跑道试验：工程机械理论与设计中的试验方法

工程机械的牵引特性可以通过牵引试验进行实际测定。通过这种实际测定所得到的牵引特性称为试验牵引特性。利用试验牵引特性可以全面地评价机器牵引性能和燃油经济性，也可以检验机器总体设计的合理性。

1.牵引试验的方法和基本原理

牵引试验可以用鼓式或腰带式试验台来进行，这种试验台是按相对运动的可逆性原理制成的。在试验台上机器将停着不动，在驱动轮作用下地面则以行驶着的转鼓或履带的形式向机器的后方移动，为了保持机器不能往前运动，在水平面内通过测力计将机器固结在不动的机架上，机器的有效牵引力即由这一测力计来感受，而在鼓轮或履带链轮的输出轴上则装有制动装置（各种类型的测功器），可以进行加载和测功。

但在试验台上进行机器牵引试验的最大缺点是不能很好地反映行走机构与地面相互作用的真实情况。因此，跑道试验在目前仍然是世界各国进行牵引试验的标准方法。

跑道试验的试验地段应是微观平整的水平地面。坡度不应超过0.5%。一般将沥青混凝土路面作为牵引试验的标准路面，在标准路面上进行的牵引试验又称为技术性试验，所获得的试验结果反映了机器可能的技术性能，便于比较不同机型的技术性能，但不代表机器在作业条件下的真实牵引性能。要全面评价机器的性能，应在包括新切土、密实土、土路、草地和沥青混凝土路面等具有代表性的路面条件下进行全面的牵引试验。

在跑道上进行牵引试验时，机器的牵引负荷是由拖挂在机器后面的负荷车来加载的。这种加载车辆可以用专门设计的负荷车或利用大功率的拖拉机来代替。通常采用控制负荷车发动机油门和换挡的方法实现制动（即加载），这样可以提供较稳定的制动力作为试验机器的载荷。

在试验时一般至少应测定以下数值：有效牵引力 P，试验车实际行驶距离 L，通过这一距离所用的时间t，相应的燃料消耗量G 和左、右驱动轮的转速 nKL、nKR ，以及发动机的转速 ne。有时为了进一步分析牵引效率的组成还可以附加测定发动机的输出扭矩和左、右驱动轮的驱动力矩MKL、MKR。

如图 4.4 所示为牵引试验时所采用的电测仪器及其布置连接方案。图 4.4 中用环形测力计来测定有效牵引力P。有效牵引力P 由粘贴在拉力环内圆面上的大功率应变片感受。应变片组成测量电桥，电桥输出的测量信号记录在光线示波器上。机器的实际行驶距离L 由安装在后部的五轮仪来测定。在五轮仪上装有感应式计数器，每转可以给出6 个电脉冲信号，将其输出到光线示波器上进行连续记录。左、右驱动轮的转数分别由安装在驱动轮上的感应式计数器测定。燃油消耗量由测量油筒来测定，并由带穿孔的量杆随浮子移动来感受，通过光电计数器转换成电脉冲信号。发动机的转速由感应式计数器测定，该计数器可以在给出脉冲信号的同时直接由数码管读出转速的值，一般测定的是柴油机高压泵驱动轴转速输出的脉冲信号。试验的时间信号电脉冲由一台时间信号发生器供给。所有的电信号同时记录在一台光线示波器的纸带上。

图4.4　牵引试验用的电测仪器及其布置连接方案

1—拉力环；2—五轮仪；3—驱动轮转速计数器；4—发动机数字转速计；5—指示灯；6—光电计数器；7—时间信号发生器；8—计数器电源；9—光线示波器；10—拉力环直流电桥电源；11—示波器、时间信号发生器电源。

2.试验程序

对于某种路面条件进行牵引试验时，要对每个挡进行多次试验，每次试验包括正、反方向各一个行程。机器的牵引力可以逐步提高，由空载开始，直至由行走机构的附着条件或发动机扭矩确定的该挡最大牵引力为止，试验过程中机器保持直线运行，试验结束时，及时开动和关闭记录仪器。

一般对于各挡，空载时试验 1 次，轻载时试验 5～6 次，接近最大牵引功率时试验 4～5次，超载时试验3～4 次。

完成上述试验后，可以获得某种地面条件时的某挡位的牵引特性，测取各挡特性后，再汇总绘入同一图上，即可以获得完整的牵引特性。

由于试验条件的偏差，牵引试验很容易产生结果不一致。为了提高试验结果的可靠性与可比性，可以采取以下措施：

（1）试验地段应尽可能选取接近实际作业中有代表性的土质条件，应严格控制、测定土的密度、含水量、强度等物理机械性质和地面坡度。

（2）牵引点高度应尽量符合实际作业情况。

（3）试验样机的技术状态应符合制造厂要求，并在试验前经过必要的跑合，使各总成工作性能稳定。此外试验前牵引机、负载车均应进行适当的空运转预热。

（4）测量仪器应按规定进行现场标定。

（5）试验过程中牵引机、负载车均应按操作规程操作，同时应尽可能地保持牵引负荷的稳定性。(www.xing528.com)

3.试验数据的处理

根据牵引试验所获得的测试记录数据，经过整理即可以绘制试验牵引特性曲线。可以按下述程序确定所得的各项数值：

（1）有效牵引力P，选择牵引负荷稳定的区段读取其平均值。

（2）实际运行速度 v，可以根据在相应区段（即读取平均有效牵引力的同一区段），由五轮仪测定的与读取有效牵引力区段相应的行驶距离 L 和相应区段的试验持续时间 t 来计算，即

其中

式中　mL——在这一区段内五轮仪计数器的脉冲数；

　　　l——五轮仪的标定常数，即每一脉冲代表的行驶距离。

（3）小时燃油耗GP，可以根据读取有效牵引力的区段内由油耗仪测得的燃油耗量G 来计算，即

式中　mG——计数脉冲数；

　　　V——每个脉冲代表的容积；

　　　ρ——燃料的密度。

（4）滑转率δ ，可以按空载和牵引负载下通过相应的实际行驶距离L 时左右驱动的平均转数 n0 和 nk来计算，即

（5）发动机的功率Ne，可以根据在相应区段内的发动机平均转速 ne，在台架试验测定的发动机调速外特性上取得。

（6）有效牵引功率NP、牵引效率 ηP、比油耗 gP等导出参数，可以按在绘制牵引特性曲线时所介绍的相应公式计算。

在对不同牵引负荷的试验进行上述计算后，即可以绘制出试验牵引特性曲线。