液力緩速器制動機理研究.pdf

1、制動裝置直接關系行車安全，尤其是重型運輸車輛，制動扭矩很大，常規(guī)的摩擦制動裝置在制動過程中，存在熱耗散效率低，制動時間長，制動過熱、極易損壞等殃及行車安全問題，加裝液力緩速器輔助制動系統(tǒng)是解決其問題的重要途徑之一。為此，我們已展開了近10年的產(chǎn)品開發(fā)工作，研制出了幾種型號的液力緩速器產(chǎn)品。由于其急速制動過程的影響因素繁多，非穩(wěn)態(tài)充液過程中功熱轉換及耗散的非線性變化特征的理論表達，充液介質物性及其變化特征、流態(tài)、位置，功熱轉換強度動態(tài)變化

2、，導致系統(tǒng)內部復雜地擾動，反過來又引起功熱轉換及耗散發(fā)生本質的變化，瞬態(tài)過程液固相互作用機制諸多技術基礎問題尚解釋不清。為此，本研究從表征液力緩速器制動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物性、裝置幾何結構定性特征參數(shù)、運動特征參數(shù)之間的內在關系及相互作用的機制，揭示介質溫度與粘度、充液率與介質流變特性、介質粘度與制動扭矩、不同充液率下轉速與制動扭矩的關系及其變化規(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液力緩速器為對象，以量綱分析，相似性論證為主要任務，采用理論分析、CFD計算與試驗考證相結合的方法，揭示非穩(wěn)態(tài)過程中的功熱轉換與耗散規(guī)律，闡明液力緩速器制動機理，論文研究工作及創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾方面：
　　1）在分析國內外液力緩速器研究的基礎上，結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、結構、特性和存在的問題的基礎上，證實了介質的運動特征狀態(tài)在制動過程中，存在由膨性、塑性、假塑

4、性流態(tài)交互轉換的質變點。
　　2）在計算流體力學典型的控制方程基礎上，以液力緩速器內流場的特點選擇SST-k?雙方程湍流模型，并給出了方程中的關鍵參數(shù)的求法；在此基礎上介紹了求解過程與液力緩速器制動扭矩的計算方法。
　　3）基于氣液兩相模型對液力緩速器以不同充液率、不同溫度、不同轉速、不同粘度進行了CFD仿真計算。通過對計算結果的分析，得出以下結論：相同轉速和介質溫度下制動扭矩隨充液率的增加而增大；相同充液率和轉速下制動扭矩

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，制動扭矩值趨于平緩；在相同充液率和溫度下，制動扭矩隨轉速的變化與充液率有關，充液率在95％時轉速升高制動扭矩增大。
　　4）用HVM472型全自動寬量程粘度儀對本文研究所用油液介質殼牌全合成5W-40潤滑油在不同溫度下的粘度進行了測定，驗證了表征油液介質粘溫特性的瓦爾塞方程的正確；在臺架上對液力緩速器以不同溫粘度、不同控制氣壓、不同轉速進行了制動性能試驗，制動扭

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

7、　　5）運用量綱分析的?定理，對與液力緩速器制動性能相關的參數(shù)進行了無量綱化研究，以介質密度、介質流速、介質定壓比熱容和液力緩速器特征長度為基本物理參數(shù)，推導了基于介質表觀動力粘度、熱導率、液力緩速器工作腔壓力和制動扭矩量綱的無量綱數(shù)??、??、?p和eT?，得到了制動扭矩與介質密度、介質流速、液力緩速器特征長度、雷諾數(shù)、貝克萊數(shù)和歐拉數(shù)的關系式。接著結合 CFD數(shù)值計算與臺架試驗對相似準則數(shù)與液力緩速器制動機理間的關系進行了研究，結果

8、表明：在38%充液率下，雷諾數(shù)和貝克萊數(shù)隨轉速升高而減小，歐拉數(shù)和普朗特數(shù)隨轉速升高而增大，在95%充液率下則相反；制動扭矩都隨雷諾數(shù)和貝克萊數(shù)增大而增大，隨歐拉數(shù)和普朗特數(shù)增大而減小。結果驗證了基于量綱分析的制動扭矩關系式的正確。
　　6）基于臺架試驗和CFD計算結果對介質參數(shù)與液力緩速器制動機理間的關系進行了研究，得出如下結果：充液率大于等于72%時，液力緩速器工作介質屬于假塑性非牛頓流體，粘度隨剪切速率增大而變小，制動扭矩隨

9、轉速升高而增大；充液率小于等于68%時，工作介質屬于脹塑性非牛頓流體，介質粘度隨著剪切速率而增大，制動扭矩隨轉速升高減?。怀湟郝屎椭苿优ぞ刂g存在線性的對應關系；控制氣壓與充液率間存在近似線性對應關系，最大控制檔位2.8bar控制氣壓相當于95%充液率，0.66bar相當于38%充液率；介質表觀動力粘度隨溫度呈指數(shù)為負1.8系數(shù)K為與充液率有關的冪函數(shù)關系，K與充液率是系數(shù)為0.4523的線性正相關關系，并驗證了是正確的；液力緩速器制動