液力緩速器制動機理研究.pdf

1、制動裝置直接關(guān)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(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)換強度動態(tài)變化

2、，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜地擾動，反過來又引起功熱轉(zhuǎn)換及耗散發(fā)生本質(zhì)的變化，瞬態(tài)過程液固相互作用機制諸多技術(shù)基礎(chǔ)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(zhì)物性、裝置幾何結(jié)構(gòu)定性特征參數(shù)、運動特征參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系及相互作用的機制，揭示介質(zhì)溫度與粘度、充液率與介質(zhì)流變特性、介質(zhì)粘度與制動扭矩、不同充液率下轉(zhuǎn)速與制動扭矩的關(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計算與試驗考證相結(jié)合的方法，揭示非穩(wěn)態(tài)過程中的功熱轉(zhuǎn)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(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)、特性和存在的問題的基礎(chǔ)上，證實了介質(zhì)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(zhuǎn)換的質(zhì)變點。
　　2）在計算流體力學(xué)典型的控制方程基礎(chǔ)上，以液力緩速器內(nèi)流場的特點選擇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(zhuǎn)速、不同粘度進(jìn)行了CFD仿真計算。通過對計算結(jié)果的分析，得出以下結(jié)論：相同轉(zhuǎn)速和介質(zhì)溫度下制動扭矩隨充液率的增加而增大；相同充液率和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的變化與充液率有關(guān)，充液率在95％時轉(zhuǎn)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(zhì)殼牌全合成5W-40潤滑油在不同溫度下的粘度進(jìn)行了測定，驗證了表征油液介質(zhì)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(zhuǎn)速進(jìn)行了制動性能試驗，制動扭

6、矩結(jié)果和相同條件下CFD數(shù)值計算的制動扭矩結(jié)果進(jìn)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(zhì)溫度95℃時，制動扭矩隨轉(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，制動扭矩隨介質(zhì)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(zhuǎn)速600r/min、介質(zhì)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(jié)果表明CFD數(shù)值計算模型是正確的，結(jié)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(guān)的參數(shù)進(jìn)行了無量綱化研究，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度為基本物理參數(shù)，推導(dǎo)了基于介質(zhì)表觀動力粘度、熱導(dǎo)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(zhì)密度、介質(zhì)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(guān)系式。接著結(jié)合 CFD數(shù)值計算與臺架試驗對相似準(zhǔn)則數(shù)與液力緩速器制動機理間的關(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)和普朗特數(shù)隨轉(zhuǎn)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(jié)果驗證了基于量綱分析的制動扭矩關(guān)系式的正確。
　　6）基于臺架試驗和CFD計算結(jié)果對介質(zhì)參數(shù)與液力緩速器制動機理間的關(guān)系進(jìn)行了研究，得出如下結(jié)果：充液率大于等于72%時，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，制動扭矩隨

9、轉(zhuǎn)速升高而增大；充液率小于等于68%時，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，制動扭矩隨轉(zhuǎn)速升高減小；充液率和制動扭矩之間存在線性的對應(yīng)關(guān)系；控制氣壓與充液率間存在近似線性對應(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，并驗證了是正確的；液力緩速器制動