一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法，屬于液力減速器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種液力減速器充液制動過程動態(tài)特性可視化試驗方法，通過轉(zhuǎn)速測扭儀、物位儀、壓力傳感器、PIV系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，獲得動輪轉(zhuǎn)速、制動扭矩、循環(huán)圓充液率、液力減速器出口壓力、速度場特性動態(tài)特性參數(shù)的步驟和方法，依次獲得動輪轉(zhuǎn)速及固定循環(huán)圓充液率組合變化條件對液力減速器制動扭矩、出口壓力、速度場三個特性影響的精確數(shù)據(jù)，解決了無法獲得動輪轉(zhuǎn)速、循環(huán)圓充液率對內(nèi)部流動特性、外部扭矩特性及出口壓力影響精確量化數(shù)據(jù)的問題，為研究液力減速器部分充液兩相流動仿真方法、內(nèi)外特性相互影響關(guān)系、控制條件對內(nèi)特性的影響提供技術(shù)手段。
【專利說明】一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于液力減速器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于液力減速器充液制動過程動 態(tài)特性可視化試驗方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 1、液力減速器的應(yīng)用及發(fā)展
[0003] 液力減速器是液力偶合器iTB = 0的特殊形式，其循環(huán)圓由兩種葉輪組成，旋轉(zhuǎn)的 葉輪稱為動輪，固定不動的葉輪稱為定輪。其工作原理是：工作時動輪隨驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動，在充 入液體時動輪將輸入的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，使液流以高速沖向定輪葉片；定輪不轉(zhuǎn)動，形 成流體流動的阻力，以此產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩并將液壓能全部轉(zhuǎn)化成熱能。液力減速器的制動力 矩可由以下公式表示：Mk = λ · Yk*n2*Da5,其中λ為由減速器的結(jié)構(gòu)、充液率決定的力 矩系數(shù)、Yk為油液的重度、η為減速器動輪的轉(zhuǎn)速、Da為減速器循環(huán)圓的直徑。
[0004] 液力減速器主要用于車輛輔助制動，是目前應(yīng)用最廣的車輛輔助制動器，通常裝 配于城市公交車、載重貨車、高檔汽車上，用于車輛長期、持續(xù)下長坡制動。上個世紀(jì)八十年 代，國外先進國家在高檔車輛上開發(fā)了以高速、大功率液力減速器作為輔助制動器與機械 制動器聯(lián)合實現(xiàn)恒制動力矩的技術(shù)，液力減速器在高速區(qū)（即>l/2Vmax)部分充液保持恒 扭矩減速，承擔(dān)車輛整個制動過程50% -75 %的制動能量，達(dá)到提高車輛高速行駛的安全 性及降低機械制動器損耗的目的。近年來，國內(nèi)外相繼開發(fā)具有更廣泛適用性AT自動變速 器，在高檔輪式車輛上將自動變速技術(shù)與液力減速器部分充液技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了車輛自 動巡航，進一步推動了輪式車輛的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。液力減速器制動過程控制技術(shù)是以上 兩種先進技術(shù)應(yīng)用的核心環(huán)節(jié)，近十幾年我國一直開展相關(guān)技術(shù)仿研，但尚未形成自主化 技術(shù)和產(chǎn)品。
[0005] 2、液力減速器充液制動過程動態(tài)試驗
