串联式混合动力码头车的结构形式本科毕业论文(编辑修改稿)

串联式混合动力码头车的结构形式本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

月上市。 ATLAS 是五十铃以 OEM 贴牌方式为日产生产的混合 动力卡车，原型为五十铃“ ELF”平头系列轻卡中的一款 (如图 24 所示 )。 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 8 图 24 ATLAS20 混合动力系统 整车动力系统为 的柴油发动机加额定功率为 的电动机，发动机最大输出功率为 96kW（ 3000rpm）；发动机与电动机装备在不同的驱动轴上，这样可以实现柴油动机和电动机的 单独驱动；能量存储系统采用 346V 锂离子电池；配套使用 PTO（ Power Take Off：动力输出装置）型并联混合动力复合装置 [4]。 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 9 3 串联式混合动力码头车动力装置参数的选定 初步确定驱动电机参数和车辆动力性分析 整车参数 整车参数如表 31所示 ： 表 31 整车参数 牵引车总长（ mm） 4595 牵引车总宽（ mm） 2464 牵引车总高（ mm） 2819 轴距 (mm) 2794 轮距 (mm) 前轮 2020,后轮 1820 牵引车质量 (kg) 6700 拖车质量 (kg) 约 8000 集装箱最大质量 (kg) 33000Kg/箱 2 箱＝ 66000 整备质量 (kg) 14700 满载质量 (kg) 80700 原车最大行驶速度（ Km/h） 3638 原车最大爬坡度 18% 轮胎参数 型号： GOODYEAR 16PR 滚动半径： 509 mm 算式： 2Fdrr  2  ＝ 509 mm 其中： F－ 计算常数，子午线轮胎为 d－ 轮胎的自由直径 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 10 变速比 混合动力码头车受时间及成本的限制，改装后的混合动力码头牵引车不配置变速箱，传动系的传动比为。 根据最高车速确定驱动电机额定功率 由于车辆以最高车速运行的持续时间较长，因此驱动电机的额定功率应满足车辆以最高车速运行时的功率需求。 对于串联混合动力车，驱动电机的额定功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和 [５ ] )761 40360 0(1 3 m a xm a x aDaTmr AuCG f uP   （ 31） 式中： mrP － 驱动电机额定功率， Kw； T － 传动系的机械效率，取 ； f－为轮胎的滚动阻力系数，货车轮胎的滚动阻力系数与车速的关系接近于直线，滚动阻力系数的数值较小，车速对滚动阻力系数的影响也不大。 本次计算取 ； G－ 汽车重力， G＝ mg， m－ 汽车质量，满载时为 80700 Kg； CD－空气阻力系数，取 ； A－迎风面积， ㎡； maxau － 最高车速，对于本车初定 满载最高车速为 30 Km/h。 0 5 10 15 20 25 30 35 400102030405060708090100110汽车行驶阻力功率U a ( k m / h )P(KW) 空载阻力功率半载阻力功率满载阻力功率 图 31 汽车在水平路面上匀速行驶时的阻力功率 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 11 由此可见，车辆满载时若最高车速为 maxau ＝ 30 Km/h，则所需功率为 75Kw； 若最高车速为 maxau ＝ 25 Km/h，则所需功率为 62Kw；若最高车速为 maxau ＝ 20 Km/h，则所需功率为 50Kw。 若车辆空载时最高车速为 maxau ＝ 40 Km/h，则所需功率为 22Kw。 本车初定满载最高车速为 30 Km/h，因此所需驱动电机额定功率应为 75Kw。 初步确定驱动电机峰值功率及其它参数 由于车辆持续加速时间较短，所以一般情况下根据车辆的加速时间要求来确定驱动电机的峰值功率。 由于本混合动力车未有明确的加速时间要求，故本文只根据驱动电机选择的一般原则和相关试验数据来确定驱动电机的峰值功率及其它参数。 原车最大 车速为 3038 Km/h，改装成混合动力后，设定空车最大车速为 40 Km/h。 根据驱动电机速度与汽车行驶速度的关系式 inrua  （ 32） n — 电机转速， rpm； r — 轮胎滚动半径， m； ua—— 汽车行驶速度， km/h； 0i — 主传动比。 可得空载最高车速为 40 Km/h 时，驱动电机转速为 2560rpm，因此驱动电机最高稳定转速可取为 maxmN 2600rpm。 由式 （ 32）可得车速 au 与驱动电机转速 n 之间的关系如下： 0 500 1000 1500 20xx 25000510152025303540车速N ( r p m )Ua(km/h) 图 32 车速 au 与驱动电机转速 n 的对应图 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 12 根据码头牵引车的运行工况，其爬坡及加速的时间较短，因此只要驱动电机的峰值转矩及峰值功率满足爬坡及加速时间要求即可。 电动机最高转速与额定转速的比值，称为电动机扩大恒功率区系数 。 当电机的额定 功率及最高转速已定时，由以下二式可知， maxmmr NN  （ 33） m a x95509550 mmrmrmrmr N PNPT  （ 34） mrN － 驱动电机额定转速（ rpm） mrT － 驱动电机额定转矩（ ） 电动机扩大恒功率区系数  越大，其 额定转矩 mrT 越大，这样车辆的加速性能就越好。 