液力耦合器在i=0(s=100%)时,输入的功率全部被耦合器吸收,变为工作液体的热能,在这一过程中无机械摩擦和磨损。这时耦合器被用作吸能器,如试验设备中的水力测功机、水力制动器等。近几十年来液力耦合器被利用到车辆传动装置中作为液力减速器,作为车辆的辅助制动装置,在下坡制动(矿用自卸卡车用)和高速车辆减速时应用(城市公共汽车和坦克),以减轻机械制动器的磨损,提高车辆寿命,保证安全行驶,提高平均行驶速度。
液力减速器(也称为液力缓速器)通常由一个动轮(相当于耦合器的泵轮)和一个定轮(相当于耦合器的涡轮)组成。动轮和定轮均为工作轮,工作时两工作轮形成的工作腔内充满工作液体,动轮旋转导致工作液体在工作腔内循环,并产生能量交换,动轮的能量由于液体摩擦和冲击损失转变为液体的热能。在动轮上产生的制动转矩和制动功率与耦合器一样可以表示为
式中,Mb——液力减速器的制动转矩;
Pb——液力减速器的制动功率;
λMb——液力减速器的制动转矩系数;
λPb——液力减速器的制动功率系数;
n——液力减速器动轮转速;
D——液力减速器循环圆有效直径。
因液力减速器为一种制动工况,系数λMb和λPb理论上为常数,则制动转矩和制动功率随转速n和直径D而变化。当直径一定时,转速越高,则制动能力越大;转速低时,制动效能差。
根据液力减速器的转速和制动功率以及尺寸要求,可以进行液力减速器设计。常用的方法是根据选定的基型和要求的性能确定有效直径,其他尺寸按比例放大或缩小确定。
根据液力减速器的性能特点讨论如下:
(1)液力减速器在高转速时制动效能大,因此应尽可能在较高转速时使用液力减速器。随着转速降低,制动效能降低,当转速接近于零时,制动效能接近于零。因此,液力减速器不能代替停车制动器,因而不能制动停车。
(2)希望λMb和λPb越大越好,表示液力减速器的制动效能高,这与耦合器的要求相反,因此结构相当简单。如希望具有更大的制动效能,可以采用倾斜叶片,但是要注意,动轮反转时制动效能差得多。(https://www.xing528.com)
(3)液力减速器是一个消耗能量的装置,因此只有制动时它才工作,当不需减速、制动时,它不工作。为此,在液力减速器中通常采用充、放油的办法来实现,制动转矩的生成与否,这样又带来了一些问题和要求:
①当需要制动时,应很快使工作腔内充满油,以发挥最大制动效能。因此把开始充油到发出最大制动转矩(在动轮一定转速下)这段时间称为起效时间。由于希望起效时间尽量短,所以希望液力减速器工作腔体积尽量小,而供油泵的流量和工作腔入口流道面积应尽量大。
②当不需要制动时,应使工作腔内的油迅速排空。为此,希望出口流道面积尽量大。
③液力减速器不工作时动轮仍在旋转,搅动空气产生功率损失。若动轮转速很高,制动器制动功率很大时,则在结构上应考虑采用减小泵气损失的机构。
④液力减速器吸收的功率全部变为工作液体的热能,需要强烈冷却,特别是当下坡持续制动时,发热量很大,一般应利用专门的冷却系统来散热。
⑤工作时有轴向力,在结构上应予考虑。
图14.5.1(a)是德国ZF公司生产的ZF6HP-150液力机械变速箱所采用的液力减速器的循环圆简图。该减速器有效直径为443 mm,工作轮是铝合金铸件,动轮叶片33片,定轮叶片33片(按36片分布,所缺3片位置被进油道占据),均是直叶片,减速器吸收的制动功率为367.5 W,其试验特性曲线如图14.5.1(b)所示。
图14.5.1 ZF6HP-150液力机械变速箱所采用的液力减速器
(a)循环圆简图;(b)试验特性曲线
图14.5.2为DFH液力减速器结构图。它是我国液力传动内燃机车上最常用的一种减速器形式。动轮和定轮均为前倾斜30°的斜叶片;动轮有叶片24片,长短各12片,呈间隔均布;定子有叶片20片,均为长叶片。该液力减速器为双腔型。
图14.5.2 DFH液力减速器结构图
1—制动轴;2—进油体;3—闸板机构;4—外定轮;5—动轮;6—中间体;7—内定轮
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