Стенд для исследования силовых установок транспортных машин

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Адашкевич Владимир Иосифович Белевич Александр Владимирович Красневский Леонид Григорьевич Коломиец Михаил Антонович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Стенд для исследования силовых установок транспортных машин, содержащий силовой привод, механическую трансмиссионную передачу, первый выходной вал которой жестко соединен с устройством торможения, а второй выходной вал через датчик крутящего момента соединен с устройством динамического нагружения, отличающийся тем, Фиг. 1 55142009.08.30 что в кинематической связи между силовым приводом и механической трансмиссионной передачей последовательно установлены датчик крутящего момента и колодочный тормоз, а также дополнительно установлены источник электропитания и подключенный к нему накопитель электрической энергии, причем силовой привод выполнен в виде электропривода мотор-колесо и подключен к шинам источника электропитания, а устройство динамического нагружения выполнено в виде машины постоянного тока с независимым возбуждением, регулятора и датчика крутящего момента, при этом якорь машины постоянного тока соединен с первым и вторым силовыми выводами регулятора, вход регулятора соединен с датчиками крутящего момента, его третий и четвертый силовые выводы подключены к обмотке возбуждения, а третий и пятый силовые выводы связаны с шинами электропитания.(56) 1. Патент 2002123027, МПК 0131/00, 2005. 2. А.с.211846, МПК 0131/00, 1968. 3. Патент 20021071, МПК 01 М 13/02, 2006. Полезная модель относится к испытательной технике для транспортного машиностроения и может быть использована для определения технических характеристик гибридных трансмиссий мобильных машин с электроприводом типа мотор-колесо. Известен стенд для исследования электрических машин 1, содержащий источник питания, приводной электродвигатель с силовым тиристорным блоком, исследуемый электропривод, механически связанный с приводным электродвигателем и синхронным тахогенератором, используемым в качестве датчика частоты вращения, и блок управления,обеспечивающий задание режимов вращения и торможения испытываемого электропривода. К недостаткам данного стенда можно отнести ограниченные функциональные возможности для испытания силовых установок транспортных машин. Известен универсальный стенд для испытаний электропривода транспортных машин с мотор-колесами 2, содержащий электропривод мотор-колеса транспортной машины, механически связанный через измеритель крутящего момента с входным валом центрального редуктора, к выходному валу которого присоединен раздаточный редуктор, первый выходной вал которого соединен с первой нагрузочной машиной, а второй выходной вал связан со второй нагрузочной машиной через маховую массу, частота вращения моторколеса измеряется тахогенератором, установленным на центральном редукторе. Воспроизведение нагрузок, обусловленных сопротивлением движению автомобиля, обеспечивается созданием на валу мотор-колеса транспортной машины тормозного крутящего момента посредством нагрузочных машин, работающих в генераторном режиме. При этом первая нагрузочная машина создает постоянную составляющую нагрузочного момента, а вторая нагрузочная машина создает переменную составляющую нагрузочного момента,связанную с изменением сопротивления движению автомобиля от его скорости. Маховая масса, связанная с валом второй нагрузочной машины, обеспечивает имитацию динамической составляющей нагрузочного момента. Ее момент инерции соответствует приведенной к валу массы транспортной машины. Работа нагрузочных машин программируется в соответствии с имитацией основных режимов движения транспортной машины (пуск,торможение, движение с установившейся скоростью). К недостаткам данного стенда можно отнести ограниченные функциональные возможности для проведения испытаний электропривода транспортных машин с мотор-колесами в составе гибридных силовых установок. Из известных аналогов предлагаемому устройству наиболее близким по технической сущности является стенд для исследования транспортных машин 3, содержащий сило 2 55142009.08.30 вой привод, механическую многоступенчатую передачу, нагрузочное устройство, элементы кинематической связи этих устройств между собой и с датчиком крутящего момента. Нагрузочное устройство стенда выполнено в виде тормоза, обеспечивающего нагружение силового привода и трансмиссии статическим моментом, и инерционного маховика, имитирующего динамическую нагрузку в переходных режимах. К недостаткам данного стенда можно отнести ограниченные функциональные возможности, связанные с исследованием транспортных машин с гибридной силовой