全挂式牵引性能测试系统及其试验方法
阅读说明：本技术 全挂式牵引性能测试系统及其试验方法 (Full-hanging type traction performance testing system and testing method thereof ) 是由 贾方 王宁毅 潘华磊 李华雷 刘琨 张琳琳 郭蕊蕊 胡豪 万继武 王伟伟 于 2021-04-01 设计创作，主要内容包括：全挂式牵引性能测试系统及其试验方法,包括：被试车辆,牵引架,挂车转盘,底盘,电阻器,发电机组,强电柜,采集箱,电机控制器,油箱,驻车制动系统,油耗仪,冷却系统,拉力传感器,销轴,编码器,加载桥,连接梁；被试车辆通过销轴与牵引架连接,牵引架通过挂车转盘与底盘连接,电阻器、发电机组、强电柜、采集箱、电机控制器、油箱、驻车制动系统、油耗仪、冷却系统依次通过螺钉固定在底盘上部。本发明提供了一种全挂式牵引性能测试系统及其试验方法,采用盘式永磁同步电机,四象限变频轮边电机直接驱动,无需变速箱、分动箱、传动轴等传统机械结构,极大的提高了使用效率,优选出的试验方法有效地保证了测试系统的测试精度。(The full-hanging type traction performance test system and the test method thereof comprise the following steps: the device comprises a tested vehicle, a traction frame, a trailer turntable, a chassis, a resistor, a generator set, a strong power cabinet, a collection box, a motor controller, an oil tank, a parking braking system, an oil consumption meter, a cooling system, a tension sensor, a pin shaft, an encoder, a loading bridge and a connecting beam; the tested vehicle is connected with the traction frame through a pin shaft, the traction frame is connected with the chassis through a trailer turntable, and the resistor, the generator set, the strong cabinet, the collection box, the motor controller, the oil tank, the parking braking system, the oil consumption meter and the cooling system are sequentially fixed on the upper portion of the chassis through screws. The invention provides a full-hanging type traction performance testing system and a testing method thereof, wherein a disc type permanent magnet synchronous motor and a four-quadrant variable frequency wheel-side motor are directly driven without traditional mechanical structures such as a gearbox, a transfer case, a transmission shaft and the like, the use efficiency is greatly improved, and the testing precision of the testing system is effectively ensured by the optimized testing method.)
技术领域
本发明属于农业装备整机生产、试验检测领域，涉及一种全挂式牵引性能测试系统及其试验方法。
背景技术
目前，常见的车辆牵引性能测试，基本都是采用被试车辆牵引负荷车的方式进行牵引力的测量，负荷车就是可施加牵引载荷的特种车辆。现有技术中常见的负荷车通常都是由拖拉机、工程机械、通用卡车或低速汽车等车辆改装而成。在改装车辆上添加电力测功机、电涡流测功机或液压加载系统即可实现牵引加载。
