基于CRUISE防爆矿用车动力总成性能分析

梁志武

摘 要：动力性和燃油经济性是评价防爆矿用车的重要指标，也是产品设计、开发过程中应该重点考虑的因素。本文针对某款防爆矿用车的动力性、经济性，利用AVL-CRUISE软件，建立防爆矿用车动力的传动系统模型，对其动力性能和燃油经济性进行仿真分析。通过整车试验试验，验证AVL-CRUISE软件仿真计算结果。

關键词：防爆矿用车;防爆柴油机;燃油经济性;CRUISE;最大爬坡度

0 引言

随着煤矿机械化开采，井下防爆矿用车有效、机动的特点，提高了煤矿井下人员和锚杆、配件等中小型物资的运输效率，提升了井下运输能力，最大限度配合了机械化开采速度，井下防爆矿用车得到了大批量使用。影响开采速度和运行成本的动力性和燃油经济性两个重要因素，同样作为衡量防爆矿用车重要性能指标，其地位更加凸显。因此对防爆矿用车动力性、燃油经济性的分析、优化至关重要。

本文利用AVL-CRUISE软件建立整车仿真模型，分析、研究现用防爆矿用车的动力传动系统的匹配及动力性能、经济性能，并通过整车试验试验对比，来验证某款防爆矿用车的设计。

1 动力性和经济性理论计算

1.1 整车性能参数

防爆矿用车作为煤矿井下运输设备，为满足《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》（MT/T989-2006）要求，对发动机装置、制动器等进行了相应的改造，增加了废气处理箱、补水箱、中央制动器的部件，其整车性能参数进行了重新选型匹配。表1为某款防爆矿用车的整车参数。

1.2 动力传动系统主要零部件性能参数

防爆矿用车动力传动系统主要由防爆柴油机、离合器、变速箱、中央制动器、驱动桥、湿式制动器等部件组成，其主要性能参数如表2。

1.3 动力性能理论计算

防爆矿用车的动力性能主要由最高车速、最大爬坡度两个参数来评价。

（1）最高车速。防爆矿用车运行在煤矿井下平整硬化的水泥路面，驱动力和行驶阻力达到平衡时，即加速度为0，坡度也为0，柴油机全油门，由动力学公式得最高车速：

式中：Umax为最高车速，Cd为空气阻力系数，A为迎风面积，Me为柴油机额定扭矩，ig为变速箱各挡位速比，i0为主减速比，G为整车满载质量，f为滚动阻力系数，ηT为总机械传动效率。

（2）最大爬坡度。防爆矿用车用于煤矿井下复杂路面，部分巷道尤其采掘面附近多为未硬化路面，且随着煤矿开采的深入，巷道的坡度增加，因此整车的最大爬坡能力对防爆矿用车的长期服役影响较大。最大爬坡度的计算如下：

（3）经济性。随着防爆矿用车的大量应用，其运行费用也占到一定比例，受到各使用方的关注。燃油最高消耗量与柴油机功率有关，可利用汽车等速功率平衡方程求解得到。

2 整车仿真模型的建立

利用CRUISE软件提供的车身、发动机、变速箱、离合器、轮胎等组件模块，匹配表1、表2的相关数据参数，搭建整车仿真模块结构示意图如图1。

3 仿真结果

经过CRUISE软件对某款防爆矿用车进行动力总成性能仿真，得表3计算结果。

同时考虑到煤矿井下路面、弯道、坡度、视线等影响，大部分时间运行在20 km～30 km之间，综合动力性能分析，防爆矿用车综合油耗为15.48 L/100 km。

4 整车试验验证

为了有效验证CRUISE软件，对此款防爆矿用车进行了整车性能试验，测定最高车速、等速工况油耗，并现场测定最大爬坡度，数据如表4。

5 总结

（1）基于CRUISE软件，实现防爆矿用车建模、仿真计算，将其计算结果与整车试验数值对比，数据基本一致。

（2）仿真分析对设计能起到正向指导的作用，当仿真输入参数与实验参数符合时，仿真模拟的精确度可达到93%以上。

参考文献：

[1]余志生，等.汽车理论[M].北京：机械工艺出版社，2020.[2]王望予.汽车设计[M].机械工业出版社，2004.

[3]王京涛，杨世文，衣明军，等.基于AVL_CRUISE客车动力配置选型仿真分析[J].汽车实用技术，2012（12）：23-27.

[4]王锐，何洪文.基于Cruise的整车动力性能仿真分析[J].车辆与动力技术，2009（2）：24-26+36.

[5]李高友 ，雷雨成.发动机和传动系的优化匹配研究[J].汽车研究与开发，2002（6）：23-26.