帶液力緩速器的商用車冷卻系統(tǒng)性能研究

冉凱，阮加良，吳丹，張有文，馮佩，李強強

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帶液力緩速器的商用車冷卻系統(tǒng)性能研究

冉凱，阮加良，吳丹，張有文，馮佩，李強強

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

帶液力緩速器的商用車在下坡工況時，需將大量的機械能轉(zhuǎn)化為冷卻液熱能，對整車冷卻系統(tǒng)提出了更高的要求。文章建立了下坡工況的能量轉(zhuǎn)化數(shù)學模型，得到了冷卻系統(tǒng)的需求散熱量；利用ANSA和Star CCM+進行了整車熱平衡分析，并通過試驗驗證了數(shù)學模型和CAE分析結(jié)果的可靠性；為后期液力緩速器車型的冷卻系統(tǒng)匹配提供了依據(jù)。

液力緩速器；商用車；冷卻

前言

重型商用車在連續(xù)下坡工況行駛時，為保證車速和安全性，提高行車制動系統(tǒng)的壽命，大都采用液力緩速器作為輔助制動裝置。在下坡過程中，液力緩速器需將整車的機械能轉(zhuǎn)化為緩速器內(nèi)部油液的熱能，再通過熱交換器將熱量交換到冷卻液中，最終由整車冷卻系統(tǒng)散發(fā)到周邊環(huán)境中。如果熱量不能及時的被冷卻系統(tǒng)帶走，液力緩速器會因油溫過高而退出工作，影響行車安全，對冷卻系統(tǒng)的散熱能力提出了更高的要求。

1 液力緩速器散熱功率分析

以理想極限工況為例，恒速，無風，僅采用液力緩速器為輔助制動方式。

根據(jù)能量守恒定律，如圖1所示，下坡過程的理論散熱量Q理如下。

式中，Q理為下坡工況理論散熱量，kW；m為車輛整備質(zhì)量，kg；g為重力加速度，N/kg；v為車輛行駛速度，km/h；A為坡度。

整車風阻消耗功率Q風：

式中，Q風為空氣阻力消耗的功率，kW；CD為空氣阻力系數(shù)；A為整車迎風面積，㎡。

液力緩速器理論散熱量Q液：

Q液=Q理-Q風-Qf（3）

式中，Qf為整車摩擦功，kW；因Qf包含了傳動系摩擦功、發(fā)動機反拖功和輪胎摩擦功等，計算較復雜，故采用相同配置不帶液力緩速器車型的測試數(shù)據(jù)，其不同檔位對應(yīng)的Qf如表1所示。

表1 某商用車常用檔位Qf值

因緩速器車型散熱量較大，對風扇轉(zhuǎn)速要求較高，實際應(yīng)用過程中，要求發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在1500r/min以上，根據(jù)式4可確定變速器擋位。

式中，n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；r為車輪半徑，m；ig為變速器傳動比；i0為主減速器傳動比。

以某型帶液力緩速器商用車為例，總質(zhì)量49000kg，恒速≥30km/h，坡度-6%，變速器為法士特10JSD160，主減速比5.262，求得不同轉(zhuǎn)速的Q液見表2。

2 CAE分析

利用前處理軟件ANSA進行網(wǎng)格劃分，Star CCM+進行流場和散熱能力分析。

2.1 模型幾何清理和網(wǎng)格劃分

將幾何模型導入到ANSA后，進行幾何模型處理，檢查無誤后劃分網(wǎng)格，盡量保持網(wǎng)格模型與幾何模型的一致性。機艙模型如圖2所示。

圖2 機艙模型

2.2 分析工況

利用發(fā)動機數(shù)據(jù)單或相關(guān)試驗數(shù)據(jù)可知對應(yīng)轉(zhuǎn)速的水流量，具體分析工況見表2。

表2 分析工況

2.3 邊界條件

計算域：44m×12.6m×17.6m，如圖3。

Velocity Inlet 30km/h；

Wall 光滑壁面；

Pressure Outlet 標準大氣壓。

圖3 MAIN的計算域

2.4 分析結(jié)果

利用已知的散熱器性能參數(shù)、風扇性能參數(shù)、水泵流量、散熱量Q液等數(shù)據(jù)，創(chuàng)建模型的interface和heat exchanger，設(shè)置Solvers和監(jiān)控參數(shù)，查看Reports分析結(jié)果如表3所示。

表3 CAE分析結(jié)果

3 試驗驗證

本次試驗利用法士特轉(zhuǎn)轂，各測試儀器均符合相關(guān)規(guī)定，其中需要在水路上連接的傳感器位置如圖4所示，其中T表示溫度傳感器，P表示壓力傳感器，其他相關(guān)參數(shù)由試驗臺架測得。

圖4 測試點布置圖

測試環(huán)境如圖5所示。

測試結(jié)果如表4所示，Q液的誤差原因可能為Q風和Qf的不一致；液氣溫差的誤差原因可能為水流量和風阻的不一致。

圖5 測試環(huán)境

表4 試驗結(jié)果分析

4 結(jié)論

本文建立了液力緩速器重型商用車的下坡工況數(shù)學模型，利用ANSA和Star CCM+進行了整車熱平衡分析，臺架試驗結(jié)果表明其誤差均小于5%，滿足使用需求，為后期液力緩速器車型的冷卻系統(tǒng)匹配提供了依據(jù)。

[1] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:7-15.

[2] 郎華,馬圣龍,徐偉剛,等.重型汽車液力緩速器的匹配應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2018(7):60-63.

[3] 孫博,李環(huán).整車散熱系統(tǒng)對液力緩速器持續(xù)制動性能的影響[J].公路與汽運, 2014(3):24-25.

[4] 高帥,雷勝.一種用于搭載液力緩速器車型的冷卻系統(tǒng)應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù),2017(17):9-10.

[5] 張勝賓,黃俊剛,施國飛.液力緩速器長下坡恒速制動理論研究[J].機床與液壓,2017(8):121-124.

[6] 洪寧,胡羽成,向岳山.液力緩速器與車輛的匹配計算[J].裝備制造技術(shù),2017(7):146-14.

Research on Cooling System of Heavy Duty Truck with Hydraulic Retarder

Ran Kai, Ruan Jialiang, Wu Dan, Zhang Youwen, Feng Pei, Li Qiangqiang

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

Heavy duty truck with hydraulic retarders need to convert large of mechanical energy into coolant thermal energy, when working on long downhill conditions, which puts forward higher requirements for cooling system. This paper establishes a mathematical model of energy conversion in downhill conditions, and obtains the heat dissipation requirement of the cooling system. The thermal balance analysis is carried out by using ANSA and Star CCM+, and the reliability of the mathematical model and CAE analysis results are verified by experiments. It provides a basis for the cooling system of the heavy duty truck with hydraulic retarders.

Hydraulic Retarder;Heavy Duty Truck; Cooling

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.028

U463.21

A

1671-7988(2019)10-76-03

U463.21

A

1671-7988(2019)10-79-03

冉凱，學士學歷，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，研究方向為整車熱管理。