自走式雙軌道果園運輸機驅動輪對特性分析與試驗研究.pdf

1、在7YGD-35型自走式單軌運輸機、7YGS-45型自走式雙軌運輸機、7YGDQ-50型牽引式單軌運輸機和7YGWQ-50型牽引式無軌運輸機等四種機型中，自走式雙軌運輸機的工作條件更復雜，對運輸機本身的性能要求更高，因此在運輸機的運行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性，驅動部件的驅動特性和磨損機理等方面的問題深入開展研究，以實現(xiàn)運輸機的安全高效運行，具有實際意義。為解決自走式雙軌運輸機運輸機的運行參數(shù)和結構參數(shù)的優(yōu)化問題難以進行測試和分析的問題，構建了試驗

2、平臺，可用于分析運輸機的不同輪對結構參數(shù)在載重、預緊力、運行速度和坡度角度等運行參數(shù)不同情況下，主軸扭矩、轉速、驅動輪槽磨損率、鋼絲繩打滑率等指標的變化情況，以及運輸機的運行速度和振動情況。該平臺還可用于測試其他小型軌道運輸機整體性能參數(shù)，為運輸機運行性能的優(yōu)化提供試驗條件和理論分析依據(jù)。具體進行了如下研究工作：
　　 (1)根據(jù)實際需要搭建了運輸機自動控制試驗平臺，試驗平臺主要由機架部分、自動控制系統(tǒng)部分和測試系統(tǒng)部分等組成。

3、通過選擇合適的變頻電機、變頻器、PLC等關鍵硬件，完成電路設計；采用模糊PI控制器，在西門子Step-7編寫環(huán)境編譯中完成系統(tǒng)的PLC程序設計；在Eviews編輯軟件EV500中完成界面設計。經(jīng)過不斷調整，在緊急停止、緊急起動、速度瞬時改變、貨物偏置、貨物隨機滾動等多種條件的變化條件下，該系統(tǒng)均能穩(wěn)定的運行，速度均勻，試驗平臺振動很小，運輸車本身的振動也很小，完全能滿足測試試驗要求。
　　 (2)測試系統(tǒng)主要包括果園運輸車、轉矩

4、轉速傳感器、電渦流傳感器、旋轉編碼器、加速度傳感器和位移傳感器等測試元件，以及數(shù)據(jù)采集儀器、計算機和測試軟件等。在不破壞原車體結構或盡可能少的增加部件的原則下，在運輸機上加裝多種測試部件，對主動軸的轉矩和轉速、被動軸的轉矩和轉速、導向輪轉速、主動軸驅動輪對輪槽磨損量、被動軸驅動輪對輪槽磨損量、整車振動加速度等多種物理量進行測量，分別用不同的傳感器轉換為電信號并用數(shù)模轉換器轉換為計算機所能處理的信號，由接在PC機外的A/D數(shù)據(jù)采集卡及相應

5、的數(shù)據(jù)采集軟件組成采集系統(tǒng)獲取信號，最后由PC機處理后顯示出來，同時對測量數(shù)據(jù)的進行可追溯的存儲，采集與處理軟件保證了數(shù)據(jù)采集可以以多種方便、實用的方法進行，同時可以實時或者歷史的保存數(shù)據(jù)文件以及離線處理數(shù)據(jù)。
　　 (3)針對自走式雙軌道果園運輸機中用于驅動的鋼絲繩和驅動輪對為對象，通過分析鋼絲繩與驅動輪對輪槽接觸面的附加摩擦力，求解影響主動軸扭矩的最佳運行參數(shù)。分析了運輸機的驅動輪對槽的個數(shù)、中心距α、驅動輪半徑r和包角αh