[0006] 目前，針對我國液力減速器制動過程或性能的試驗研究主要是外特性試驗即測試 轉(zhuǎn)速-扭矩特性的試驗，其中主要研究低速、全充液工況（實際最大充液狀態(tài)未必是完全充 滿）。近年來，為了突破液力減速器部分充液制動過程扭矩控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，已陸續(xù)開展了 一些典型液力減速器基型的充液制動試驗，在試驗中研究了不同充液量條件下出口壓力、 內(nèi)腔壓力和制動扭矩關(guān)系的試驗研究，但在試驗中無法測得實際充液量，只能得到了充液 量越大λ越大、確定結(jié)構(gòu)具有確定最大λ值以及腔內(nèi)壓力與扭矩具有關(guān)聯(lián)性等研究結(jié)論， 研究工作斷續(xù)、未量化、不具規(guī)律性。
[0007] 3、液力元件可視化試驗的發(fā)展
[0008] 國外，已廣泛應(yīng)用PIV技術(shù)的可視性，解決各種領(lǐng)域的復(fù)雜技術(shù)問題。國內(nèi)，已將 PIV技術(shù)應(yīng)用于液力變矩器和液力偶合器的內(nèi)部流場測試，獲得了流場分布規(guī)律和變化規(guī) 律的相關(guān)數(shù)據(jù)。液力偶合器制動工況工作原理與液力減速器相似，但由于具體結(jié)構(gòu)差異、所 需測試測試參數(shù)不同、應(yīng)用要求不同，導(dǎo)致液力減速器可視化試驗難度較大、無法實施。
[0009] 液力減速器制動過程可視化試驗主要難點在于：（1)液力減速器通常采用在葉片 上布置進出油道的結(jié)構(gòu)方式，致使流場結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，需要更多流場數(shù)據(jù)描述運動，給測試 區(qū)域的選擇、高速攝像都帶來較大難度，同時數(shù)據(jù)總量激增、后處理難度增加、對硬件設(shè)備 的配置要求更高；（2)液力減速器制動過程就是將動能轉(zhuǎn)換為熱能的過程，這與液力變矩 器和液力耦合器有本質(zhì)區(qū)別，造成的最嚴(yán)重的后果是大量發(fā)熱造成急劇的溫升，會使一直 存在的樹脂透明材料的試驗樣機受熱開裂、變形問題進一步加劇，因此，液力減速器的可視 化試驗一直無法實施；（3)液力減速器動態(tài)特性試驗存在轉(zhuǎn)速、充液量兩種條件變化因素， 存在非全充液狀態(tài)，強調(diào)瞬態(tài)變化，現(xiàn)有PIV手段實施困難。
[0010] 已申請的國防專利"一種液力減速器流場檢測裝置"，申請?zhí)枮?01218000646. 1， 提出了一種用于流場檢測的液力減速器可視化試驗裝置，該專利主要說明了該裝置的結(jié)構(gòu) 以及基本工作原理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供了一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試 驗方法；即提供了一種液力減速器固定轉(zhuǎn)速-固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法以及一 種液力減速器變轉(zhuǎn)速-固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法。其中包括，液壓系統(tǒng)的設(shè)計 方案、傳動臺架的布置方案、透明液力減速器的結(jié)構(gòu)，解決了動輪轉(zhuǎn)速、循環(huán)圓充液率對內(nèi) 部流動特性和外部扭矩特性影響不能精確量化的問題，滿足了液力減速器充液制動過程內(nèi) 外部技術(shù)特性關(guān)系驗證的急需。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法，該 方法步驟如下：步驟一：
[0013] 首先，對液力減速器流場檢測裝置的循環(huán)圓充液率與循環(huán)圓內(nèi)液位的高度進行標(biāo) 定：
[0014]a.按照表1中規(guī)定的循環(huán)圓充入容量占總?cè)萘康谋壤?從左到右次序，在液力減 速器流場檢測裝置循環(huán)圓內(nèi)腔充入確定容量的水介質(zhì)，同時用物位儀測試液力減速器循環(huán) 圓內(nèi)液位的高度，并將測試結(jié)果記錄在表1中Al-AlO位置；