但是，这种设计方式在使用过程中主要存在以下几个缺点：第一，由上述车辆改装而成的负荷车在做牵引试验时，需要配备专业负荷车驾驶员，测量结果易受人员技术水平影响；第二，由上述车辆改装而成的负荷车在做牵引试验时，因此类负荷车无法产生驱动力以克服自身重量产生的阻力，故此类负荷车难以实现零载荷牵引试验，对被试车辆的功率大小有一定的限制；第三，由上述车辆改装而成的负荷车在做牵引试验时，达到稳态测量所需时间较长，效率不高；第四，由上述车辆改装而成的负荷车一般需要配备专用分动箱，以匹配测功机加载转速要求；这种结构能量损失大，加工制造精度要求高，价格昂贵。另外在不同车速下试验时为确保加载系统不超速，要不时变换升速箱挡位，使得操作麻烦，影响测试结果。
国家知识产权局于2020年8月28日公布的发明专利申请“一种拖拉机牵引负荷移动测试系统及方法”，专利申请号为：202010484952 .0，专利申请日为：2020年6月1日，公告号：CN111595594A。该发明申请公开了一种拖拉机牵引负荷移动测试系统及方法。其中，所述系统包括：分动箱、液压马达、液压控制机构和液压动力源，液压马达连通液压控制机构，液压控制机构连通液压动力源，液压控制机构能够控制液压马达的转动，液压马达的输出端连通分动箱，分动箱用于连通负荷车的行走系，分动箱还能够用于连通负荷车的变速箱。该牵引负荷移动测试系统所用负荷车就是由车辆改装而成，通过液压系统实现牵引加载。液压加载系统与负荷车的行走系统通过分动箱连接，这样就不可避免的会造成部分能量损失且操作复杂。另外采用液压系统加载，也不可避免的会存在液压油泄露、抗污染能力差、对温度变化敏感等缺点。
目前市场上常用的另外一种负荷车结构为：改造通用卡车底盘，然后安装电力测功机，电力测功机与卡车行走系统通过分动箱连接。此类负荷车加载范围受限于电力测功机，如国家拖拉机质量监督检验中心及农业部农业机械试验鉴定总站目前使用的200kN负荷车即为此类结构。该负荷车最大加载能力可达200kN，最小加载能力为20kN，故小功率的拖拉机无法使用该负荷车进行牵引功率试验。
牵引功率试验的特殊性要求负荷车在低车速时给出最大的牵引力负荷，高车速时给出较小的牵引力负荷。而国内外其他厂家采用的电涡流测功机在低速时扭矩非常小，转速达到1960转/分以上才能达到额定扭矩，转速达到5000转/分以上才能达到额定功率，要求使用时增加额外的升速箱才能满足要求，高速工况的后果是振动大，噪声大，对测功机轴承的润滑要求高，轴承寿命短。同时，由于升速比太大，在不同车速下试验时为确保加载系统不超速，要不时变换升速箱挡位，使得操作麻烦，影响测试结果。。
基于上述情况，本申请提供了一种全挂式牵引性能测试系统及其试验方法，采用盘式永磁同步电机，四象限变频轮边电机直接驱动，无需变速箱、分动箱、传动轴等传统机械结构，极大的提高了使用效率，保证了测试精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全挂式牵引性能测试系统及其试验方法，负荷车整体采用全挂车方式设计，牵引功率试验时负荷车可随被试车辆被动行驶，无需负荷车驾驶员。负荷车采用盘式永磁同步电机，四象限变频轮边电机直接驱动，无需变速箱、分动箱、传动轴等传统机械结构，使得负荷车的使用效率得到了极大提高。
本发明由以下技术方案达到上述目的：全挂式牵引性能测试系统，包括：被试车辆，牵引架，挂车转盘，底盘，电阻器，发电机组，强电柜，采集箱，电机控制器，油箱，驻车制动系统，油耗仪，冷却系统，拉力传感器，销轴，编码器，加载桥，连接梁；被试车辆通过销轴与牵引架连接，牵引架通过挂车转盘与底盘连接，电阻器、发电机组、强电柜、采集箱、电机控制器、油箱、驻车制动系统、油耗仪、冷却系统依次通过螺钉固定在底盘上部。
所述被试车辆的车轮中心安装有编码器。
所述牵引架内通过销轴安装有拉力传感器。
所述底盘下部安装有连接梁、两个加载桥；两个加载桥通过连接梁连接。
所述加载桥包含两个盘式永磁同步电机，两个电机相互独立，单独控制。
所述全挂式牵引性能测试系统的试验方法如下：
【1】试验开始前，旋转发电机组的钥匙启动开关，启动发电机组；
【2】发电机组启动后，依次按下发电机组上的电源开关按钮、油泵启动按钮、驻车解除按钮、变频器启动按钮，然后再旋转冷却系统启停旋钮、散热系统启停按钮至开启状态；
【3】将被试车辆置于牵引架前，通过牵引架上的“牵引架上升”与 “牵引架下降”按钮，调节牵引架的离地高度，直至牵引架的高度与被试车辆1的牵引点高度一致，然后插上销轴；
【4】将编码器通过磁铁安装至被试车辆的车轮中心；
【5】连接油耗仪管路；
【6】操作人员将负荷车操作模式控制旋钮旋转至自动模式；
【7】驾驶员驾驶被试车辆，以一个低速挡位稳速在专用测试跑道行驶；
【8】操作人员远程控制操作界面，以手动或自动方式缓慢增加负荷车加载能力，直至测量出该挡位的牵引功率、牵引力、滑转率、油耗等测量参数；
