液力緩速器作用及工作原理

1、汽車液力緩速器的原理及應(yīng)用汽車制動(dòng)系是汽車安全行駛中最重要的系統(tǒng)之一。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展和道路條件的改善，汽車的行駛速度和單次運(yùn)行距離都有了很大的發(fā)展，行駛動(dòng)能大幅度的提高，從而使得傳統(tǒng)的摩擦片式制動(dòng)裝置越來(lái)越不能適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的工作需要。由于頻繁或長(zhǎng)時(shí)間地使用行車制動(dòng)器， 出現(xiàn)摩擦片過(guò)熱的制動(dòng)效能熱衰退現(xiàn)象 ，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致制動(dòng)失效，威脅到行車安全 1 。車輛也因?yàn)轭l繁更換制動(dòng)蹄片和輪胎導(dǎo)致運(yùn)輸成本的增加。為了解決這一問(wèn)題，應(yīng)運(yùn)而生的各種車輛輔助制動(dòng)系統(tǒng)迅速發(fā)展，液力緩速器就是其中一種。一、液力緩速器的發(fā)展歷史最早出現(xiàn)液力緩速器是為了解決火車短距離內(nèi)減速困難的問(wèn)題。此后，液力緩速器被用在汽車

2、列車上，發(fā)現(xiàn)其很好的輔助制動(dòng)效果。當(dāng)今液力緩速器越來(lái)越多地被運(yùn)用到重型載貨汽車和大、中型客車上。隨著其應(yīng)用的發(fā)展，出現(xiàn)了很多生產(chǎn)液力緩速器的公司。比較著名的液力緩速器廠商有德國(guó)福伊特（ VOITH）公司、法國(guó)泰爾馬（ TELMA）公司、美國(guó)通用公司、日本 TBK公司等 2 。目前來(lái)看，其生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，形成了適用于各種車型的系列產(chǎn)品。我國(guó)的液力緩速器研發(fā)已經(jīng)有一定的發(fā)展，但不管是技術(shù)水平還是應(yīng)用數(shù)量都遠(yuǎn)落后于國(guó)外。二、液力緩速器結(jié)構(gòu)、工作原理及控制方式（一）基本結(jié)構(gòu)液力緩速器結(jié)構(gòu)大致相同，以 VOITH液力緩速器為例（圖 1），它是由轉(zhuǎn)子、定子、工作腔、輸入軸、熱交換器、儲(chǔ)油箱和殼體組成

3、。其安裝方式一般分為與傳動(dòng)軸串連和并連兩種。串連時(shí)可在變速器前、后安裝；如果采取并連，則緩速器和變速器做成一個(gè)整體來(lái)安裝。對(duì)于裝有帶液力變矩器的自動(dòng)變速器車輛來(lái)說(shuō)，原變速器系統(tǒng)已配備了儲(chǔ)油罐、油泵和散熱器等部件，因此，在配有自動(dòng)變速器的客車和載貨汽車上安裝液力緩速器成本更低。？（二）工作原理緩速器工作時(shí)，壓縮空氣經(jīng)電磁閥進(jìn)入儲(chǔ)油箱，將儲(chǔ)油箱內(nèi)的變速器油經(jīng)油路壓進(jìn)緩速器內(nèi)，緩速器開(kāi)始工作。轉(zhuǎn)子帶動(dòng)油液繞軸線旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，油液沿葉片方向運(yùn)動(dòng)，甩向定子。定子葉片對(duì)油液產(chǎn)生反作用，油液流出定子再轉(zhuǎn)回來(lái)沖擊轉(zhuǎn)子，這樣就形成對(duì)轉(zhuǎn)子的阻力矩，阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的減速作用。工作液在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使進(jìn)出口

4、形成壓力差，油液循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)熱交換器時(shí)，熱量被來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的冷卻水帶走。整個(gè)系統(tǒng)工作原理如圖2 所示。（三）制動(dòng)力矩計(jì)算公式緩速器的制動(dòng)力矩計(jì)算公式根據(jù)其布置形式有所不同。其基本計(jì)算公式為M= gD5n2式中： D轉(zhuǎn)子有效循環(huán)直徑，m； n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min ； 制動(dòng)力矩系數(shù)（與葉輪外形有關(guān)）； 一流體介質(zhì)的密度；g重力加速度。對(duì)于常見(jiàn)的緩速器，裝在變速器之前的布置形式的制動(dòng)力矩可以寫成式中： va 汽車車速，km/h；ig 變速器傳動(dòng)比；i0 主減速器傳動(dòng)比；r 車輪半徑，m。若選擇緩速器放在變速器輸出端的布置形式，則需要加裝齒輪增速裝置來(lái)獲得較高轉(zhuǎn)速，進(jìn)而獲得較大的緩速力矩。所以

5、這種布置方式比較復(fù)雜。此時(shí)緩速器制動(dòng)力矩應(yīng)為式中： iz 增速裝置傳動(dòng)比。（四）制動(dòng)力矩的控制緩速器的控制調(diào)節(jié)方式可以分為檔位調(diào)節(jié)模式與制動(dòng)力矩可以連續(xù)變化的調(diào)節(jié)模式兩種。1檔位調(diào)節(jié)模式檔位調(diào)節(jié)模式一般又分為手動(dòng)操縱模式和車輛制動(dòng)系聯(lián)動(dòng)操縱模式。手動(dòng)操作模式下一般按制動(dòng)力矩大小排成15 檔，每個(gè)檔位充入緩速器的油液，由安裝在制動(dòng)管路上的壓力傳感器提供的壓縮空氣的壓力信號(hào)決定，從而控制進(jìn)入緩速器的油液質(zhì)量，以達(dá)到控制制動(dòng)力矩的目的。每個(gè)檔位都能夠維持一定的緩速?gòu)?qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)汽車在坡路上等速行駛。2制動(dòng)力矩連續(xù)變化的調(diào)節(jié)模式制動(dòng)力矩還有連續(xù)變化的調(diào)節(jié)方式，其控制方式是利用安裝在制動(dòng)踏板下的制動(dòng)量位置