установкой и электроприводом типа мотор-колесо. Задачей настоящего технического решения является расширение функциональных возможностей стенда для исследования силовых установок транспортных машин посредством обеспечения испытаний силовых установок гибридного типа с электроприводом мотор-колесами, моделирования режимов трогания, торможения на упор и возможностью изменения имитационной приведенной массы автомобиля. Поставленная задача в устройстве решается тем, что в предлагаемом стенде для исследования силовых установок транспортных машин, содержащем силовой привод, механическую трансмиссионную передачу, первый выходной вал которой жестко соединен с устройством торможения, а второй выходной вал через датчик крутящего момента соединен с устройством динамического нагружения, причем, согласно техническому решению, в кинематической связи между силовым приводом и механической трансмиссионной передачей последовательно установлены датчик крутящего момента и колодочный тормоз, а также дополнительно установлены источник электропитания, накопитель электрической энергии, своими выводами подключенный к шинам источника электропитания, причем силовой привод выполнен в виде электропривода мотор-колесо и подключен к шинам источника электропитания, а устройство динамического нагружения выполнено в виде машины постоянного тока с независимым возбуждением, регулятора и датчика крутящего момента, при этом якорь машины постоянного тока соединен с первым и вторым силовыми выводами регулятора, вход регулятора по информационной шине соединен с датчиками крутящего момента, его третий и четвертый силовые выводы подключены к обмотке возбуждения, а третий и пятый силовые выводы связаны с шинами электропитания. На фиг. 1 представлена структурная схема стенда для исследования силовых установок транспортных машин. На фиг. 2 - структурная схема регулятора. Стенд (фиг. 1) содержит механическую трансмиссионную передачу 1, электропривод мотор-колесо 2, выходной вал которого через датчик 3 крутящего момента и колодочный тормоз 4 соединен с входным валом механической трансмиссионной передачи 1, первый выходной вал которой связан с устройством 5 торможения, а второй - через датчик 6 крутящего момента с машиной 7 постоянного тока, якорные обмотки которой присоединены к первому и второму выводам регулятора 8, обмотка 9 возбуждения присоединена к третьему и четвертому выводам регулятора 8, связанного по информационной шине 10 с датчиками 3, 6 крутящего момента, а третьим и пятым силовыми выводами по шинам электропитания 11 с накопителем 12 электроэнергии, электроприводом мотор-колесо 2 и источником 13 электропитания. Регулятор 8 (фиг. 2) стенда содержит драйвер 14 ключей, управляющие выводы которого соединены с электронными ключами Т 1, Т 2, Т 3, Т 4, а вход соединен с датчиком 15 тока. Микропроцессорный контроллер 16 связан по интерфейсу 17 с драйвером 14 ключей и выходом управления с силовым электронным ключом 18. Сигналы от датчиков момента 3 и 6 поступают на микропроцессорный контроллер 16 по информационной шине 10. Стенд работает следующим образом. Перед началом проведения исследований накопитель 12 электроэнергии заряжен до уровня напряжения на шинах электропитания, колодочный тормоз 4 находится в заторможенном состоянии, машина 7 постоянного тока находится в режиме задания тока противовключения с отключенной посредством силово 3 55142009.08.30 го электронного ключа 18 обмоткой 9 возбуждения. Контроль и поддержание тока противовключения (тока якоря машины 7 постоянного тока - первый и второй выводы регулятора 9) осуществляется драйвером 14 по сигналу датчика 15 тока посредством коммутации электронных ключей Т 1-Т 4 или Т 2-Т 3 в зависимости от выбранного направления тормозного момента. Коммутация электронных ключей производится в режиме широтно-импульсной модуляции, обеспечивающей задание и далее регулирование тока якоря машины 7 постоянного тока в соответствии с характеристикой, задаваемой микропроцессорным контроллером 16. Величина тормозного динамического момента на электропривод мотор-колесо 2, имитирующего инерционную массу транспортной машины,создается машиной 7 постоянного тока пропорционально величине тока якоря и магнитному потоку возбуждения. Стенд оснащен информационно-управляющей системой (не показана), которая обеспечивает измерение и регистрацию необходимых параметров эксперимента в режиме реального времени, а именно частоты вращения и суммарного крутящего момента на валу электропривода мотор-колесо 2, динамического крутящего момента на валу машины 7 постоянного тока, значений электрических величин напряжения и токов по шинам силового питания 11 - к силовому приводу 2, накопителю 12 