6、、預緊力F等主要參數(shù)對主軸扭矩的影響，建立了各參數(shù)和主軸扭矩的函數(shù)關系，并利用遺傳算法進行尋優(yōu)，找出最優(yōu)結構參數(shù)組合為預緊力為130N，槽個數(shù)為4個，中心距0.3058m，驅動輪半徑0.0995m，主軸扭矩390N·m，包角α1=131.237°進行了運行參數(shù)對主軸扭矩影響的試驗研究，測試了電機速度、負載、坡度、預緊力等參數(shù)對主軸扭矩影響的數(shù)據(jù)，分別采用單一變量法，在分析每個因素對主軸的影響時，分別將另外三個因素設為常值。試驗結果表明：

7、電機頻率在15H或30Hz時主軸扭矩較平穩(wěn)，且能保證足夠的扭矩；負載增加時主軸扭矩也會逐漸增加，但是當負載增加到一定程度時主軸扭矩變化已不明顯，當負載不能無限增加，否則主軸扭矩不會增加，輪對出現(xiàn)打滑；當坡度從5°到45°時，主軸扭矩呈上升趨勢；預緊力對主軸扭矩影響不顯著。
　　 (4)通過對鋼絲繩傳動的緊邊松邊拉力和應變的關系分析，建立驅動輪對打滑率的數(shù)學模型，得出打滑率與驅動輪半徑、預緊力、中心距等參數(shù)之間的關系，并對打滑率變

8、化情況進行仿真分析。我們認為打滑率主要是由鋼絲繩的形變使得輪對之間產生速度差引起的，而影響鋼絲繩形變的因素主要有包角α、預緊力F0、鋼絲繩的彈性模量E、鋼絲繩與驅動輪的接觸弧長度L、鋼絲繩的截面積A、驅動輪半徑r1、驅動輪中心距L0、鋼絲繩直徑d，對上述因素綜合分析建立了其與打滑率ε%間的函數(shù)關系，利用matlab編程得到不同條件下打滑率的變化，得到如下結論：驅動輪的半徑和打滑率呈非線性關系，隨著半徑增加，輪對打滑率逐漸下降；預緊力與打

9、滑率呈線性關系，說明預緊力越大，鋼絲繩形變量越大；中心距與打滑率呈非線性關系，即中心距越大，由于包角增大，打滑率下降，與實際情況相符；在r1一定時，L0增加，ε%增加；在L0一定時，r1增加，ε%減小。在對驅動輪對打滑率進行試驗研究時，通過方差分析我們發(fā)現(xiàn)，負載對電機與驅動輪之間的打滑率的影響最為顯著，其他三個因素雖然對打滑率也有所影響，但作用不明顯；負載和坡度對驅動輪和從動輪之間的打滑率的影響較大，其余兩個對打滑率沒有顯著影響；負載和

10、坡度對從動輪與導向輪之間的打滑率的影響較大，另外兩個因素對打滑率的影響較小。
　　 (5)分別利用電渦流傳感器和激光位移傳感器測量位移來確定磨損的情況，試驗表明兩種方法測量的數(shù)據(jù)都呈現(xiàn)相相同的規(guī)律，隨著試驗次數(shù)的增多，磨損量特征參數(shù)值增大，符合磨合階段、穩(wěn)定磨損階段以及劇烈磨損階段的三個磨損階段特征。在前3年中，驅動輪對基本處于磨合階段，驅動輪對與鋼絲繩正在互相適應，磨損量變化大。第4～7年間，磨損量變化緩慢，即驅動輪對逐漸進入

11、穩(wěn)定磨損階段，驅動輪對的磨損都屬于正常磨損。說明驅動輪對的磨損比較小，壽命比較長。
　　 (6)利用MTC鋼絲繩電腦探傷儀進行鋼絲繩磨損檢測試驗，第一根鋼絲繩經(jīng)過3組試驗，嚴重破壞，導致運輸機不能運行；第二根鋼絲繩經(jīng)過4組試驗后，嚴重破壞，導致運輸機不能運行，估算鋼絲繩循環(huán)使用約為500-800來回，相當于一根鋼絲繩大約可以使使用3-4年。從鋼絲繩的LF和LMA數(shù)據(jù)和曲線看出，隨著磨損試驗的進行，總斷絲數(shù)、最大斷絲數(shù)、捻距內累計