置之間的動(dòng)力傳遞，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)受到局限。傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系的重要傳動(dòng)部件，由花鍵套和花鍵軸組成的滑動(dòng)花鍵副來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)長(zhǎng)度的變化，其作用是連接距離變化且軸線不同心、軸線夾角時(shí)刻變化的兩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，選擇傳動(dòng)軸傳動(dòng)是較好的解決措施。

為利于空間結(jié)構(gòu)布置，滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的輕量化要求，設(shè)計(jì)采用尺寸較小的BJ212傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)汽車設(shè)計(jì)理論，當(dāng)傳動(dòng)軸的工作轉(zhuǎn)速接近于臨界轉(zhuǎn)速，即接近于其彎曲固有振動(dòng)頻率時(shí)，會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，由于振幅急劇增加而極易引起傳動(dòng)軸折斷，為了避免在臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)生共振現(xiàn)象，按下述公式計(jì)校核臨界轉(zhuǎn)速，同時(shí)考慮短時(shí)超速工作情況[3- 4]。

式中，nk為傳動(dòng)軸的臨界轉(zhuǎn)速，r/min；Lc為傳動(dòng)軸的支撐長(zhǎng)度，mm；De為傳動(dòng)軸軸管外徑，mm；de為傳動(dòng)軸軸管內(nèi)徑，mm。

考慮工作的可靠性和安全性，除應(yīng)滿足臨界轉(zhuǎn)速的要求，還應(yīng)保證有足夠的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的計(jì)算校核。

式中，τe為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa；T1為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·mm；[τe] 為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa。

布置、安裝和使用時(shí)，傳動(dòng)軸兩端鉸接頭傾角不大于11°，花鍵套和花鍵軸上兩箭頭標(biāo)記對(duì)正并在同一平面，花鍵套可在花鍵軸上自由滑動(dòng)，同時(shí)在圓周方向應(yīng)感覺不出游隙存在，以保證傳動(dòng)軸的動(dòng)平衡，傳動(dòng)軸布置見圖7。

圖7 傳動(dòng)軸布置

4.1.4 傳動(dòng)帶結(jié)構(gòu)

常用傳動(dòng)帶傳動(dòng)主要包括平帶、V形帶、齒形同步帶等，平帶和V形帶主要依靠漲緊力和摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)，容易打滑而產(chǎn)生丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此在需要精確傳遞速度的情況下，不能采用平帶和V形帶。車載取力自發(fā)電系統(tǒng)，需要對(duì)軸帶發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，保證發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速允許公差范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出穩(wěn)定的頻率、電壓等指標(biāo)參數(shù)。

按照齒形不同，齒形同步帶可以分為梯形齒同步帶和圓弧齒同步帶兩種。梯形齒同步帶，梯形齒應(yīng)力集中在齒根部位，當(dāng)帶輪直徑較小時(shí)，容易出現(xiàn)齒形變形現(xiàn)象，影響與帶輪齒的嚙合，從而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，一般在轉(zhuǎn)速不高的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)或小功率的動(dòng)力傳動(dòng)中使用。圓弧齒同步帶克服了梯形齒同步帶的缺點(diǎn)，均化了應(yīng)力，改善了齒形嚙合。圓弧齒同步帶兼有V帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：a.能實(shí)現(xiàn)較大中心距傳動(dòng)，傳動(dòng)比精確，無滑差；b.傳動(dòng)效率高，可達(dá)98%；c.傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)，噪聲小；d.結(jié)構(gòu)緊湊，無需特別張緊；e.不需要潤(rùn)滑，能在高溫、腐蝕等惡劣環(huán)境下工作。

因此，本傳動(dòng)優(yōu)先采用圓弧齒同步帶。設(shè)計(jì)時(shí)，按下述公式分別計(jì)算傳動(dòng)帶長(zhǎng)度和寬度[5]。

式中，L0p為 節(jié)線長(zhǎng)度，mm；a0為帶輪中心距，mm；d2為大帶輪節(jié)園直徑，mm；d1為小帶輪節(jié)園

式中，bs為帶寬，mm；bs0為選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度，mm；Pd為設(shè)計(jì)功率，kW，Pd= KAP ；KA為工況系數(shù)；P為傳遞的功率，kW；P0為基準(zhǔn)額定功率，kW；KL為 圓弧齒帶長(zhǎng)系數(shù)；Kz為小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)。

