淺談液力緩速器的匹配和應(yīng)用

石方鑒 張仁國

東風(fēng)柳州汽車有限公司 廣西柳州市 545005

1 引言

隨著工業(yè)及物流市場的快速發(fā)展，近年卡車的市場需求及銷量也快速增長，整車噸位和速度也在同步提高，與卡車相關(guān)的交通事故越來越多，尤其是重型卡車的行車安全成為了大家的關(guān)注焦點(diǎn)[1]。另一方面，隨著法規(guī)日益嚴(yán)格，如GB 7258-2017修訂，要求總質(zhì)量大于3500kg 的危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸貨車、半掛牽引車裝備的輔助制動裝置的性能要求應(yīng)使汽車能通過GB 12676 規(guī)定的ⅡA 型試驗(yàn)[2]。制動相關(guān)的法規(guī)都有意識地推薦緩速器，而液力緩速器作為可提供持續(xù)制動力的輔助制動裝置，在重卡上匹配也越來越多，成為一種發(fā)展的趨勢。

2 液力緩速器工作原理

液力緩速器主要由轉(zhuǎn)子、定子、工作腔、油池殼、比例閥和熱交換器組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。打開控制手柄，緩速器將電信號輸入比例閥，壓縮空氣經(jīng)電磁閥進(jìn)入油池殼，將油池殼內(nèi)的工作油壓進(jìn)工作腔內(nèi)，緩速器開始工作。轉(zhuǎn)子帶動油液繞軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，油液沿葉片方向運(yùn)動，甩向定子。定子葉片對油液產(chǎn)生反作用，油液流出定子再轉(zhuǎn)回來沖擊轉(zhuǎn)子，這樣就形成對轉(zhuǎn)子的阻力矩，從而實(shí)現(xiàn)對車輛的減速作用[3]。液力緩速器工作油液經(jīng)過攪動后溫度升高，高溫油液通過油路進(jìn)入熱交換器與冷卻液進(jìn)

行熱交換，然后通過整車?yán)鋮s系統(tǒng)將熱量散去，最終達(dá)到熱平衡，保證緩速器制動力持續(xù)輸出。

3 液力緩速器與整車匹配設(shè)計(jì)

3.1 液力緩速器布置形式

液力緩速器根據(jù)安裝形式可分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種，并聯(lián)是指液力緩速器輸入軸增速齒輪與變速箱輸出軸齒輪左右并排布置與嚙合；串聯(lián)則是指緩速器輸入軸與變速箱輸出軸前后并排，串在一起，如圖2所示：

重型卡車匹配時(shí)通常會采用并聯(lián)形式，因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)可將變速箱右邊空置出來，以便布置取力器。無論是并聯(lián)還是串聯(lián)形式，外形結(jié)構(gòu)上都是增大的，因此在整車布置時(shí)，需校核車架前后左右空間是否足夠。

圖1 液力緩速器結(jié)構(gòu)圖

3.2 液力緩速器冷卻管路布置

從能量轉(zhuǎn)換的角度來講，液力緩速器工作原理是將車輛緩速制動時(shí)的動能轉(zhuǎn)換為緩速器工作介質(zhì)的熱能，利用發(fā)動機(jī)冷卻液循環(huán)將熱量散發(fā)，實(shí)現(xiàn)車輛減速，因此整車?yán)鋮s系統(tǒng)的散熱能力直接決定液力緩速器持續(xù)制動能力的發(fā)揮。液力緩速器對整車的散熱能力要求較高，與整車散熱系統(tǒng)的匹配是液力緩速器與整車匹配的關(guān)鍵部分[4]。液力緩速器冷卻系統(tǒng)布置如圖3所示。

圖2 液力緩速器布置形式

圖3 冷卻系統(tǒng)布置示意

液力緩速器冷卻管路匹配設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）冷卻管路用的鋼管內(nèi)徑應(yīng)盡量大，通用要求內(nèi)徑Φ55以上以確保水流量。

（2）冷卻管路應(yīng)固定在動力總成（發(fā)動機(jī)、變速箱）上，避免固定在車架上，防止動力總成振動與車架振動不一致而將管路扯脫、扯斷。

（3）影響整車散熱的三大要素為水箱、風(fēng)扇和水泵，因此匹配緩速器時(shí)，整車應(yīng)選擇迎風(fēng)面積更大的水箱，風(fēng)扇的直徑建議大于Φ700mm以上，而水泵也應(yīng)選擇功率較大的，要求發(fā)動機(jī)在1900rpm時(shí)，水流量大于300L/min。

