拖拉机传动系加载试验台的设计

邱韶峰黄杰宋涛李晓

拖拉机传动系加载试验台的设计

邱韶峰黄杰宋涛李晓

拖拉机传动系（变速箱及后桥）总装完成后的磨合及检验，是整机质量控制的一个重要环节，可以提前发现并解决一些用户日后使用中可能发生的质量问题，节约维修成本，提高产品的市场信誉。加载试验台可以很好地模拟拖拉机的使用工况，缩短磨合时间并发现一些空载试验检查不出来的质量问题，近年来部分生产企业及检验机构已开始用加载试验台对拖拉机传动系进行加载磨合及检验，因此设计开发一种经济、适用、高效的拖拉机传动系加载试验台有重要的意义。

1.方案的比较与选择

（1）开放式与封闭式方案比较

开放式试验台特点是结构简单、成本低，缺点是能耗大，系统输入的能量全被加载装置消耗掉，不宜进行大功率、长时间的试验，因此拖拉机传动系加载试验台大多采用了封闭式方案。

（2）机械封闭与电封闭方案比较

机械封闭试验台结构是采用电机驱动被试拖拉机传动系统，然后用陪试齿轮箱将动力又接回到电机驱动端。扭矩的加载原理是通过对转速高、扭矩小的转轴进行扭转变形来加载的。机械封闭试验台较电封闭试验台机械结构复杂、通用性差、载荷不易调整且控制精度低，机械封闭试验台现在已很少使用，因此选用电封闭试验台方案。

（3）交流电机方案与直流电机方案比较

首先交流电机比直流电机体积小、价格低、维护保养简单。其次交流电比直流电易于处理及回馈驱动电机使用。交流加载电机产生的交流电通过变频器可直接转换成设定的电压及频率，供交流驱动电机使用。而直流加载电机产生的直流电则首先要经过第一个变频器逆变成交流，再经过第二个变频器整流成所需要电压的直流供驱动直流电机使用。因此电封闭加载试验台普遍选用交流电机进行驱动及加载，这样设备少，成本低。

通过以上比较，1台交流电机驱动，2台交流电机加载，每个电机各用一台变频器进行驱动或加载，3台变频器直流共母线，即“交流发电、直流共母线能量回馈”的电封闭方案具有能量利用率高、投资少、通用性好、使用方便等特点，是拖拉机传动系加载试验台的最佳方案。

2.试验台的组成及工作原理

（1）试验台的总体结构主要由整流器、驱动电机、加载电机、变频器、扭矩转速传感器及计算机控制系统等组成。

（2）系统工作原理

交流电机驱动拖拉机传动系统运转，动力经拖拉机传动系统一系列齿轮、差速器减速升扭后由左、右半轴输出到升速变速箱，经升速箱升速降扭后分别驱动2台加载交流电机运转，加载交流电机又将机械能转化成电能。2台加载交流电机所发交流电，分别经各自的变频器整流成直流电回馈到与驱动交流电机变频器前的直流共用母线上，实现电能的回馈。

2台加载交流电机施加在拖拉机左、右半轴上的载荷/扭矩是由加载交流电机的励磁电流决定的，大小可以通过调整励磁电流来调节，能通过计算机操作控制系统的界面来分别设定。

3.电机、扭矩传感器的选择及参数的确定

（1）驱动交流电机

驱动交流电机选用三相变频调速电机，电机极数可选4极，同步转速1500r/min，其最高转速为3000r/min，大于拖拉机所配发动机的最高转速。驱动交流电机额定功率应略大于最大试验拖拉机的标定功率；若试验台只进行加载磨合试验，则驱动交流电机额定功率只需取最大试验拖拉机标定功率的1/3即可。

（2）加载交流电机

由于拖拉机传动系统减速比非常大，半轴的输出转速很低，扭矩很大，所以在加载电机之前还要采用齿轮升速箱对动力进行升速降扭。设计时应尽量选用额定转速较低的三相变频调速电机，以降低升速箱的传动比。如选用电机极数为10或12的电机，其同步转速分别为600r/min和500 r/min。加载交流电机的额定功率应略大于驱动交流电机额定功率的1/2。

（3）扭矩传感器2、3安装位置及量程的确定

如进行传动效率测试，则扭矩传感器2、3必须安装在拖拉机半轴与升速变速箱之间；若只进行加载磨合和传动系可靠性试验，则扭矩传感器2、3可安装在升速变速箱与加载直流电机之间，这样可以通过降低扭矩传感器量程来降低成本。

受到拖拉机最大使用质量、地面附着系数及各挡位速度的制约，拖拉机不同挡位所能发挥的最大牵引功率相差较大。一般拖拉机在理论速度（8～10）km/h的挡位，发挥最大牵引功率（可达到发动机标定功率的80%左右）；而在最低挡（特别是有爬行挡时），拖拉机发挥不出最大牵引功率（只能达到发动机标定功率的10%左右）。因此扭矩传感器2、3量程的确定不能按驱动交流电机额定功率的1/2及最低挡时扭矩传感器的转速计算确定，应按拖拉机的最大牵引力为基准来计算扭矩传感器的量程。

4.拖拉机传动系加载试验台的应用

传动系加载试验台用于拖拉机出厂磨合，一是能及时发现部分零部件（如箱体、轴承和齿轮）制造及装配质量问题。二是能有效地提高变速箱的清洁度，从而延长零部件寿命，减少液压系统故障。加载试验台已成为拖拉机整机出厂质量控制的重要手段。

加载试验台能有效模拟拖拉机的使用工况，用于拖拉机可靠性考核，能加快可靠性试验进度，缩短试验周期，提高试验效率，节约试验成本，解决了试验田不足、试验周期长、人力物力耗费大等长期困扰检验机构和生产企业的可靠性试验难题。拖拉机传动系加载试验台的推广应用对于提升拖拉机产品质量、加快拖拉机新产品研发进度将起到重要的推动作用。