重型车辆液力缓速器参数优化与制动性能实验研究

作     者：王特特 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵铁栓

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：液力缓速器 束流理论 CFD数值仿真模拟 制动力矩试验 参数优化 

摘      要：行驶在蜿蜒曲折、坡长路陡道路上的重型车辆,交通事故时有发生。其主要原因是由制动失效造成的,因此对车辆制动系统的制动效能和制动可靠性提出了更高的要求。重型车辆在长距离下坡道路行驶,频繁使用制动器降低车速,会带来刹车发热问题,使得制动效能降低甚至损坏,为克服这一问题,在汽车上安装了辅助的淋水减热系统,以减少汽车制动的磨擦发热,但由于淋水后又出现了打滑等现象,无法彻底解决汽车安全制动问题,于是人们又提出了辅助制动系统,辅助制动的主要方法有发动机辅助制动、电子涡流辅助制动、液力缓速器辅助制动等几种方法,但不同辅助制动系统都有其各自的特点,液力缓速器具有制动效率较好、经济性、安全性、可靠性高等优点,因此开展缓速器研究有着重要意义。文章首先介绍了液力缓速器的工作机理与控制原理,并阐述了现代液力缓速器的设计基础理论知识,主要包括束流理论与相似理论。在此基础上对倾斜叶片和直叶片上工作介质的运动规律进行分析,进而得出制动力矩模型。建立了液力缓速器定转子三维模型,提取内部流道模型,用ANSYS网格划分功能生成计算网格模型,并确定了网格质量的可行性。介绍了各种湍流模型和近壁面处理方法,选取了滑移网格法来模拟定转子之间的能量转移。确定了内流场的边界条件,选用SIMPLEC算法、标准K-ε模型、可缩放壁面函数法,作为仿真条件。根据网格大小设定了时间步长,对缓速器内流场进行数值仿真计算。建立了三种空间坐标对整体、弦面、节面、翼面处的内流场分布规律进行探究,经后处理得出制动力矩。利用台架试验将预测制动力矩和试验数据进行对比分析,两者的数据误差小于10%,证明了CFD数值模拟方法的可行性。以CFD数值仿真模拟为基础,结合样机参数,针对液力缓速器的制动力矩进行了结构参数优化。首先通过台架试验数据对定子上出油口的位置参数进行优化,优化后的出油口距离循环圆中心为94mm,其制动力矩与原样机相比提升了13.8%。在最优出油口方案的条件下,对多种方案的叶片楔角进行了仿真模拟,选取制动力矩最大方案为最优方案,最优楔角为25°此时最大制动力与原样机相比提升了33.4%。结合出油口位置和叶片楔角,对多种叶片倾角方案进行CFD数值模拟,当倾角为46°时,液力缓速器的制动力矩最大。比原样机的最大制动力矩提升了44.9%。在整体优化下,缓速器的制动性能有了很大幅度提升。并分析了各参数优化时典型方案的内流场特性,对不同结构参数下的内流场运动特性有了更深刻的认知。