根據(jù)傳動(dòng)功率、帶輪轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)用途和載荷性質(zhì)、工況等因素，按照計(jì)算結(jié)果，采用某型圓弧齒同步帶；同時(shí)，按傳遞扭矩、轉(zhuǎn)速和尺寸要求，匹配同型號(hào)的帶輪，以提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率，降低傳動(dòng)噪音。傳動(dòng)帶安裝時(shí)，兩個(gè)帶輪須對(duì)正，帶輪的軸線所在平面須平行，以保證傳動(dòng)帶均勻受

圖8 傳動(dòng)帶布置

4.2 軸帶發(fā)電機(jī)

車載取力自發(fā)電系統(tǒng)采用的軸帶發(fā)電機(jī)，主要有無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)和稀土永磁同步發(fā)電機(jī)兩種形式。稀土永磁同步發(fā)電機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低、運(yùn)行可靠、效率高。無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)具有穩(wěn)態(tài)調(diào)壓精度高、動(dòng)態(tài)反應(yīng)快的特點(diǎn)，接近免維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定性較高；突出優(yōu)點(diǎn)是可以利用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（A.V.R）對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)正常工作過程中，由于負(fù)載變化、轉(zhuǎn)速變化、溫度變化等，發(fā)電機(jī)的電壓有升高或降低的趨勢(shì)時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)這一微小的電壓偏差，迅速地減少或增加勵(lì)磁電流，維持發(fā)電機(jī)的電壓近似不變。由于系統(tǒng)對(duì)供電設(shè)備電壓的穩(wěn)定性要求較高，因此采用無刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)。

軸帶發(fā)電機(jī)的冷卻形式有風(fēng)冷式和水冷式兩種形式，中、小功率的軸帶發(fā)電機(jī)主要采用風(fēng)冷形式；根據(jù)使用工況的不同，較大功率的軸帶發(fā)電機(jī)可以采用風(fēng)冷式或水冷式。風(fēng)冷式軸帶發(fā)電機(jī)，電機(jī)尾端設(shè)有冷卻風(fēng)扇，電機(jī)殼體壓鑄成型，表面設(shè)有散熱槽，采用一次性整體壓鑄成型結(jié)構(gòu)，機(jī)體內(nèi)部熱量通過熱傳導(dǎo)形式，從表面進(jìn)行散熱。風(fēng)冷式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，可靠性高，維修方便。水冷式軸帶發(fā)電機(jī)，在機(jī)殼內(nèi)部設(shè)置循環(huán)管路，同時(shí)，設(shè)置一套冷卻循環(huán)系統(tǒng)，可以選擇不同冷卻液，依靠泵站的動(dòng)力，使冷卻液循環(huán)工作，快速帶走機(jī)體內(nèi)部熱量。水冷式的優(yōu)點(diǎn)是熱量交換較快，冷卻效果好；但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，維修時(shí)間稍長(zhǎng)。考慮系統(tǒng)對(duì)可靠性指標(biāo)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）和維修性指標(biāo)故障平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）的要求，采用風(fēng)冷式軸帶發(fā)電機(jī)。

為了減小體積和質(zhì)量，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，充分利用艙體的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌考慮發(fā)電機(jī)的防塵、防水等結(jié)構(gòu)，軸帶發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)如下：

a. 基本參數(shù)指標(biāo)

額定功率為80 kW；額定電壓為400 V/230 V；額定頻率為50 Hz；功率因數(shù)為0.8（滯后）；相數(shù)/線制為三相四線；額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min；外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為1000/850 mm×500 mm×500 mm；發(fā)電機(jī)質(zhì)量為600 kg。

b.主要電氣性能指標(biāo)[6-7]

穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率為≤±1%；瞬態(tài)電壓調(diào)整率為≤±20%；電壓穩(wěn)定時(shí)間為≤0.5 s；電壓波動(dòng)率為≤1%；穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率為≤±1%；瞬態(tài)頻率調(diào)整率為≤±5%；頻率穩(wěn)定時(shí)間為≤3 s；頻率波動(dòng)率為≤0.5%。

4.3 電機(jī)安裝平臺(tái)

4.3.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

電機(jī)安裝平臺(tái)作為發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)安裝座，兼顧中間傳動(dòng)裝置的安裝座；安裝平臺(tái)采用鉸接調(diào)整式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整傳動(dòng)帶的松緊度。電機(jī)安裝平臺(tái)主要由固定底座、活動(dòng)支撐座、安裝底座、導(dǎo)向限位塊、鉸接軸、鎖定調(diào)整裝置等組成，見圖9。