（4）連接硬管之間的膠管應(yīng)采用硅膠管來提高抗爆破性能，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值抗爆壓力應(yīng)不小于1.0Mpa。

3.3 控制氣路設(shè)計(jì)要求

液力緩速器的控制方式是電控制氣，氣按液壓，故控制動力源便是氣壓，氣路設(shè)計(jì)要求儲氣罐供氣壓力不小于0.6Mpa，最好采用容積不小于15升的獨(dú)立儲氣罐并且供氣管的內(nèi)徑不得小于Φ9mm。

3.4 液力緩速器電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液力緩速器是集機(jī)、液、氣、電的一體化的產(chǎn)品，電是指電控系統(tǒng)，是為了實(shí)現(xiàn)緩速器與發(fā)動機(jī)，緩速器與整車通訊。主要包括緩速器自身功能實(shí)現(xiàn)，如通過手柄發(fā)出工作指令，點(diǎn)亮工作指示燈，點(diǎn)亮剎車燈等。另一方面，需實(shí)現(xiàn)整車協(xié)調(diào)整。比如：（1）實(shí)現(xiàn)緩速器工作時(shí)，風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)更好散熱；（2）緩速器制動力不足時(shí)，請求發(fā)動機(jī)制動實(shí)現(xiàn)最大制動力；（3）整車巡航狀態(tài)下打開緩速器，巡航退出；（4）整車防抱死系統(tǒng)（ABS）工作時(shí)或者踩油門時(shí)，緩速器接收指令并退出工作。隨著汽車科技發(fā)展，電控系統(tǒng)慢慢開始采用CAN總線技術(shù)來替代硬線技術(shù)。

4 液力緩速器制動性能分析

4.1 性能目標(biāo)

匹配液力緩速器作為輔助制動裝置的貨車，緩速器的制動性能目標(biāo)要求應(yīng)使汽車能通過GB12676《汽車制動系結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》規(guī)定的Ⅱ A 型試驗(yàn)，亦即在7% 的坡度上以30km/h 的車速行駛6km 的距離。

4.2 匹配計(jì)算

以高速公路上常見的6軸牽引車（主車+半掛車），整車總重為49T為例，在7%的坡度及30km/h的車速條件下需的制動功率為W=49×1000×9.8×6000×（0.07｜0.01）÷1000=240.1kw[5]。

根據(jù)緩速器外特性曲線，緩速器制動扭矩可達(dá)3200N.m，制動功率可以達(dá)到400kw以上，短時(shí)間甚至可以達(dá)到600kw。液力緩速器自身可提供足夠的制動扭矩和功率，只在整車散熱功率足夠，即可滿足設(shè)計(jì)要求。其制動扭矩曲線如圖4所示，制動功率曲線如圖5所示。

4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

常見的輔助制動性能試驗(yàn)驗(yàn)證的方法主要有四種：（1）下坡試驗(yàn)；（2）牽引試驗(yàn)；（3）轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)；（4）減速度試驗(yàn)。

圖4 制動扭矩曲線

圖5 制動功率曲線

5 整車匹配液力緩速器收益分析

整車匹配液力緩速器的收益主要來自節(jié)省摩擦片和輪胎、節(jié)省淋水裝置和加水費(fèi)用與時(shí)間、節(jié)省輪胎和摩擦片維修更換時(shí)間，提高運(yùn)營效率。一般跑長途用戶，一年可節(jié)約費(fèi)用1.8萬元，山區(qū)用戶一年可節(jié)約3萬元。

6 結(jié)束語

液力緩速器的應(yīng)用提高了車輛運(yùn)行的安全性，降低了交通事故發(fā)生的概率，促進(jìn)了社會和諧發(fā)展[6]；另一方面，可以為用戶提供可觀的經(jīng)濟(jì)效益，特別是對于常跑云貴川、西藏等有山區(qū)坡多路線的用戶。不管從法規(guī)日益嚴(yán)格要求還是行車安全或提高經(jīng)濟(jì)效益角度來看，液力緩速器都逐步的被市場認(rèn)可，也將會得到更大范圍的應(yīng)用和推廣。