[0015]b.根據(jù)所有測試結(jié)果，繪制充液率-液位高度曲線；
[0016] 表1如下：
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法，其特征在于，該方法步驟如 下： 步驟一： 首先，對液力減速器流場檢測裝置的循環(huán)圓充液率與循環(huán)圓內(nèi)液位的高度進行標(biāo)定： a. 按照表1中規(guī)定的循環(huán)圓充入容量占總?cè)萘康谋壤?從左到右次序，在液力減速器 流場檢測裝置循環(huán)圓內(nèi)腔充入確定容量的水介質(zhì)，同時用物位儀測試液力減速器循環(huán)圓內(nèi) 液位的高度，并將測試結(jié)果記錄在表1中Al-AlO位置； b. 根據(jù)所有測試結(jié)果，繪制充液率-液位高度曲線； 表1如下：
然后，調(diào)整液力減速器流場檢測裝置水介質(zhì)循環(huán)流量： a. 調(diào)整液壓系統(tǒng)的水泵溢流閥（39)開度，使水泵溢流閥（39)工作壓力達(dá)到20kPa; b. 調(diào)整液壓系統(tǒng)的節(jié)流閥（38)開度，使節(jié)流閥（38)通過流量>液力減速器流場檢測 裝置總?cè)萘康?0% ; c. 調(diào)整液壓系統(tǒng)的出水溢流閥（28)開度，使液力減速器流場檢測裝置流進和排出 的水介質(zhì)流量保持一致，且使水介質(zhì)循環(huán)流量為液力減速器流場檢測裝置總?cè)萘康?0% ± 1 %。 步驟二： a. 向液力減速器流場檢測裝置13內(nèi)腔充入水介質(zhì)，用物位儀測試循環(huán)圓內(nèi)液位的高 度，根據(jù)充液率-液位高度曲線調(diào)整液力減速器流場檢測裝置循環(huán)圓內(nèi)液位的高度，使循 環(huán)圓充液率K至規(guī)定值，第一次操作該步驟時K= 100 ; b. 啟動液壓系統(tǒng)，并使水介質(zhì)循環(huán)流量為液力減速器流場檢測裝置總?cè)萘康?0% ± 1 % ; c. 將轉(zhuǎn)速測扭儀、物位儀、水箱溫度傳感器、出水溫度傳感器、進水流量傳感器、出水流 量傳感器、進水壓力傳感器、出水壓力傳感器連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過 采集系統(tǒng)開始采集動輪轉(zhuǎn)速、扭矩、循環(huán)圓充液率、水箱溫度、出水溫度、進水流量、出水流 量、進水壓力、出水壓力； d. 啟動PIV系統(tǒng)，具備即時拍攝測試區(qū)域流速圖像的條件； e. 啟動傳動試驗臺架的傳動電機（45)，使液力減速器流場檢測裝置的動輪轉(zhuǎn)速升至 試驗轉(zhuǎn)速W，第一次操作該步驟時W= 100,穩(wěn)定運轉(zhuǎn)60s; f. PIV系統(tǒng)開始拍攝測試區(qū)域流速圖像，持續(xù)拍攝30s; g.PIV系統(tǒng)停止拍攝、傳動電機（45)停機、液壓系統(tǒng)關(guān)閉、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)停止記錄； K按照表2中的工況號2-200從小至大的順序?qū)?yīng)的充液率K和試驗轉(zhuǎn)速W的值，重 復(fù)上述步驟a至步驟g， 表2如下：
1、 建立相同轉(zhuǎn)速時充液率-扭矩變化曲線、相同充液率時轉(zhuǎn)速-扭矩變化曲線、相同扭 矩時轉(zhuǎn)速-充液率變化曲線、扭矩-出水壓力關(guān)系曲線；獲得固定轉(zhuǎn)速-固定充液率下速度 場流速大小及流場分布數(shù)據(jù)。
2. -種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法，其特征在于，該方法步驟如 下： 步驟一： 首先，對液力減速器流場檢測裝置的循環(huán)圓充液率與循環(huán)圓內(nèi)液位的高度進行標(biāo)定： a. 按照表1中規(guī)定的循環(huán)圓充入容量占總?cè)萘康谋壤?從左到右次序，在液力減速器 流場檢測裝置內(nèi)腔充入確定容量的水介質(zhì)，同時用物位儀測試液力減速器循環(huán)圓內(nèi)液位的 高度，并將測試結(jié)果記錄在表1中Al-AlO位置； b. 根據(jù)所有測試結(jié)果，繪制充液率-液位高度曲線； 表1如下：
