缓速器作为一种汽车辅助制动装置,按其工作原理的不同主要分为以下6种:发动机缓速器、排气制动缓速器、电涡流缓速器、液力缓速器、自励缓速器和永磁缓速器。
(1)发动机缓速器 对行驶中的汽车发动机停止供给燃料,并将变速器挂入某一前进档,使汽车得以通过驱动轮和传动系带动发动机曲轴继续旋转。这样,本来是汽车动力源的发动机就变成消耗汽车动能从而对汽车起缓速作用的空气压缩机。在这种情况下,汽车对发动机输入的动能大部分耗损在发动机内的进气、压缩、排气过程中,从而产生阻碍曲轴旋转的力矩即为制动力矩,将通过传动系放大后传给驱动轮。
发动机缓速器的优点是该缓速器能与发动机集成一体,从而使其体积小、质量轻;可提供大小不同的制动力矩;基本上不需要消耗能量。该缓速器的缺点是只适用于部分柴油机,且对发动机的改动较大,使发动机的结构复杂,故具有很大的局限性。
(2)排气制动缓速器 在发动机排气管中安装排气制动阀(图1-4),制动时排气制动阀关闭,把发动机作为空气压缩机来工作。在排气行程中,排气歧管中的空气受到压缩,发动机获得负功,从而产生制动力。发动机排气制动方式还能防止发动机过冷,以减少其磨损。但是当这种制动方式应用于汽油机时,必须在化油器和进气歧管之间装设一空气旁通管路,并在旁通管路内设置阀门,以使这一阀门和排气管阀门联动。
排气制动缓速器在结构上较其他形式的缓速器简单,制动效能良好,目前许多使用柴油机的车型都安装了这种缓速器。
(3)电涡流缓速器 电涡流缓速器是目前使用最为广泛的一种汽车辅助制动装置。它通过在传动系统中间设置转动的圆盘和固定的电磁线圈,利用电磁线圈产生磁场从而在转子盘中产生反向力矩使车辆缓速,通常有转盘式结构和转鼓式结构两种。电涡流缓速器是目前使用最广的辅助制动装置。图1-5所示为国内外厂家生产的电涡流缓速器产品。
图1-4 排气制动阀
图1-5 国内外厂家生产的电涡流缓速器产品
a)国产转鼓式电涡流缓速器 b)法国泰乐玛转盘式电涡流缓速器
(4)液力缓速器 液力缓速器的主体结构由含有多个叶片的动轮和定轮组成,动轮与传动系统的旋转部件相连,定轮与传动系统的固定部件相连,工作时液力缓速器的动轮由传动系统带动,动轮叶片给予液力缓速器内部的工作液以动能和压力,工作液流入定轮后,冲击定轮叶片,工作液的冲击和摩擦损失变为工作液的热能,使工作液的温度不断升高,工作液产生的热量将通过循环流动而被散热器带走。在动轮与工作液的相互作用中,工作液施加反作用力于动轮,产生制动力矩,如图1-6所示。
液力缓速器通常与变速器一体化设计,依靠缓速器内部流动的工作液使转子叶轮产生制动力矩,使汽车缓速。
图1-6 液力缓速器
a)原理图 b)实物照片
(5)自励缓速器 自励式缓速器是一种无需外接电源并具有发电功能的汽车辅助制动装置,如图1-7所示。这种缓速器克服了普通电涡流缓速器制动带来的附加能耗及其对汽车蓄电池和其他电气设备的冲击。目前国外生产自励缓速器的厂家主要是日本泽腾电机株式会社,国内尚无厂家生产。
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图1-7 自励式缓速器
a)原理图 b)实物照片
(6)永磁缓速器 鉴于电涡流缓速器存在的缺点,日本在20世纪80年代末,率先开始了永磁缓速器的研究和开发。20世纪90年代初,日本首次研制成功了一种使用钕铁硼永磁体,不需外接电源,结构简单紧凑、重量轻、易安装的具有革命性的缓速器。随后几年,日本学者和企业围绕“轻质、紧凑”的特点又研制了一系列新型永磁缓速器,其主要结构可归纳为三种:磁铁轴向滑动式、磁铁保持架周向转动式和磁铁周向转动式。
1990年,日本五十铃汽车公司与日本住友金属工业株式会社携手合作,成功开发了世界上第一台紧凑型永磁缓速器(图1-8),并于次年正式投放到日本市场。日本五十铃汽车公司将这种缓速器作为标准配置首先安装在其刚问世的25t重型货车上,使永磁缓速器在汽车工业界的知名度迅速被提高。目前我国国内还没有厂商生产永磁缓速器。
图1-8 日本住友生产的永磁缓速器
a)缓速器装车图 b)缓速器局部剖视图
永磁缓速器在日本汽车市场的普及速度非常快。日本许多著名的汽车制造企业都把永磁缓速器作为标准配置或选装部件装配在牵引车、自动卸载车和20~25t的大型货车等车型上。例如,五十铃GIGAMAX/GIGA系列汽车、三菱SUPER GREAT系列汽车和日野TERAVIE系列汽车都把住友金属工业株式会社的Neotard型永磁缓速器作为标准配置或选装部件。图1-9所示为从1995年底到2004年,永磁缓速器在日本大型车辆上的安装比例。从图中可清晰地看出,在过去的十多年中,永磁缓速器在日本大型车辆上的安装比例一直在显著地提高。
图1-9 永磁缓速器在日本大型车辆上的安装比例
永磁缓速器在部分欧美国家的客车和货车上也得到了一定的应用。例如:美国部分重型商用货车、城市公共汽车以及采矿作业中的自卸货车都配装了永磁缓速器。为了争夺更多欧美缓速器的市场份额,2008年1月,日本住友金属工业株式会社携手知名液力缓速器生产企业德国福伊特公司在德国组建了专门开发、生产永磁缓速器的合资公司,生产的新型永磁缓速器(Magnetarder)将广泛应用于7.5~16t的中型货车和客车。
由于国外进口的永磁缓速器的制动力矩小,价格昂贵(一般在3万元以上),并且国外永磁缓速器生产企业只提供总成(与变速器整体出售),不公开单独出售永磁缓速器,而国内目前还没有企业具备批量生产永磁缓速器的能力,这些都使永磁缓速器在我国的使用远不如日本和美国等发达国家普及。通过调研发现,目前广州五十铃客车有限公司的GLK6121D5W(WEHD)卧铺客车和GLK6120D5(EHD)豪华客车上选装了日本五十铃汽车公司/日本住友金属工业株式会社的永磁缓速器,郑州宇通客车股份有限公司生产的车长为8m的发动机后置车型中的ZK6898HA和装置日本五十铃汽车公司生产的6HE1型号发动机的ZK6898HE两款客车、沈阳沈飞日野汽车制造有限公司生产的日野RU系列的SFQ6125和SFQ6126两款客车均配装了日本进口的永磁缓速器。目前尚未见到国内有货车上安装永磁缓速器。
图1-10所示为常见汽车缓速器的安装位置图,表1-1为主要汽车缓速器的性能对比。
图1-10 常见汽车缓速器的安装位置图
表1-1 主要汽车缓速器的性能对比
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