圖9 電機(jī)安裝平臺(tái)

固定底座與底盤橫梁連接，用于承載發(fā)電機(jī)和各安裝座；活動(dòng)支撐座前部和后部分別通過鎖定調(diào)整裝置和鉸接軸與固定底座連接；安裝底座螺接在活動(dòng)支撐座表面，通過導(dǎo)向限位塊，確保傳動(dòng)帶在松緊度調(diào)整和工作時(shí)，固定穩(wěn)定、可靠；安裝底座用于直接固定軸帶發(fā)電機(jī)。

采用帶傳動(dòng)的系統(tǒng)，需要設(shè)置漲緊機(jī)構(gòu)，以調(diào)整傳動(dòng)帶的松緊度，調(diào)整后要鎖定可靠。本傳動(dòng)采用圓弧齒同步帶，而該型同步帶具有結(jié)構(gòu)緊湊、無需特別漲緊的特點(diǎn)，降低了對(duì)漲緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，同時(shí)，受底盤安裝空間的局限性，調(diào)整操作局部受限，因此，不采用復(fù)雜的漲緊機(jī)構(gòu)，在保證可靠性的前提下，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，通過活動(dòng)支撐座和鎖定調(diào)整裝置，操作簡(jiǎn)單，即可實(shí)現(xiàn)漲緊的功能。

4.3.2 鎖定調(diào)整裝置

鎖定調(diào)整裝置采用鉸接螺旋結(jié)構(gòu)，由三組構(gòu)成，每組包括支座、鉸接軸、調(diào)整螺栓、墊板和上下螺母。安裝時(shí)，調(diào)節(jié)螺母正、反向旋轉(zhuǎn)，可帶動(dòng)活動(dòng)支撐座繞鉸接軸的逆、順時(shí)針翻轉(zhuǎn)，進(jìn)而可以通過調(diào)節(jié)螺母改變兩個(gè)同步帶輪之間的中心距，達(dá)到調(diào)整傳送帶松緊程度的目的，保證發(fā)電機(jī)的正常工作。

調(diào)整螺栓的規(guī)格采用公稱直徑優(yōu)先系第一系列中M20×1.5細(xì)牙螺距螺栓。常用的螺紋防松方法有摩擦防松、機(jī)械防松和永久防松三種。摩擦防松和機(jī)械防松稱為可拆卸防松，永久防松稱為不可拆卸防松，永久防松可靠性高，主要包括點(diǎn)焊、鉚接、粘合等，這種方法在拆卸時(shí)大多要破壞螺紋緊固件，無法重復(fù)使用。常見摩擦防松主要包括墊片、自鎖螺母及雙螺母等。鎖定調(diào)整裝置采用對(duì)頂防松螺母防松結(jié)構(gòu)，雙螺母防松時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)摩擦力面，第一摩擦力面是螺母與被緊固件之間，第二摩擦力面是螺母與螺母之間。安裝時(shí)，第一摩擦力面的預(yù)緊力為第二摩擦力面的80%。在沖擊和振動(dòng)載荷作用時(shí)，第一摩擦力面的摩擦力會(huì)減小和消失，但同時(shí)，第一螺母會(huì)被壓縮導(dǎo)致第二摩擦力面的摩擦力進(jìn)一步加大。螺母松退必須克服第一摩擦力和第二摩擦力，由于第一摩擦力減小的同時(shí)第二摩擦力會(huì)增大，因此，能夠獲得較好的防松效果。

設(shè)計(jì)時(shí)，按下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定螺母的擰緊力矩[8]，嚴(yán)格按照規(guī)定的扭矩進(jìn)行安裝；在試驗(yàn)大綱或驗(yàn)收規(guī)范中，需作為重要檢驗(yàn)項(xiàng)目。

式中，Mmax為大擰緊力矩，N·m；M為標(biāo)準(zhǔn)擰緊力矩，N·m；Mmin為 最小擰緊力矩，N·m；σs為螺紋緊固件的屈服強(qiáng)度，N/mm2；As為螺紋部分有效面積，mm2；d為螺紋公稱直徑，mm；As=[π/4×（d2+ d3） /2]2；d2為 螺紋中徑，mm；d3= d1–H/6，mm；d1為螺紋小徑，mm；H=0.866p，mm；p為螺距，mm。

