液力緩速器性能的臺架測試

魏 瓊

Wei Qiong

（陜西國防工業職業技術學院 汽車工程學院，陜西 西安 710300）

0 引 言

傳統的汽車制動方法是將機械摩擦制動器安裝在輪轂上，通過制動踏板張合作用于輪轂實現制動，由于制動過程中產生的大量熱能無法充分釋放，輪轂及摩擦襯片會出現過熱、龜裂、燒損，從而使制動失效，嚴重時會導致輪胎過早爆裂，引發嚴重的交通事故[1]。為了改善車輛的制動安全性，尤其對于長途大客車及城市公共汽車，可在車輛上加裝發動機緩速器、液力緩速器、電渦流緩速器等輔助制動設備。液力緩速器具有高速制動力矩大、制動平穩、噪聲小、壽命長和體積較小等優點，被廣泛應用于內燃機車、重型載貨車、軍用車輛以及工程機械等領域。

液力緩速器的使用工況十分復雜，例如在城市道路上進行持續制動并要求快速響應、在山區道路上恒速下坡或長時間下坡、在接近收費站或其他障礙物時單獨制動、在高速行駛時進行緊急制動等[2]；所以，使用壽命長、扭矩特性穩定、制動平穩、響應迅速是對液壓緩速器的基本要求。

本文對某型液壓緩速器進行臺架測試，對其特性進行分析，為該型液壓緩速器的合理配裝提供經驗借鑒。

1 液力緩速器結構

液力緩速器結構如圖1 所示。

圖1 液力緩速器結構

在液力緩速器中，定輪與緩速器殼體相連，動輪通過空心軸、凸緣與車輛傳動軸連接，動輪和定輪上均鑄有葉片。車輛制動時控制閥向油箱施加氣壓，使油液沖入動輪和定輪間的工作腔，動輪葉片高速旋轉時，工作腔中油液在離心力和壓力的共同作用下沖向定子，定子承受油液正向沖擊，同時對于油液起著反向作用，部分油液被反向打回轉子，從而對轉子產生反向作用，降低轉速，并將轉子動能轉化為熱能，再通過熱交換器散熱的方式實現車輛制動。液力緩速器不工作時，控制系統將油液釋放出油箱，保證工作腔無油，不會在車輛行駛時產生阻力。

2 液力緩速器性能測試

2.1 臺架試驗工作原理

液力緩速器的試驗臺架如圖2 所示。緩速器前端連接陪試變速器，陪試變速器空套在輔助支撐的花鍵套上，緩速器后端通過傳動軸連接電機，由電機驅動緩速器運轉，使定子、轉子產生相對轉動。緩速器工作時產生的扭矩可通過后端扭矩儀測得。

圖2 液力緩速器的試驗臺架

2.2 外特性的臺架試驗

液力緩速器起作用的車速范圍為20～100 km/h，在車輛實際運行中，液力緩速器通常工作在40～80 km/h。以商用車平均后橋速比4.5（通常后橋速比為2.8～6.7）進行計算，則傳動軸轉速為900～1 700 r/min，從散熱功率角度考慮，較低車速時液力緩速器工作時間可以略長，較高車速時工作時間要求縮短[3]。

液力緩速器的外特性試驗主要分析制動扭矩隨轉速的變化關系，反映扭矩輸出特性。液力緩速器可用的最高車速所對應的傳動軸轉速約為1 700 r/min，其外特性試驗曲線如圖3 所示，各恒定控制氣壓下轉速由1 700 r/min 降至0 的過程中緩速器輸出扭矩不斷變化。

圖3 緩速器不同控制氣壓下外特性曲線

從圖3 可以看出，隨著傳動軸轉速下降，每條外特性曲線均呈現先上升后下降趨勢，即每條外特性曲線均出現一個峰值扭矩，并且隨著控制氣壓降低，峰值扭矩及峰值扭矩所對應的傳動軸轉速均逐漸減小。例如，2.2 bar 控制氣壓的峰值扭矩為4 600 Nm，而2.0 bar 控制氣壓的峰值扭矩為4 000 Nm；2.2 bar 控制氣壓的峰值扭矩對應的傳動軸轉速為1 300 r/min，而2.0 bar 控制氣壓的峰值扭矩對應的傳動軸轉速為1 200 r/min。

