液力緩速器制動(dòng)機(jī)理研究.pdf

1、制動(dòng)裝置直接關(guān)系行車(chē)安全，尤其是重型運(yùn)輸車(chē)輛，制動(dòng)扭矩很大，常規(guī)的摩擦制動(dòng)裝置在制動(dòng)過(guò)程中，存在熱耗散效率低，制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，制動(dòng)過(guò)熱、極易損壞等殃及行車(chē)安全問(wèn)題，加裝液力緩速器輔助制動(dòng)系統(tǒng)是解決其問(wèn)題的重要途徑之一。為此，我們已展開(kāi)了近10年的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，研制出了幾種型號(hào)的液力緩速器產(chǎn)品。由于其急速制動(dòng)過(guò)程的影響因素繁多，非穩(wěn)態(tài)充液過(guò)程中功熱轉(zhuǎn)換及耗散的非線性變化特征的理論表達(dá)，充液介質(zhì)物性及其變化特征、流態(tài)、位置，功熱轉(zhuǎn)換強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

2、，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜地?cái)_動(dòng)，反過(guò)來(lái)又引起功熱轉(zhuǎn)換及耗散發(fā)生本質(zhì)的變化，瞬態(tài)過(guò)程液固相互作用機(jī)制諸多技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)題尚解釋不清。為此，本研究從表征液力緩速器制動(dòng)性能的綜合特征參數(shù)入手，深入分析液力緩速器工作介質(zhì)物性、裝置幾何結(jié)構(gòu)定性特征參數(shù)、運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系及相互作用的機(jī)制，揭示介質(zhì)溫度與粘度、充液率與介質(zhì)流變特性、介質(zhì)粘度與制動(dòng)扭矩、不同充液率下轉(zhuǎn)速與制動(dòng)扭矩的關(guān)系及其變化規(guī)律；以近年我們與深圳市特爾佳科技股份有限公司共同研發(fā)的TH

3、B40液力緩速器為對(duì)象，以量綱分析，相似性論證為主要任務(wù)，采用理論分析、CFD計(jì)算與試驗(yàn)考證相結(jié)合的方法，揭示非穩(wěn)態(tài)過(guò)程中的功熱轉(zhuǎn)換與耗散規(guī)律，闡明液力緩速器制動(dòng)機(jī)理，論文研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：
　　1）在分析國(guó)內(nèi)外液力緩速器研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題組與深圳市特爾佳科技股份有限公司合作研發(fā)的THB40液力緩速器，在分析其原理、結(jié)構(gòu)、特性和存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，證實(shí)了介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)特征狀態(tài)在制動(dòng)過(guò)程中，存在由膨性、塑性、假塑

4、性流態(tài)交互轉(zhuǎn)換的質(zhì)變點(diǎn)。
　　2）在計(jì)算流體力學(xué)典型的控制方程基礎(chǔ)上，以液力緩速器內(nèi)流場(chǎng)的特點(diǎn)選擇SST-k?雙方程湍流模型，并給出了方程中的關(guān)鍵參數(shù)的求法；在此基礎(chǔ)上介紹了求解過(guò)程與液力緩速器制動(dòng)扭矩的計(jì)算方法。
　　3）基于氣液兩相模型對(duì)液力緩速器以不同充液率、不同溫度、不同轉(zhuǎn)速、不同粘度進(jìn)行了CFD仿真計(jì)算。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，得出以下結(jié)論：相同轉(zhuǎn)速和介質(zhì)溫度下制動(dòng)扭矩隨充液率的增加而增大；相同充液率和轉(zhuǎn)速下制動(dòng)扭矩

5、隨溫度的升高而增大，但增加的速率隨溫度升高而減小，在溫度高于90℃時(shí)，制動(dòng)扭矩值趨于平緩；在相同充液率和溫度下，制動(dòng)扭矩隨轉(zhuǎn)速的變化與充液率有關(guān)，充液率在95％時(shí)轉(zhuǎn)速升高制動(dòng)扭矩增大。
　　4）用HVM472型全自動(dòng)寬量程粘度儀對(duì)本文研究所用油液介質(zhì)殼牌全合成5W-40潤(rùn)滑油在不同溫度下的粘度進(jìn)行了測(cè)定，驗(yàn)證了表征油液介質(zhì)粘溫特性的瓦爾塞方程的正確；在臺(tái)架上對(duì)液力緩速器以不同溫粘度、不同控制氣壓、不同轉(zhuǎn)速進(jìn)行了制動(dòng)性能試驗(yàn)，制動(dòng)扭