электроэнергии и регулятору 8. Система обеспечивает обработку этих данных и вычисление производных параметров - мощности, ускорения, расходов энергии, тяговых характеристик транспортной машины,оснащенной данным типом привода. Информационно-управляющая система программирует работу электропривода мотор-колесо 2, колодочного тормоза 4, устройства 5 торможения, регулятора 8 и тем самым формирует испытательную циклограмму работы силовой установки транспортной машины. Реализация элементарного модуля заданной испытательной циклограммы, состоящего из разгона, установившегося движения и торможения силового привода происходит следующим образом. На валу механической трансмиссионной передачи 1, связанной с валом машины 7 постоянного тока, посредством включения обмотки 9 возбуждения задается начальный тормозной момент, который контролируется датчиком 6 момента, установленным на этом валу. Величина этого задаваемого крутящего момента определяет имитируемое значение инерционной массы автомобиля. На электропривод мотор-колесо 2 подается команда на вращение до заданной скорости. При достижении крутящего момента, контролируемого датчиком 3 на валу силового привода 2 значения момента трогания(имитация сил трения покоя автомобиля), колодочный тормоз 4 растормаживается и начинается разгон электропривода мотор-колесо 2. После этого машина 7 постоянного тока начинает создавать динамический тормозной момент, изменяющийся пропорционально производной от частоты вращения вала электропривода мотор-колесо 2. При достижении электроприводом мотор-колесо 2 установившегося режима по скорости формирование динамического тормозного момента посредством регулирования тока якоря машины 7 постоянного тока и отключением обмотки 9 возбуждения завершается. Крутящий момент на ее валу достигает минимально возможного значения. В свою очередь и далее устройство 5 торможения через механическую трансмиссионную передачу 1 создает статический тормозной момент, имитирующий сопротивление движению транспортного средства, обусловленное силой трения качения колес, силами трения в узлах автомобиля и силой лобового аэродинамического сопротивления. По окончании заданного времени установившегося режима движения электропривода мотор-колесо 2 система управления выдает команды на режим торможения. При этом электропривод мотор-колесо 2 переводится в режим рекуперации, устройство 5 торможения продолжает создавать статический тормозной момент, а машина 7 постоянного тока переводится в двигательный режим с начальным активным крутящим моментом, контролируемым датчиком 6 на ее валу,соответствующим динамическому моменту, имитирующему инерционную массу транспортного средства. Затем активный крутящий момент, создаваемый машиной 7 постоян 4 55142009.08.30 ного тока, регулируется на уменьшение по экспоненте до остановки электропривод моторколесо 2. Это достигается посредством управления током якоря электронными ключами Т 1 Т 4 от микропроцессорного контроллера 16 по интерфейсу 17 через драйвер 14 по сигналам датчика 15 тока ключей. При этом электропривод мотор-колесо 2 в режиме генерации энергии производит зарядку накопителя 12 электроэнергии. Далее, для формирования полной испытательной циклограммы, задается (аналогично вышеприведенному) следующий элементарный модуль нагружения с другими временными и силовыми параметрами работы силовой установки транспортной машины. В процессе нагружения по принятой циклограмме осуществляется оценка энергетических характеристик силовой установки посредством вычисления потребленной электроприводом мотор-колесо и накопленной в накопителе энергии. Стенд также позволяет определять максимальное значение крутящего момента на валу электропривода мотор-колесо при его полным затормаживании (работа на упор) колодочным тормозом, а также К.П.Д. силовой установки посредством вращения или торможения электропривода мотор-колесо машиной постоянного тока с контролем механической мощности датчиками крутящего момента на валах и электрической мощности на накопителе. Применение машины постоянного тока со специальным регулятором и датчиками крутящего момента позволяет создавать изменяемый по величине динамический момент,имитирующий различные инерционные массы, что существенно расширяет функциональные возможности стенда в части испытания машины с различной загрузкой и разных моделей машин. Стенд позволяет получать экспериментальные данные по характеристикам силовых установок транспортных машин как обычного типа, так и гибридных с электроприводом мотор-колесами, обеспечивая при этом натурное моделирование эксплуатационных режимов транспортной машины во всем диапазоне нагрузок. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5