水介质液力缓速器的研究

 行业动态     |      2018-02-28 16:37
   一、汽车缓速器的发展历程与研究现状
 
  1936年第一台电涡流缓速器问世,缓速器的出现,不仅提高了汽车行驶的安全性,并且通过减少汽车刹车蹄块和轮毂的磨损,降低了汽车维修的费用,体现出良好的经济性,从而得到了各汽车厂家和汽车用户的广泛认可,缓速器也得以推广。国内外也制定出相关法规,对缓速器的安装也做出了相应要求,尤其是欧洲,对缓速器的安装要求更加严格,比如1972年3月10日,法国要求载重等于和大于11t的运输危险品的汽车必须装备缓速器等等。电涡流缓速器虽然体现出巨大的使用价值,但它也存在一定的缺陷,电涡流缓速器在工作时,随着时间的增加,制动扭矩会急剧衰减,同时定子、定子线圈以及转子的温度会急剧上升,转子温度可能高达700℃,存在极高的安全隐患。
 
  随后又出现以福伊特为主导的传统液力缓速器,传统液力缓速器不存在因温度太高而导致的安全问题,但是在转子转速较高时,制动扭矩会因转子和定子叶形的粗糙设计而有所下降,同时传统液力缓速器的冷却系统与发动机的冷却系统相连,加重了发动机冷却系统的负荷,严重时会导致发动机不正常工作。
 
  目前欧洲等地已基本不再使用电涡流缓速器而改用传统液力缓速器,而国内仍有90%以上仍在使用电涡流缓速器,鉴于以上各缓速器的缺陷,对于新型缓速器的研究显得尤为迫切,本文研究的水介质液力缓速器,在性能上摒弃了传统各类型缓速器的缺陷,在保证制动扭矩的情况下,还引进了新的优势:以水为介质,更加经济环保;自散热,无需影响汽车其他部分的工作;在控制器层面,功耗更低,功能也更加强大。
 
  二、水介质液力缓速器工作原理
 
  传统的液力缓速器以油为介质,而水介质液力缓速器以水为介质,具体的工作方式如图1所示:
 
 
  缓速器通过固定装置安装于减速箱之后,转子固定于减速箱输出轴上,转子叶轮与定子叶轮及外壳之间存在一定的间隙,并形成一个液体工作腔,工作时,电控系统控制进排气机构,使得压缩空气将储水箱的液体注入到工作腔内,液体经由定子叶轮后与高速旋转的转子叶轮产生冲击,转子速度下降,从而达到汽车减速的目的;同时,液体冲击的反作用力则作用在定子叶轮上,通过此反作用力便能间接测量出制动扭矩的大小;撞击过程中,部分液体因升温而蒸发,被蒸发掉的一部分水蒸气凝结成液态而被回收,另外一部分则被排到大气中;另一方面,在腔内的液体经外壳进入到冷却系统,再由冷却系统返回到工作腔内。这样,缓速器在工作时一直保持着上述循环,工作结束后,工作腔内的液体流回至储水箱。
 
  三、水介质液力缓速器的整个系统
 
  水介质液力缓速器整个系统大致分为三大部分,缓速器管路部分、控制部分以及测试系统部分,整个系统的连接如图2所示:
 
 
  (一)缓速器管路连接部分
 
  缓速器管路部分图2所示,缓速器工作时,由汽车主气罐供气给缓速器气罐,控制打开进气阀,气体进入缓速器腔体内,缓速器开始工作,控制器通过控制进气阀与排气阀的开闭,实时调整腔体气压以保持气压稳定,缓速器工作结束后,控制器打开排气阀,将气体排入空气中。
 
  (二)控制系统部分
 
  水介质液力缓速器的控制系统采用微机控制,MCU采用以arm为内核的32位单片机,主频高达60MHz,完全满足汽车系统的实时性要求;当驾驶员给出刹车信号(刹车制动气压传感器信号和手拨开关信号共同作用或单独作用皆可),MCU通过对转速、气压信号的采集,并通过特定的算法,计算出所需气压值,并控制进排气机构电磁阀的开闭,以达到调整腔体气压的目的。腔体内的气压传感器也实时的将腔内的气压信号反馈给MCU,形成一个闭环的稳定控制系统,这对腔体内气压是否能够保持平稳起着至关重要的作用。在测试过程中,控制器通过通讯接口将采集到的转速、腔内气压、制动扭矩以及腔内温度等信号实时的传递给
 
  上位机,上位机以专用软件将所得数据进行保存,并将采集到的信号以曲线的形式进行显示,以达到实时监控整个缓速器工况的目的。
 
  (一)缓速器测试条件分析
 
  缓速器工作时对腔体的密封性要求极高,不允许出现液体和气体泄漏的状况,而本文所研究的缓速器采用的是流体喷射密封原理,在某一特定的转速下,当气压超过一定界限时,腔体的密封性会急剧下降,因此,必须通过实验,在保证不漏水的状态下,找出某一特定速度与该速度下腔体能够注入的最大气压的关系,鉴于腔内水蒸气对腔体气压的影响,需在不同温度状态下进行试验。
 
 

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