一種液力緩速器在重卡上的應(yīng)用

劉潔浩，梁麗娟

（安徽江淮汽車技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和道路交通事業(yè)的發(fā)展，重型汽車的運(yùn)輸?shù)玫搅撕艽蟮奶岣摺Ｎ覈?guó)地形復(fù)雜，山區(qū)丘陵地帶在國(guó)土面積中占有相當(dāng)大的比例，車輛行駛過(guò)程中不可避免地會(huì)遇到長(zhǎng)時(shí)間下坡等情況，需要對(duì)車輛進(jìn)行持續(xù)制動(dòng)。加上車輛都向高功率、高負(fù)載的方向發(fā)展，越來(lái)越重型化和高速化，對(duì)車輛的性能提出了非常嚴(yán)格甚至苛刻的要求。但車輛行車制動(dòng)器的制動(dòng)效能在世界范圍內(nèi)還沒(méi)有較大突破，由于受空間尺寸的限制，其散熱能力有限等原因，在車輛頻繁制動(dòng)或持續(xù)制動(dòng)的條件下會(huì)出現(xiàn)高溫積累，造成過(guò)熱現(xiàn)象，使制動(dòng)器的摩擦系數(shù)減少，磨損增加，嚴(yán)重時(shí)還有可能導(dǎo)致制動(dòng)失效引發(fā)安全事故。現(xiàn)在，在原車基本的制動(dòng)系統(tǒng)之外，通過(guò)緩速器制動(dòng)來(lái)輔助車輛減速的技術(shù)，已經(jīng)越來(lái)越受到人們關(guān)注。特別是液力緩速器最大制動(dòng)扭矩分布范圍大，效果穩(wěn)定，液力緩速器在重型汽車的匹配將越來(lái)越廣。

1 液力緩速器工作原理

當(dāng)緩速器工作時(shí)：

控制系統(tǒng)將油槽中的潤(rùn)滑油泵入定子與轉(zhuǎn)子之間的工作腔，由轉(zhuǎn)子通過(guò)增速齒輪組與傳動(dòng)軸相連，而定子固定在緩速器的外殼上；轉(zhuǎn)子受到傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)潤(rùn)滑油一起旋轉(zhuǎn)，潤(rùn)滑油的粘性作用，使轉(zhuǎn)子受到定子的粘滯阻力產(chǎn)生的制動(dòng)扭矩從而降低轉(zhuǎn)速，使得傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速降下來(lái)；隨著傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的下降，車速也逐漸下降，產(chǎn)生緩速作用。車輛的動(dòng)能變成熱量使油溫升高，熱量經(jīng)車輛的冷卻系統(tǒng)散去。

當(dāng)緩速器解除工作時(shí)：

控制系統(tǒng)將油釋放出油槽，通過(guò)在緩速器循環(huán)腔內(nèi)設(shè)計(jì)安裝活動(dòng)葉片環(huán)，將緩速器工作腔在無(wú)油時(shí)的阻尼控制在很小的范圍，從而保證了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

圖2 液力緩速器的冷卻原理圖

圖1 液力緩速器的工作原理圖

2 緩速器與整車的匹配

2.1 緩速器布置位置選擇

對(duì)于常見(jiàn)的緩速器布置形式主要兩種：1）裝在變速器之前的布置形式的，2）裝在變速器后端的布置形式。

液力緩速器的制動(dòng)力矩基本計(jì)算形式：M=λρgD5n2

其中式中：D—轉(zhuǎn)子有效循環(huán)直徑，m；n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；λ—制動(dòng)力矩系數(shù)（與葉輪外形有關(guān)）；ρ—流體介質(zhì)的密度；g—重力加速度。

其中，式中：va—汽車車速，km/h；i0—主減速器傳動(dòng)比；r—車輪半徑；iz—增速裝置傳動(dòng)比。

緩速器布置變速器前端與布置在變速器后端，緩速器的輸出制動(dòng)力與速度關(guān)系如下所示：

圖3 輸出制動(dòng)力與速度關(guān)系圖

由以上可以看出：緩速器不知在變速器前端時(shí)，換擋時(shí)沒(méi)有制動(dòng)力輸出，制動(dòng)性能受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響較大，不穩(wěn)定， 高擋位時(shí)，制動(dòng)扭矩較弱。

緩速器不知在變速器后端時(shí)，可以保持穩(wěn)定持續(xù)的制動(dòng)，制動(dòng)性能基本不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。

故某重卡選取將緩速器布置在變速器后端。

2.2 制動(dòng)力矩選擇

緩速器在制動(dòng)力矩大小與緩速器的輸入轉(zhuǎn)速相關(guān)，而緩速器的輸入轉(zhuǎn)速取決于傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，某兩種液力緩速器外特性曲線如下圖所示：

圖4 特性曲線圖

由以上可以看出，某4000N.m液力緩速器在車速40km/h—80km/h范圍，緩速器的制動(dòng)力矩保持在最大輸出力矩4000n.m不變。某 3200N.m液力緩速器在車速 40km/h—100km/h范圍內(nèi)，緩速器的制動(dòng)力矩保持在最大輸出力矩3200n.m不變。