低速电动机扩大恒功率区系数  较小，额定转矩高，转子电流大，电机尺寸和重量较大，内在损耗也较大。 由于时间及成本限制，本车不采用变速器，采用低速电机驱动。 研究表明一般不采用变速器的电动汽车其驱动电机的扩大恒功率区系数  ，本车取  ＝ 3。 由此可得， rpmNmr 867 ， mNTmr .826。 由实验测定，本车最大驱动转矩（传动轴处）为 mmazT =。 由于本混合动力车运行路况几乎没有坡度，也未有爬坡度要求，因此暂取 mazmmaz TT  =，这样该电机过载系数为 ax mrmTT。 驱动电机 A 的参数如表 32 所示： 表 32 串联混合动力驱动电动机 A 的参数 类型 三相交流异步感应电机 控制特性 矢量控制，基速以下恒转矩，基速以上恒功率 额定功率 mrP 75kw 峰值功率 maxmP 182kw 额定转矩 mrT 额定转速 mrN 867 rpm 峰值转矩 mmazT 最高转速 maxmN 2600rpm 电机过载系数  电机扩大恒功率区系数  3 由以上系数可得该电机 A 的外特性曲线如下 ［６］。 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 13 0 500 1000 1500 20xx 2500 30002004006008001000T(N.m)N ( r p m )驱动电机特性曲线 020406080P(KW)转矩功率 图 33 驱动电机额定转矩和额定功率曲线 0 500 1000 1500 20xx 2500 30000100020xxT(N.m)N ( r p m )驱动电机特性曲线 0100200P(KW)转矩功率 图 34 驱动电机峰值转矩和峰值功率曲线 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 14 计算加速能力时，在水平良好路面上进行，因此坡度 0i ， 由汽车行驶 方程可得：     )(1 aDTomwft uACGfriTmFFFmdtdu  （ 35） 故：   aDTom uACGfriTmdtdu  （ 36） 由运动学可知： duadt 1   210 1uut duadtt （ 37） duuACGfriT muuaDTom  21 2  式中： 1u － 初始速度，从静止加速因此为 0 Km/h； 2u － 终了速度，满载最高速度即 30 Km/h； δ — 汽车旋转质量换算系数（ δ 1），本车取。 0 5 10 15 20 25 30 35 4000 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 5汽车行驶加速度U a ( k m / h )a(m/s.2) 图 35 汽车行驶加速度 天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 15 0 5 10 15 20 25 30 35 400102030405060汽车加速时间U a ( k m / h )t(s) 图 36 汽车加速时间 由计算结果可知，满载时车辆 0— 30Km/h 加速时间为 30s，现在还不能判定该驱动电机能否满足车辆加速时间要求，要等到具体加速时间测定后经比较才能判断。 最大爬坡度计算 一般应根据车辆最大爬坡度要求来确定电机的峰值转矩，由 于混合动力车设计指标中无爬坡度要求，且码头场地内道路平坦，几乎没有坡度。 因此这里不将最大爬坡度作为确定驱动电机峰值转矩的设计指标，而仅讨论一下驱动电机峰值转矩mmazT =。 对于传统的码头牵引车而言，当发动机输出转矩最大时，其爬坡能力最强。 根据提供的原车资料，当发动机转速为 1500 rpm时，其输出转矩最大， mNTtqmaz .800。 根据式（ 32）知，当 n= 1500 rpm时，车速 au = Km/h。 考虑到爬大坡时液力变矩器的涡轮转速应低于泵轮转速（即为发动机转速），故车速应低于 Km/h，风阻可忽略不计。 由式（ 38）、（ 39）知驱动力可表示为  ifGFt 。 根据提供的数据，码头牵引车的最大牵引力为 114000tF N，最大爬坡度为 %18i ，最大载荷为 Kgm 65000。 经推算载荷为 65000 Kg 的车辆爬 18%的坡时，仅其坡度分力 NGiFi 114660 就大于该车的最大牵引力。 所以其最大爬坡度达不到 18%，其最大爬坡度约为： fGFi t  fg  65000114000 ＝ ％ 为能达到原车的爬坡要求，我们可使改装后的最大牵引力等于 114000tF N。 由天津工程师范学院 20xx 届本科毕业生论文 16 驱动力公式riTF Ttqt 0 知，传动轴处的最大驱动转矩为 mNi rFT Tttq .5 2 500m a x  。 设液力变矩器和变速箱的综合效率 T ，传动比为 gi ，则有： Tgtqmaztqmaz iTT  即 Ttqmaztqmazg TTi  ＝ 由变速器 1 档速比 gi 得此工况下液力变矩器的传动比为 ，此数值在重型汽车用液力变矩器的传动比的正常范围内。 根据码头牵引车的运行工况其爬坡及加速的时间较短，因此只要驱动电机的峰值转矩及峰值功率满足爬坡及加速时间要求即可。 根据汽车的行驶方程式可知： jwift FFFFF  （ 38） 可得 dtdumGiuACGfriTaDTtq   20 （ 39） 计算爬坡度时，略去 (9)式的第 4项， 这样 爬坡度的计算公式为 ) an ( a r c s i nt an20GAuCGfriTiaDTtq  （ 310） 带入参数， 计算得到速度 — 最大爬坡度曲线 如 图 8所示： 0 5 10 15 20 25 30 35 400。