李曉莉

（阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程科技學(xué)院， 安徽 阜陽 236031）

引言

作為重載車輛的第三制動(dòng)系統(tǒng)，液力減速器在山區(qū)和丘陵區(qū)域的制動(dòng)時(shí)發(fā)揮著重要作用。下長坡時(shí)，以摩擦制動(dòng)為主的傳統(tǒng)制動(dòng)裝置，受多種因素影響會導(dǎo)致制動(dòng)效能下降。而液力減速器可以提供穩(wěn)定的制動(dòng)力，是一種優(yōu)良的輔助制動(dòng)裝備[1-4]。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

液力減速器并非是液力傳動(dòng)元件。液力減速器主要由轉(zhuǎn)子和定子、油箱、散熱系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸相連，定子固定在殼體上不動(dòng)，并且轉(zhuǎn)子和定子共同組成工作腔。當(dāng)其起作用時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，充填在工作腔里的工作液受離心力和轉(zhuǎn)子葉片的雙重作用從轉(zhuǎn)子葉片拋向定子葉片，由于定子葉片固定不動(dòng)，沖向定子葉片的工作液會對轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生一個(gè)反作用力，從而形成制動(dòng)力矩，起到制動(dòng)作用[5-6]。液力減速器的制動(dòng)力矩與制動(dòng)功率公式為：

式中：P為制動(dòng)功率；λp為制動(dòng)功率系數(shù)；ρ為工作液體密度；D為循環(huán)圓有效直徑；n為液力減速器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；M為制動(dòng)力矩；λMB為制動(dòng)力矩系數(shù)。

2 基本參數(shù)的確定與分析

2.1 工作腔室的選定

液力減速器工作腔型有長圓形、圓形、扁圓形三種，如圖1所示。圖1-1為長圓形工作腔型，有內(nèi)環(huán)葉片和無內(nèi)環(huán)葉片兩種。圖1-2為圓形工作腔型，啟動(dòng)系數(shù)和過載系數(shù)較高，用于普通液力減速器。圖1-3為扁圓工作腔型，用于普通液力減速器，一般采用前傾葉片。圖2為不同腔型轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩曲線。本例選擇的圓形腔型作為液壓減速機(jī)工作腔型。

圖1 液力減速器的三種工作腔型（mm）

圖2 不同腔型的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線

2.2 工作腔型有效直徑的確定

工作腔型有效直徑計(jì)算如下式：

式中：Pn為工作機(jī)額定功率；λn為泵輪力矩系數(shù)；ηn為泵輪額定轉(zhuǎn)速。

選定腔型中額定功率Pn和額定轉(zhuǎn)速ηn后，由式（2）可以得到工作腔型有效工作直徑D。液力減速器產(chǎn)生制動(dòng)力矩T的大小與工作腔有效直徑D的5次方成正比，所以有效直徑對制動(dòng)性能的影響很大。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取工作腔型最小值有效直徑D為320mm。

2.3 循環(huán)圓內(nèi)外直徑比d/D的確定

在其他條件不變的情況下，減小循環(huán)圓內(nèi)徑d等于增加了液流的過流面積和循環(huán)流量，因而傳遞力矩有可能增加。但d/D的減小將使內(nèi)轂尺寸減小，會使葉片數(shù)量減少，液力損失增加。所以常取d/D=0.5左右，在此取d=160mm。

2.4 流道寬度和循環(huán)圓有效直徑比B/D的確定

流道寬度增加等于增大了循環(huán)流量和傳遞力矩工作的液體的沖液量，所以流道寬度的增加，傳遞的力矩也增大。但過寬的流道寬度，不僅會加大液力損失，而且也給加工帶來難度。流道寬度B通常在（0.135～0.160）D 之間，取 B=45mm。

2.5 工作葉輪軸向間隙與循環(huán)圓有效直徑比Δ/D

為避免液力減速器兩工作葉輪在工作中因軸向力而相碰，通常在轉(zhuǎn)子和定子的軸向間留有一定的間隙，Δ=（0.005～0.010）D，其值過大，則可能加大容積損失，但根據(jù)試驗(yàn)，在一定范圍內(nèi)，Δ/D的值對特性影響不大。在此取Δ=18mm。

2.6 液力減速器葉輪的設(shè)計(jì)

2.6.1 葉片數(shù)目的確定

葉片數(shù)目的計(jì)算：

式中：Z為定子葉片數(shù)量；D為有效直徑，mm。

將D=320mm代入公式（3）計(jì)算后，取整得到定子葉片數(shù)為42，利用液力減速器的制動(dòng)力矩公式（1），做出定子 /轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為 41/43，37/39，35/37 時(shí)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩曲線，如圖3所示。在定子/轉(zhuǎn)子葉片數(shù)為35/37時(shí)轉(zhuǎn)矩最優(yōu)。

圖3 不同葉片數(shù)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩曲線

2.6.2 葉片厚度的確定

應(yīng)對高轉(zhuǎn)速、大功率的液力減速器葉片厚度進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，一般減速器的葉片厚度可以查表獲取。為了增加葉片強(qiáng)度，又不降低有效腔容，常將葉片設(shè)計(jì)成徑向或者軸向不等厚。通過減速器葉片厚度表查詢，為了既不影響傳遞力矩，又能增加葉片強(qiáng)度，往往將葉片制成徑向或者軸向不等厚。因此，本例葉片厚度取1.5mm。

2.6.3 葉片形狀的確定

由同一葉片沿流線方向截面形狀的中線所構(gòu)成的平面稱為平面葉片。液力減速器的葉片全為平面葉片。按平面葉片在葉輪中所處位置可分為徑向葉片和傾斜葉片。葉片骨面通過葉輪軸線的平面葉片稱為徑向葉片。徑向葉片的骨面與葉輪軸面相重合，如圖4所示。絕大多數(shù)液力減速器采用徑向葉片。葉片骨面葉輪軸面相交的平面葉片稱為傾斜葉片。在傾斜葉片中，葉片骨面在流道出口向著水泵輪轉(zhuǎn)向相反方向傾斜稱為前傾葉片，與前傾方向相反的葉片稱為后傾葉片。圖5所示為兩種傾角葉片，對于液力減速器常用前傾葉片。

圖4 徑向葉片

圖5 傾斜葉片

2.6.4 葉片傾角與結(jié)構(gòu)的確定

液力減速器的傾角一般選為35°、40°、45°。由圖6可見液力減速器的葉片傾角最好選用45°。葉片結(jié)構(gòu)形式對液力減速器的性能有很大影響。

圖6 不同葉片傾角的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩曲線

3 轉(zhuǎn)子和定子的三維建模

基于上述基本參數(shù)的確定，應(yīng)用三維建模軟件UG繪制轉(zhuǎn)子與定子的三維圖，如第26頁圖7所示。

4 結(jié)論

基于上述基本參數(shù)的確定，轉(zhuǎn)子與定子的主要參數(shù)為：轉(zhuǎn)子半徑為160mm，葉片數(shù)為37，葉片厚度為1.5mm，葉片傾角為前傾45°；定子半徑為160mm，定子葉片數(shù)為32，葉片厚度為1.5mm，葉片傾角為前傾45°。根據(jù)此參數(shù)，建模獲得了轉(zhuǎn)子與定子三維UG模型。

圖7 轉(zhuǎn)子與定子三維UG模型