然后，調(diào)整液力減速器流場檢測裝置水介質(zhì)循環(huán)流量： a. 調(diào)整液壓系統(tǒng)的水泵溢流閥（39)開度，使水泵溢流閥（39)工作壓力達(dá)到20kPa; b. 調(diào)整液壓系統(tǒng)的節(jié)流閥（38)開度，使節(jié)流閥（38)通過流量>液力減速器流場檢測 裝置總?cè)萘康?0% ; c. 調(diào)整液壓系統(tǒng)的出水溢流閥（28)開度，使液力減速器流場檢測裝置流進和排出 的水介質(zhì)流量保持一致，且使水介質(zhì)循環(huán)流量為液力減速器流場檢測裝置總?cè)萘康?0% ± 1 % ; 步驟二： a. 向液力減速器流場檢測裝置內(nèi)腔充入水介質(zhì)，用物位儀測試循環(huán)圓內(nèi)液位的高度， 根據(jù)充液率-液位高度曲線調(diào)整液力減速器流場檢測裝置內(nèi)循環(huán)圓充液率K至規(guī)定值，第 一次操作該步驟時K= 100 ; b. 啟動液壓系統(tǒng)使其正常工作，并使水介質(zhì)循環(huán)流量為液力減速器流場檢測裝置總?cè)?量的 10% ± 1 % ; c. 將轉(zhuǎn)速測扭儀、物位儀、水箱溫度傳感器、出水溫度傳感器、進水流量傳感器、出水 流量傳感器、進水壓力傳感器、出水壓力傳感器連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使其 正常工作，開始采集動輪轉(zhuǎn)速、扭矩、循環(huán)圓充液率、水箱溫度、出水溫度、進水流量、出水流 量、進水壓力、出水壓力； d. 啟動PIV系統(tǒng)使其正常工作，具備即時拍攝測試區(qū)域流速圖像的條件； e. 啟動傳動試驗臺架的傳動電機（45)，使液力減速器流場檢測裝置的動輪轉(zhuǎn)速升至 試驗起始轉(zhuǎn)速W，第一次操作該步驟時W= 100,穩(wěn)定運轉(zhuǎn)60s; f. PIV系統(tǒng)開始拍攝測試區(qū)域流速圖像，同時調(diào)整傳動電機轉(zhuǎn)速使試驗轉(zhuǎn)速以20r/ min2的減速度均勻降低轉(zhuǎn)速直至停機； g. 控制PIV系統(tǒng)停止拍攝、傳動電機停機、液壓系統(tǒng)關(guān)閉、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)停止記錄。 K按照表3的工況號從2開始至200,遵循從小至大的順序?qū)?yīng)的充液率K和試驗轉(zhuǎn)速W的值，重復(fù)上述步驟a至步驟g， 表3
i、建立相同充液率時轉(zhuǎn)速-扭矩變化曲線、扭矩-出水壓力關(guān)系曲線；獲得變轉(zhuǎn)速-固 定充液率下速度場流速大小及流場分布數(shù)據(jù)。
3.權(quán)利要求1或2所述的一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法所采 用的液壓系統(tǒng)，其特征在于，包括水箱溫度傳感器（I)、電機（2)、電機與水泵聯(lián)軸器（3)、水 箱溫度傳感器接頭（4)、水箱、水泵吸水管￠)、水泵吸水口接頭（7)、水泵（8)、水泵溢流閥 接頭I(9)、水泵溢流閥接頭II(10)、水泵溢流閥泄水接頭（11)、水泵溢流閥泄水管I(12)、 液力減速器流場檢測裝置（13)、節(jié)流閥接頭I(14)、節(jié)流閥接頭II(15)、進水流量傳感器接 頭I(16)、進水流量傳感器接頭II(17)、液力減速器進水口（18)、液力減速器出水口（19)、 出水壓力傳感器（20)、液力減速器出水管I(21)、出水流量傳感器接頭I(22)、出水流量 傳感器（23)、出水流量傳感器接頭II(24)、液力減速器出水管II(25)、出水溫度傳感器 (26)、出水溢流閥接頭I(27)、出水溢流閥（28)、出水溢流閥接頭II(29)、出水溢流閥泄水 管（30)、出水溢流閥泄水接頭（31)、液力減速器進水管I(32)、進水壓力傳感器（33)、壓力 傳感器三通接頭（34)、液力減速器進水管II(35)、進水流量傳感器（36)、液力減速器進水 