【9】该挡位测量完毕后，卸载，直至为0，然后提示驾驶员更换被试车辆另一挡位，然后稳速行驶；
【10】重复步骤【8】、步骤【9】操作，直至测量出该被试车辆最大牵引功率的挡位；
【11】若被试车辆的牵引力或某一挡位的牵引力无法克服负荷车自身与地面的摩擦力，此时操作人员远程控制操作界面，将加载电机调至驱动模式，此时加载电机给负荷车提供一个驱动力，以克服部分摩擦力；
【12】操作人员缓慢调节加载电机驱动力的大小，至被试车辆达被测试状态，直至测量出该被试车辆或该挡位的牵引功率、牵引力、滑转率、油耗等测量参数；
【13】重复步骤【11】、步骤【12】操作，直至测量出该被试车辆最大牵引功率的挡位；
【14】试验完成后，驾驶员驾驶被试车辆将负荷车牵引至停放位置附近，然后去掉销轴；
【15】操作人员将负荷车操作模式控制旋钮旋转至手动模式；
【16】操作人员操作负荷车遥控器，控制负荷车各加载电机正转或反转，依次控制负荷车的前进、后退、转弯，直至负荷车完成入库；
【17】入库完成后，首先按下驻车制动按钮，确保负荷车处于制动状态，然后依次按下变频器停止、油泵停止按钮，然后再旋转冷却系统启停旋钮、散热系统启停按钮至停止状态；
【18】最后旋转发电机组启停旋钮至停止状态，关闭发电机组。
本发明采用上述技术方案后可达到如下的有益效果：
（1）采用加载桥式盘式永磁同步电机加载，加载能力强、余量范围大、不需要串联或并联多余的系统增加功率，保证了系统的简洁、可靠，方便长时间进行各种试验；
（2）负荷车可实现零牵引力试验，满足全功率连续加载的要求；
（3）负荷车不仅能完成牵引功率测试试验，还具有遥控前进、后退、转向功能，极大的扩展了该负荷车的使用场景，使用方便性得到极大提高；
（4）负荷车无需驾驶员机上操作，彻底避免了试验过程中人为影响因素对试验结果的影响；
（5）负荷车采用无线通讯技术，负荷车车体无需配备操作室，有效降低了负荷车整车尺寸，负荷车使用性得到极大提高。
附图说明
图1为本发明全挂式牵引性能测试系统负荷车的主视结构示意图；
图2为本发明全挂式牵引性能测试系统负荷车的俯视结构示意图；
图3为本发明全挂式牵引性能测试系统负荷车的后视结构示意图。
图中：1. 被试车辆、2. 牵引架、3. 挂车转盘、4. 底盘、5. 电阻器、6. 发电机组、7. 强电柜、8. 采集箱、9. 电机控制器、10. 油箱、11. 驻车制动系统、12. 油耗仪、13. 冷却系统、14. 拉力传感器、15. 销轴、16. 编码器、17. 加载桥、18. 连接梁。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。如图1~3所示，全挂式牵引性能测试系统，包括：被试车辆1，牵引架2，挂车转盘3，底盘4，电阻器5，发电机组6，强电柜7，采集箱8，电机控制器9，油箱10，驻车制动系统11，油耗仪12，冷却系统13，拉力传感器14，销轴15，编码器16，加载桥17，连接梁18。
被试车辆1通过销轴15与牵引架2连接，牵引架2通过电机、丝杠等机构实现无级上下移动，以适应不同被试车辆牵引架2的高度。牵引架2通过挂车转盘3与底盘4连接，挂车转盘3采用标准牵引杆挂车转盘，强度高且易于更换。
电阻器5、发电机组6、强电柜7、采集箱8、电机控制器9、油箱10、驻车制动系统11、油耗仪12、冷却系统13依次通过螺钉固定在底盘4上。试验过程中，当发电机组6的加载电机处于加载状态时，加载电机处于发电状态，所发电能通过电阻器5转换成热能消耗掉；发电机组6不仅为全负荷车的控制系统提供动力，还为负荷车遥控行驶提供动力；采集箱8内部安装有数据采集模块、无线通讯模块等，用于采集、传输试验过程中各项试验数据；驻车制动系统11主要用于负荷车停车制动，以防止负荷车停车时移动，提高负荷车整体安全性；冷却系统13为水冷系统，主要为电机控制器9、加载桥17冷却，防止试验时温度过高而造成元器件的损伤。
拉力传感器14通过销轴15安装在牵引架2内，编码器16通过磁铁安装在被试车辆1的车轮中心，加载桥17通过连接梁18与底盘4连接。编码器16主要用于被试车辆1在试验时的滑转率；加载桥17包含两个盘式永磁同步电机，两个电机相互独立，单独控制。
本发明的负荷车采用盘式永磁同步电机加载，具有加载能力强、余量范围大的特点，加载功率耗散于外部的电阻器5上，加载余量大，加载扭矩热漂移小。
负荷车独立行驶、转弯功能实现：因本负荷车采用全挂车式设计思路，负荷车停放时如依靠被试车辆1停放就位，存在很大困难，故本发明的负荷车具有独立自主行驶、转弯功能。实现该功能时，发电机组6为加载电机提供动力，当遥控控制负荷车加载桥17的两个电机旋转方向和旋转速度一致，负荷车实现前进或后退功能；当遥控控制负荷车加载桥17的两个电机旋转方向相反、旋转速度一致时，负荷车实现转弯功能。