某HFC4250K5R1LT重卡車型空載：最高車速110km/h，經(jīng)濟(jì)車速 90-100km/h滿載：最高車速 100km/h，經(jīng)濟(jì)車速85-95km/h，3200N.m液力緩速器的制動(dòng)力矩能更好的發(fā)揮，考慮到整車經(jīng)濟(jì)車速及成本，初步選擇匹配3200N.m液力緩速器。

某HFC4250K5R1LT重卡車型的主配置及液力緩速器參數(shù)列表如下：

表1 整車配置參數(shù)

表2 緩速器的性能參數(shù)

當(dāng)車輛只利用液力緩速器恒速下坡時(shí)，車輛制動(dòng)系統(tǒng)不使用，車輛所受到的力分析可以表達(dá)為：

其中 Fh，F(xiàn)p，F(xiàn)fFk，分別代表緩速器制動(dòng)力，車輛的坡道力，車輛的滾動(dòng)阻力，車輛空氣阻力。

緩速器轉(zhuǎn)化為整車的制動(dòng)力，整車制動(dòng)力的公式為：Fh=M i0/r。

整車的空氣阻力根據(jù)汽車?yán)碚摰挠?jì)算公式為：Fk=CdAv2/21.15。

整車的滾動(dòng)阻力根據(jù)汽車?yán)碚摰挠?jì)算公式為：Ff=mgfcos α（f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，α為坡度）。

車輛的坡道下滑力計(jì)算表達(dá)式為：Fp=mgsinα

所以公式4-1可以表達(dá)為：

代入整車參數(shù)M=3200 N.m，Cd=0.8，A=7，f=0.012，α=6%，i0=3.86，r=0.517m,將以上數(shù)據(jù)代入公式4-2，公式可以得到車速與整車質(zhì)量的關(guān)系式：

液力緩速器能夠恒速的車速范圍為40km/h～100 km/h，代入公式4-3 公式，當(dāng)整車能夠恒定最高v=80 km/h時(shí)，這時(shí)可以計(jì)算出整車最高質(zhì)量為 m=17037kg。通過(guò)以上匹配計(jì)算，液力緩速器能夠制動(dòng)最大整車質(zhì)量為m=17037kg。

HFC4250K5R1LT車型設(shè)計(jì)最大總質(zhì)量為25000kg，超出理論計(jì)算液力緩速器能夠制動(dòng)的最大總質(zhì)量 17037kg，通過(guò)以上匹配設(shè)計(jì)，整車在質(zhì)量不超過(guò) 17037kg，緩速器可滿足恒速下坡要求，不需要使用整車制動(dòng)系統(tǒng)。如果客戶使用超過(guò)該質(zhì)量，車輛不能保持恒速行駛下坡。如果車速快起來(lái)，則利用行車制動(dòng)輔助緩速器使車速降至恒速車速。

2.3 冷卻水路的布置

圖5 冷卻水路圖

液力緩速器的冷卻與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)共用，液力緩速器的冷卻水路必須設(shè)計(jì)成使發(fā)動(dòng)機(jī)的水 100%流經(jīng)緩速器熱交換器。冷卻水溫度控制節(jié)溫器開(kāi)啟，節(jié)溫器開(kāi)啟緩速器冷卻水路為大循環(huán)，節(jié)溫器關(guān)閉，緩速器冷卻水路為小循環(huán)，如圖5（左為小循環(huán)，右為大循環(huán)）所示。

某重卡緩速器冷卻水路布置如下所示：

圖6 水路布置圖

某重卡緩速器冷卻水路布置其它注意事項(xiàng)：

（1）必須重新設(shè)計(jì)合理的膨脹水箱的容積，膨脹水箱容積不能小于總冷卻水容積的15%-20%。

（2）緩速器熱交換器進(jìn)水口為熱水端，盡量不要采用冷水端。因?yàn)椴捎美渌瞬荒苁谷克髁康桨l(fā)動(dòng)機(jī)，使用緩速器時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫大幅變化，有時(shí)會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)水溫報(bào)警。

（3）合理布置水路走向，采用管徑相對(duì)較大的水管，減小水阻可提高整車散熱能力，一般要求：Ф≥50mm。

（4）一定要做好管路的排氣，管路排氣的原則是在高于發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻水箱的管路的最高點(diǎn)加排氣管。

（5）必須保證冷卻系統(tǒng)和水管可靠地通風(fēng)。

（6）各水管必須支承或用管夾固定在驅(qū)動(dòng)裝置上，不能布置在車架上，管夾之間最大間距為1m。

（7）暖風(fēng)的取水口一定要在緩速器的出水管路上。

3 總結(jié)

根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，液力緩速器最大制動(dòng)扭矩分布范圍大，制動(dòng)效能穩(wěn)定，沒(méi)有磨耗等優(yōu)點(diǎn)，重型車匹配液力緩速器是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。本文主要是針對(duì)某重卡車型匹配液力緩速器，通過(guò)理論分析選取緩速器布置形式、扭矩大小、冷卻水路布置方式，并介紹了冷卻水路布置的一些注意事項(xiàng)。

整車匹配液力緩速器除上述分析及注意事項(xiàng)外，還需要對(duì)緩速器控制系統(tǒng)進(jìn)行布置及對(duì)緩速器整車狀態(tài)使用情況進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)定等工作。