管III(37)、節(jié)流閥（38)、水泵溢流閥（39)、液力減速器進水管IV(40)、水泵溢流閥泄水管 Π(41)、水泵進水三通接頭（42)、液力減速器進水管V(43)、水泵出水口接頭（44); 水箱溫度傳感器接頭裝入水箱，水箱溫度傳感器擰入水箱溫度傳感器接頭；電機安裝 在水箱上，電機與水泵聯(lián)軸器一端裝入電機、一端與水泵連接，水泵吸水口接頭和水泵出水 口接頭裝入水泵，水泵吸水管一端與水泵吸水口接頭連接、一端放入水箱，液力減速器進水 管V-端與水泵出水口接頭連接、一端與水泵進水三通接頭的A口連接；水泵溢流閥泄水接 頭裝在水箱上，水泵溢流閥接頭I和水泵溢流閥接頭II裝入水泵溢流閥，水泵溢流閥泄水 管一端與水泵溢流閥泄水接頭連接、一端與水泵溢流閥接頭II連接，水泵溢流閥泄水管II 一端與水泵溢流閥接頭I連接、一端與水泵進水三通接頭的B口連接；節(jié)流閥接頭I和節(jié) 流閥接頭II裝入節(jié)流閥，液力減速器進水管IV-端與水泵進水三通接頭的C口連接、一端 與節(jié)流閥接頭I連接；進水流量傳感器接頭I和進水流量傳感器接頭II裝入進水流量傳感 器，液力減速器進水管III一端與節(jié)流閥接頭II連接、一端與進水流量傳感器接頭I連接； 液力減速器進水管II一端與進水流量傳感器接頭II連接、一端與壓力傳感器三通接頭的 A口連接，壓力傳感器三通接頭的B口與進水壓力傳感器連接；液力減速器進水口和液力減 速器出水口的A端裝入液力減速器流場檢測裝置，液力減速器進水管I一端與液力減速器 進水口連接、一端與壓力傳感器三通接頭的C口連接，液力減速器出水口的B端與出水壓力 傳感器連接、液力減速器出水口的C端與出水溫度傳感器連接；出水流量傳感器接頭I和出 水流量傳感器接頭II裝入出水流量傳感器，出水溢流閥接頭I和出水溢流閥接頭II裝入 出水溢流閥；液力減速器出水管I一端與液力減速器出水口的D端連接、一端與出水流量傳 感器接頭I連接，液力減速器出水管II一端與出水流量傳感器接頭II連接、一端與出水溢 流閥接頭I連接；出水溢流閥泄水接頭裝入水箱，出水溢流閥泄水管一端與出水溢流閥接 頭Π連接、一端與出水溢流閥泄水接頭連接。
4. 權(quán)利要求1或2所述的一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方法所采用 的傳動試驗臺架，其特征在于，包括：傳動電機（45)、第一聯(lián)軸器（46)、轉(zhuǎn)速測扭儀（47)、第 二聯(lián)軸器（48)、液力減速器流場檢測裝置及其支架（49):傳動電機啟動，其輸出軸轉(zhuǎn)動帶 動第一聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)速測扭儀、第二聯(lián)軸器、液力減速器流場檢測裝置及其支架（49)中的液 力減速器流場檢測裝置的輸入軸同步轉(zhuǎn)動，達(dá)到試驗轉(zhuǎn)速或試驗初始轉(zhuǎn)速。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方 法，其特征在于，用物位儀測試液力減速器流場檢測裝置環(huán)圓內(nèi)液位的高度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方 法，其特征在于，繪制充液率-液位高度曲線的結(jié)果輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成循環(huán)圓充液率 的參數(shù)設(shè)置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種液力減速器固定充液率動態(tài)特性可視化試驗方 法，其特征在于，通過PIV系統(tǒng)對圖片數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和流動圖像分析，得到拍攝區(qū)域的變 轉(zhuǎn)速-固定充液率下和固定轉(zhuǎn)速-固定充液率下速度流速大小及流場分布。
【文檔編號】G01M13/00GK104458231SQ201410719655
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】徐鳴, 周廣明, 秦緒情, 李慧淵, 張洪彥, 宋美球, 徐宜, 王敏 申請人:中國北方車輛研究所