6、傳感器采集得到制動(dòng)量信號(hào)。該制動(dòng)量位置傳感器是一個(gè)可變電阻，當(dāng)制動(dòng)踏板位置改變時(shí)，可變電阻的阻值也發(fā)生變化，則得到一個(gè)變化電壓值反應(yīng)出制動(dòng)量的變化；再根據(jù)制動(dòng)量大小和車速大小由電控單元發(fā)出脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)控制電液比例閥的電壓，進(jìn)而控制比例調(diào)速閥出口開(kāi)度來(lái)控制流入緩速器的液體的質(zhì)量。當(dāng)制動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)，電控單元控制回油泵迅速回油，從而通過(guò)這種控制方式達(dá)到控制液力緩速力矩的目的。（五）車速信號(hào)和制動(dòng)量信號(hào)處理電路車速信號(hào)是通過(guò)原車的車速信號(hào)傳感器得到方波的電信號(hào)。制動(dòng)量位置信號(hào)是通過(guò)安裝在制動(dòng)踏板處的一個(gè)可變電阻得到相應(yīng)的電壓信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)車速和制動(dòng)量信號(hào)處理電路處理后，再進(jìn)入專門的A/D 轉(zhuǎn)換

7、器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。車速和制動(dòng)量處理電路原理圖如圖3 所示。該處理電路的功能是對(duì)車速和制動(dòng)量信號(hào)進(jìn)行處理主要是對(duì)車速信號(hào)進(jìn)行處理。車速的方波信號(hào)通過(guò)一個(gè)隔離電容，起到抗干擾的作用，再經(jīng)過(guò)由二極管D3，電阻 R29、 R30和 R31、 R32，三極管T11 和 T10 組成的兩級(jí)觸發(fā)放大電路放大后，進(jìn)入由二極管D4、 D5，電容 C5、 C6、C7，電阻 R33、R34、 R35、 R36，積分器 U3 和可變電阻RV1組成的積分電路。積分電路用于實(shí)現(xiàn)低速開(kāi)關(guān)的功能，當(dāng)車速小于設(shè)定值的時(shí)候，緩速器不工作，車速電壓輸出線路就輸出無(wú)效的開(kāi)關(guān)信號(hào)，此時(shí)不再對(duì)車速進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換和判斷處理。如果車速高于設(shè)

8、定值，積分電路輸出有效的開(kāi)關(guān)信號(hào)，車速信號(hào)送入下一步的A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理判斷。制動(dòng)量信號(hào)不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，直接送單片機(jī)處理。三、液力緩速器應(yīng)用的效果在緩速器轉(zhuǎn)子有效工作半徑不變的情況下，緩速器的制動(dòng)力矩與進(jìn)入的工作油液量和壓力有關(guān)，也隨著傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速而變化。以 VOITH的某種液力緩速器為例， 800 2000r/min 工作轉(zhuǎn)速時(shí)有很高的緩速力矩，最高可以達(dá)到 4000Nm3， 4 ，其制動(dòng)作用是非常明顯的。從最新的液力緩速器的應(yīng)用研究表明，利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、排氣制動(dòng)、液力緩速器來(lái)聯(lián)合控制制動(dòng)時(shí)，效果更為理想。發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)在低轉(zhuǎn)速下有不錯(cuò)的減速效果，隨著轉(zhuǎn)速升高，

9、排氣制動(dòng)、緩速器制動(dòng)開(kāi)始介入，制動(dòng)強(qiáng)度逐漸加大。這樣配合使用，可使汽車穩(wěn)定下坡，提高了汽車下坡的安全性5 。深圳市公共交通（集團(tuán)）有限公司曾對(duì)所屬3 路線公交車輛進(jìn)行對(duì)比分析。3 號(hào)線路有空調(diào)巴士20 輛，裝有B300R 自動(dòng)變速器，有液力緩速器；普通巴士17 輛，裝備AT545 自動(dòng)變速器，無(wú)液力緩速器。兩種車均為EQ1141G底盤。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，普通巴士的換片、換鼓量分別是空調(diào)巴士的1.73 和 2.03 倍，報(bào)修頻率是空調(diào)巴士的1.93 倍6 。由此可見(jiàn)液力緩速器的使用效果是相當(dāng)理想的。四、總結(jié)1提高了車輛行駛的安全性。 大大減少了坡道行駛時(shí)由于行車制動(dòng)器熱衰退引發(fā)的安全事故，使得汽車在下坡時(shí)平均行駛速度提高，在平路行駛時(shí)，可以比較容易地控制調(diào)節(jié)車速和保持車間距離。2減少了頻繁的緩速和制動(dòng)，提高了車輛的舒適性和操縱靈活性，大大降低了駕駛員的疲勞強(qiáng)度，減少了制動(dòng)噪聲。3提高了車輛運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性。由于