2.3 內特性的臺架試驗

液力緩速器的內特性試驗主要分析恒速狀態下緩速器的輸出扭矩和內部壓力變化，可以為恒速制動和內部檢測提供參考。

2.3.1 扭矩的變化

圖4 為液力緩速器在傳動軸1 200 r/min 恒速狀態下不同控制氣壓所對應的扭矩曲線，傳動軸恒速下扭矩均呈現先快速上升后趨于穩定的趨勢，隨著控制氣壓增大，趨于穩定的扭矩值也不斷增大。不同氣壓下緩速器的運轉時間不同，主要與緩速器的散熱功率有關。控制氣壓較低時所產生的制動扭矩小，緩速器可以長時間運轉，控制氣壓較高時緩速器運轉時間相對較短。

圖4 傳動軸恒轉速下不同控制氣壓的扭矩曲線

2.3.2 內部壓力的變化

圖5 為液力緩速器內部壓力在傳動軸1 200 r/min 恒速狀態下跟隨控制氣壓變化的過程，緩速器定子背面、熱交換器進油口、內部工作腔和轉子背面的壓力均隨著控制氣壓增大而增大。

圖5 控制氣壓對緩速器內部壓力的影響

液力緩速器正常工作過程中控制氣壓將油槽中的油液壓入工作腔，控制氣壓越大則進入工作腔的油液越多。動輪葉片高速旋轉時，工作腔中油液在離心力和壓力的共同作用下沖向定子，定子承受油液正向沖擊，所承受的壓力最大，部分油液被反向打回轉子，從而產生阻止轉子正常工作的制動扭矩，工作腔中的油液越多則緩速器產生的制動扭矩越大。到達定子的另一部分油液沿葉片流入出油口進入熱交換器進行冷卻，由于油路管道出油口孔徑較小，會產生很大的壓降，所以熱交換器的進油口壓力偏小。

2.4 響應時間的臺架試驗

液力緩速器的響應時間反映其動態響應能力。開啟響應時間是從空擋直接切換至最高制動擋時開始計時，當液力緩速器產生額定輸出扭矩的90%時停止計時；關閉響應時間是液力緩速器達到額定輸出扭矩并穩定后，從最高制動擋直接切換至空擋時開始計時，當液力緩速器輸出扭矩衰減至額定輸出扭矩的20%時停止計時。由圖3液力緩速器的外特性曲線可知，當控制氣壓為2.0 bar 時，在傳動軸轉速1 200 r/min 附近，輸出扭矩最大。為了測試緩速器的響應時間，將傳動軸轉速設置為1 200 r/min，并開啟緩速器，待輸出扭矩穩定后關閉緩速器，得到如圖6 所示輸出扭矩隨擋位變化曲線。

圖6 制動擋位對緩速器內特性的影響

圖6 中緩速器的額定輸出扭矩為4 000 Nm，額定輸出扭矩的90%為3 609 Nm，對應的時間點為第33.91 s，制動擋位開啟時間點為第31.89 s，則開啟響應時間為二者之差，即2.02 s。緩速器由最高制動擋切換至空擋所對應的時間點為第41.31 s，輸出扭矩衰減至額定扭矩20%所對應的時間點為第42.01 s，則關閉響應時間為二者之差，即0.7 s。

液力緩速器制動扭矩開啟響應時間越短越好，同時避免沖擊和波動，否則車輛制動時會引起駕乘人員不適；當退出制動擋位時，需盡快消除制動扭矩，方便車輛進行加速。

3 結束語

液力緩速器目前已經在貨車上得到廣泛應用，在整車設計匹配過程中，緩速器的性能指標是一個重要參數。本文基于試驗臺架對于緩速器的外特性、內特性以及響應時間進行測試，為與整車合理匹配提供參考。