基于CRUISE防爆矿用车动力总成性能分析

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  摘 要:动力性和燃油经济性是评价防爆矿用车的重要指标,也是产品设计、开发过程中应该重点考虑的因素。本文针对某款防爆矿用车的动力性、经济性,利用AVL-CRUISE软件,建立防爆矿用车动力的传动系统模型,对其动力性能和燃油经济性进行仿真分析。通过整车试验试验,验证AVL-CRUISE软件仿真计算结果。
  關键词:防爆矿用车;防爆柴油机;燃油经济性;CRUISE;最大爬坡度
  0 引言
   随着煤矿机械化开采,井下防爆矿用车有效、机动的特点,提高了煤矿井下人员和锚杆、配件等中小型物资的运输效率,提升了井下运输能力,最大限度配合了机械化开采速度,井下防爆矿用车得到了大批量使用。影响开采速度和运行成本的动力性和燃油经济性两个重要因素,同样作为衡量防爆矿用车重要性能指标,其地位更加凸显。因此对防爆矿用车动力性、燃油经济性的分析、优化至关重要。
   本文利用AVL-CRUISE软件建立整车仿真模型,分析、研究现用防爆矿用车的动力传动系统的匹配及动力性能、经济性能,并通过整车试验试验对比,来验证某款防爆矿用车的设计。
  1 动力性和经济性理论计算
  1.1 整车性能参数
   防爆矿用车作为煤矿井下运输设备,为满足《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》(MT/T989-2006)要求,对发动机装置、制动器等进行了相应的改造,增加了废气处理箱、补水箱、中央制动器的部件,其整车性能参数进行了重新选型匹配。表1为某款防爆矿用车的整车参数。
  1.2 动力传动系统主要零部件性能参数
   防爆矿用车动力传动系统主要由防爆柴油机、离合器、变速箱、中央制动器、驱动桥、湿式制动器等部件组成,其主要性能参数如表2。
  1.3 动力性能理论计算
   防爆矿用车的动力性能主要由最高车速、最大爬坡度两个参数来评价。
   (1)最高车速。防爆矿用车运行在煤矿井下平整硬化的水泥路面,驱动力和行驶阻力达到平衡时,即加速度为0,坡度也为0,柴油机全油门,由动力学公式得最高车速:
   式中:Umax为最高车速,Cd为空气阻力系数,A为迎风面积,Me为柴油机额定扭矩,ig为变速箱各挡位速比,i0为主减速比,G为整车满载质量,f为滚动阻力系数,ηT为总机械传动效率。
   (2)最大爬坡度。防爆矿用车用于煤矿井下复杂路面,部分巷道尤其采掘面附近多为未硬化路面,且随着煤矿开采的深入,巷道的坡度增加,因此整车的最大爬坡能力对防爆矿用车的长期服役影响较大。最大爬坡度的计算如下:
   (3)经济性。随着防爆矿用车的大量应用,其运行费用也占到一定比例,受到各使用方的关注。燃油最高消耗量与柴油机功率有关,可利用汽车等速功率平衡方程求解得到。
  2 整车仿真模型的建立
   利用CRUISE软件提供的车身、发动机、变速箱、离合器、轮胎等组件模块,匹配表1、表2的相关数据参数,搭建整车仿真模块结构示意图如图1。
  3 仿真结果
   经过CRUISE软件对某款防爆矿用车进行动力总成性能仿真,得表3计算结果。
   同时考虑到煤矿井下路面、弯道、坡度、视线等影响,大部分时间运行在20 km~30 km之间,综合动力性能分析,防爆矿用车综合油耗为15.48 L/100 km。
  4 整车试验验证
   为了有效验证CRUISE软件,对此款防爆矿用车进行了整车性能试验,测定最高车速、等速工况油耗,并现场测定最大爬坡度,数据如表4。
  5 总结
   (1)基于CRUISE软件,实现防爆矿用车建模、仿真计算,将其计算结果与整车试验数值对比,数据基本一致。
   (2)仿真分析对设计能起到正向指导的作用,当仿真输入参数与实验参数符合时,仿真模拟的精确度可达到93%以上。
  参考文献:
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