负荷车零牵引力、全功率加载功能实现：当被试车辆1的牵引力或被试车辆1某一挡位的牵引力不足以牵引负荷车行驶时，电机控制器9控制加载电机变成驱动电机，给负荷车提供一个驱动力，驱动负荷车行驶。当加载电机提供的驱动力完全克服掉负荷车自身行驶阻力且行驶速度与被试车辆1一致时，即可实现零牵引力加载试验。全功率加载功能实现方式与上述方式一致。
全挂式牵引性能测试系统的试验方法如下：
【1】试验开始前，旋转发电机组6的钥匙启动开关，启动发电机组6；发电机组6启动开关经过引出放置于易于人员操作位置，避免操作人员攀爬至负荷车车体上方启动发电机组6，负荷车可操作性得到极大提高。
【2】发电机组6启动后，依次按下发电机组6上的电源开关按钮、油泵启动按钮、驻车解除按钮、变频器启动按钮，然后再旋转冷却系统启停旋钮、散热系统启停按钮至开启状态；
【3】将被试车辆1置于牵引架2前，按下牵引架2上的 “牵引架上升”或“牵引架下降”按钮，调节牵引架2的离地高度，直至牵引架2的离地高度与被试车辆1的牵引点高度一致，然后插上销轴15；因被试车辆的牵引架2高度不一，故本发明所设计的牵引架2高度可调以适应不同的被试车辆1。
【4】将编码器16通过磁铁安装至被试车辆1的车轮中心；编码器16主要用于测量被试车辆1牵引试验时车轮的滑转率。
【5】连接油耗仪12管路；油路连接完成后，需要排空管路内的空气，以保证测量的准确性。
【6】操作人员将负荷车操作模式控制旋钮旋转至自动模式；负荷车操作模式分为自动和手动，负荷车做牵引功率试验时处于自动模式下，负荷车遥控行驶、转弯时处于手动模式下。
【7】驾驶员驾驶被试车辆1，以一个低速挡位稳速在专用测试跑道行驶；
【8】操作人员远程控制操作界面，以手动或自动方式缓慢增加负荷车加载负荷，直至测量出该挡位的牵引功率、牵引力、滑转率、油耗等测量参数；
【9】该挡位测量完毕后，卸载，直至为0，然后提示驾驶员更换被试车辆1另一挡位，然后稳速行驶；
【10】重复步骤【8】、步骤【9】操作，直至测量出该被试车辆1最大牵引功率的挡位；
【11】若被试车辆1的牵引力或某一挡位的牵引力无法克服负荷车自身与地面的摩擦力，此时操作人员远程控制操作界面，将加载电机调至驱动模式，此时加载电机给负荷车提供一个驱动力，以克服部分摩擦力；
【12】操作人员缓慢调节加载电机驱动力的大小，至被试车辆1达被测试状态，直至测量出该被试车辆1或该挡位的牵引功率、牵引力、滑转率、油耗等测量参数；
【13】重复步骤【11】、步骤【12】操作，直至测量出该被试车辆1最大牵引功率的挡位；
【14】试验完成后，驾驶员驾驶被试车辆1将负荷车牵引至停放位置附近，然后去掉销轴15；
【15】操作人员将负荷车操作模式控制旋钮旋转至手动模式；
【16】操作人员操作负荷车遥控器，控制负荷车各加载电机正转或反转，依次控制负荷车的前进、后退、转弯，直至负荷车完成入库；
【17】入库完成后，首先按下驻车制动按钮，确保负荷车处于制动状态，然后依次按下变频器停止按钮、油泵停止按钮，然后再旋转冷却系统启停旋钮、散热系统启停按钮至停止状态；
【18】最后旋转发电机组6的启停旋钮至停止状态，关闭发电机组6。
本全挂式牵引性能测试系统，采用盘式永磁同步电机，四象限变频轮边电机直接驱动，无需变速箱、分动箱、传动轴等传统机械结构，使得负荷车的使用效率得到了极大提高。加载电机具有驱动和加载两种工作状态，通过电机控制器控制实现，此设计方式实现了零牵引力加载试验，满足了负荷车全功率试验要求。
同时负荷车上配备发电机组6，当小功率拖拉机做牵引功率试验时，发电机组给永磁同步电机供电，加载电机做驱动电机使用，以完成小功率拖拉机的牵引功率试验。采用此方式，本牵引性能测试系统可实现零载荷加载试验，实现了一套牵引性能测试系统对全功率段的牵引加载试验，加载能力广、加载效率高、经济性能好。
负荷车上安装有信号采集和通讯系统，基于无线通讯技术、GPS/北斗定位系统、测量传感器，利用网络服务平台，通过自开发监测软件实现试验人员对拖拉机进行牵引功率试验时的各种试验数据及其实时工作状态进行远程实时可视化监测，保证了牵引功率试验所得数据的准确性、有效性。
负荷车具有前进、后退、转向功能，该功能通过遥控器，遥控加载电机启动、转向，可实现在无被试车辆牵引下自主倒车入库，此时负荷车无需被试车辆牵引。极大地方便了负荷车的停放入库，提高了用户的使用性。
最后应当说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的全部内容，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行形式上的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的思路启示之内所作出的形式修改、等同替换等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。
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