6、矩結(jié)果和相同條件下CFD數(shù)值計(jì)算的制動(dòng)扭矩結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，兩者變化趨勢(shì)是基本一致的：在95%充液率、工作介質(zhì)溫度95℃時(shí)，制動(dòng)扭矩隨轉(zhuǎn)速升高而增大，兩者最大誤差3.6%；在95%充液率、轉(zhuǎn)速600r/min時(shí)，制動(dòng)扭矩隨介質(zhì)溫度升高而增大，隨表觀動(dòng)力粘度增大而減小，兩者最大誤差5.83%；在轉(zhuǎn)速600r/min、介質(zhì)溫度70℃時(shí)，制動(dòng)扭矩隨充液率提高而增大，兩者最大誤差4.3%。結(jié)果表明CFD數(shù)值計(jì)算模型是正確的，結(jié)果是可信的。

7、　　5）運(yùn)用量綱分析的?定理，對(duì)與液力緩速器制動(dòng)性能相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了無(wú)量綱化研究，以介質(zhì)密度、介質(zhì)流速、介質(zhì)定壓比熱容和液力緩速器特征長(zhǎng)度為基本物理參數(shù)，推導(dǎo)了基于介質(zhì)表觀動(dòng)力粘度、熱導(dǎo)率、液力緩速器工作腔壓力和制動(dòng)扭矩量綱的無(wú)量綱數(shù)??、??、?p和eT?，得到了制動(dòng)扭矩與介質(zhì)密度、介質(zhì)流速、液力緩速器特征長(zhǎng)度、雷諾數(shù)、貝克萊數(shù)和歐拉數(shù)的關(guān)系式。接著結(jié)合 CFD數(shù)值計(jì)算與臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)相似準(zhǔn)則數(shù)與液力緩速器制動(dòng)機(jī)理間的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果

8、表明：在38%充液率下，雷諾數(shù)和貝克萊數(shù)隨轉(zhuǎn)速升高而減小，歐拉數(shù)和普朗特?cái)?shù)隨轉(zhuǎn)速升高而增大，在95%充液率下則相反；制動(dòng)扭矩都隨雷諾數(shù)和貝克萊數(shù)增大而增大，隨歐拉數(shù)和普朗特?cái)?shù)增大而減小。結(jié)果驗(yàn)證了基于量綱分析的制動(dòng)扭矩關(guān)系式的正確。
　　6）基于臺(tái)架試驗(yàn)和CFD計(jì)算結(jié)果對(duì)介質(zhì)參數(shù)與液力緩速器制動(dòng)機(jī)理間的關(guān)系進(jìn)行了研究，得出如下結(jié)果：充液率大于等于72%時(shí)，液力緩速器工作介質(zhì)屬于假塑性非牛頓流體，粘度隨剪切速率增大而變小，制動(dòng)扭矩隨

9、轉(zhuǎn)速升高而增大；充液率小于等于68%時(shí)，工作介質(zhì)屬于脹塑性非牛頓流體，介質(zhì)粘度隨著剪切速率而增大，制動(dòng)扭矩隨轉(zhuǎn)速升高減小；充液率和制動(dòng)扭矩之間存在線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系；控制氣壓與充液率間存在近似線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，最大控制檔位2.8bar控制氣壓相當(dāng)于95%充液率，0.66bar相當(dāng)于38%充液率；介質(zhì)表觀動(dòng)力粘度隨溫度呈指數(shù)為負(fù)1.8系數(shù)K為與充液率有關(guān)的冪函數(shù)關(guān)系，K與充液率是系數(shù)為0.4523的線性正相關(guān)關(guān)系，并驗(yàn)證了是正確的；液力緩速器制動(dòng)