4.4 通風(fēng)散熱系統(tǒng)

為滿足發(fā)電機(jī)的防雨要求，兼顧整車外形，利用艙體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化布局設(shè)計(jì)。取力發(fā)電機(jī)安裝在駕駛室后部，底盤縱梁上方，并在艙體下方設(shè)置單獨(dú)的安裝區(qū)域；側(cè)面均為艙壁，右側(cè)壁設(shè)置維修門，構(gòu)成合理的封閉式安裝空間。發(fā)電機(jī)的功率較大，工作時(shí)會(huì)散發(fā)較多的熱量，如果散熱不及時(shí)就會(huì)使發(fā)電機(jī)的溫升過快，導(dǎo)致機(jī)體溫度過高，影響其正常工作，無法滿足發(fā)電指標(biāo)要求，嚴(yán)重的會(huì)造成設(shè)備損傷。在封閉的安裝空間，為了保證熱量能夠及時(shí)快速排放，同時(shí)避免出現(xiàn)“窩風(fēng)”現(xiàn)象，設(shè)置強(qiáng)制散熱裝置。

發(fā)電機(jī)的絕緣電阻為安全性關(guān)鍵指標(biāo)，基于大功率發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特殊性，車輛行駛時(shí)需避免迸濺水。所選發(fā)電機(jī)為風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)，在發(fā)電機(jī)一側(cè)的艙底面布置敞開式進(jìn)風(fēng)口，與底盤下部相通，保證足夠的進(jìn)風(fēng)量。發(fā)電機(jī)的機(jī)體依靠自身散熱孔、散熱槽散熱；散熱孔的熱量自動(dòng)排到機(jī)體之外；散熱槽的熱量，依靠機(jī)體尾端的風(fēng)扇排到機(jī)體之外，并在對(duì)應(yīng)的艙壁上設(shè)置防雨型散熱孔；此種結(jié)構(gòu)，可以保證部分熱量，通過底盤下部空間和散熱孔進(jìn)行自然散熱。

設(shè)計(jì)時(shí)，基于熱氣流膨脹上升的流動(dòng)原理，采用下方自然進(jìn)風(fēng)，對(duì)側(cè)上方排風(fēng)的方式，快速排放電機(jī)的熱量，進(jìn)風(fēng)口形式見圖10（a）。為加速氣流流動(dòng)，在維修門上設(shè)置排風(fēng)扇，排風(fēng)扇形式見圖10（b），氣流流動(dòng)方向見圖10（c）。排風(fēng)扇采用2臺(tái)某品牌風(fēng)扇，其主要參數(shù)如下：電壓為AC230 V，頻率為50 Hz，功率為125 W，轉(zhuǎn)速為2320 r/m i n，風(fēng)量為1695m3/h，噪聲為70dB。

圖10 進(jìn)排風(fēng)形式

5 小結(jié)

大功率車載取力發(fā)電系統(tǒng)安裝后，需嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求，進(jìn)行調(diào)試和試驗(yàn)；行駛試驗(yàn)后，傳動(dòng)帶松緊度、傳動(dòng)軸螺栓、發(fā)電機(jī)連接螺栓和鎖緊調(diào)整裝置等要進(jìn)行檢驗(yàn)[9]，同時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，標(biāo)記相應(yīng)顏色的防松標(biāo)識(shí)線。

根據(jù)選用的底盤型號(hào)、發(fā)電機(jī)的功率等級(jí)和冷卻形式等因素，大功率自發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，在額定功率30 kW、50 kW、80 kW、100 kW等系列車載取力自發(fā)電系統(tǒng)中，都已成功應(yīng)用，見圖11（a）～（c）。

圖11 不同等級(jí)大功率自發(fā)電

5 結(jié)語

作為裝備電源的供電模式，大功率車載取力自發(fā)電系統(tǒng)已成功應(yīng)用，充分保障了裝備的野外作業(yè)需要。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，車載取力自發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)也在逐漸向一鍵操作模式、一體化方向發(fā)展，系統(tǒng)的可靠性、維修性得到了較大提高。隨著發(fā)電機(jī)向小型化，大功率方向的不斷演進(jìn)，車載取力自發(fā)電的額定功率等級(jí)也會(huì)越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來越廣泛。大功率車載取力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以提高借鑒，為更多裝備車載取力發(fā)電系統(tǒng)的選擇和參考的依據(jù)。