賴建生，孔凡靜

（1.廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 珠?！?19090；2.珠海市理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 珠?！?19090）

農(nóng)用運(yùn)輸車用液力緩速器量綱分析與試驗(yàn)研究

賴建生1，孔凡靜2

（1.廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 珠海519090；2.珠海市理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 珠海519090）

為研究農(nóng)用運(yùn)輸車用液力緩速器的制動(dòng)機(jī)理，基于π定理對(duì)影響液力緩速器制動(dòng)性能的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了量綱分析，得到了液力緩速器制動(dòng)力矩與雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)和歐拉準(zhǔn)則數(shù)的關(guān)系式。以農(nóng)用運(yùn)輸車液力緩速器樣機(jī)THN15為例，綜合運(yùn)用臺(tái)架試驗(yàn)和CFD計(jì)算，研究了不同充液率下雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)和歐拉準(zhǔn)則數(shù)對(duì)制動(dòng)力矩的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：制動(dòng)力矩都是隨著歐拉準(zhǔn)則數(shù)的增大而減小，隨著雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)的增大而增大；38%充液率時(shí)，雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)隨轉(zhuǎn)速增大而減小，歐拉準(zhǔn)則數(shù)則隨轉(zhuǎn)速增大而增大；95%充液率時(shí)，雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)隨轉(zhuǎn)速增大而增大，歐拉準(zhǔn)則數(shù)則隨轉(zhuǎn)速增大而減小。研究結(jié)果對(duì)完善農(nóng)用運(yùn)輸車液力緩速器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)品開發(fā)有較好的參考價(jià)值。

農(nóng)用運(yùn)輸車；液力緩速器；量綱分析；制動(dòng)力矩；充液率

農(nóng)用運(yùn)輸車具有離地間隙較高、速度相對(duì)較低的特點(diǎn)，較適合縣鄉(xiāng)級(jí)條件道路的行駛，在農(nóng)村具有較大的優(yōu)勢(shì)，是目前農(nóng)村主要的貨物運(yùn)輸工具之一。由于農(nóng)用運(yùn)輸車常超載行駛在以丘陵山地坡陡彎多地形為主的農(nóng)村道路，因此必須具備足夠的持續(xù)制動(dòng)能力以確保行車時(shí)的制動(dòng)安全。但僅使用主制動(dòng)器持續(xù)制動(dòng)，主制動(dòng)器熱衰退嚴(yán)重，影響行車安全。因此，研究農(nóng)用運(yùn)輸車用非接觸式輔助制動(dòng)裝置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。液力緩速器具有制動(dòng)力矩大、沖擊均緩、沒有熱衰退、體積相對(duì)較小的優(yōu)點(diǎn)，適合作為農(nóng)用運(yùn)輸車輔助制動(dòng)裝置。但由于農(nóng)用運(yùn)輸車價(jià)格低廉，目前有關(guān)農(nóng)用運(yùn)輸車液力緩速器的研究較少，對(duì)其制動(dòng)機(jī)理的研究文獻(xiàn)暫未有檢索結(jié)果。

前人對(duì)商用車液力緩速器進(jìn)行了大量的研究，在幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、內(nèi)流場(chǎng)特性、制動(dòng)性能、溫度場(chǎng)及散熱性能等方面取得了較好的研究成果，為深入探索制動(dòng)機(jī)理提供了借鑒。針對(duì)液力緩速器復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和較多的影響參數(shù)，文章在前人研究商用車液力緩速器的基礎(chǔ)上，以與某公司在商用車液力緩速器研究基礎(chǔ)上開發(fā)的農(nóng)用運(yùn)輸車液力緩速器樣機(jī)THN15為例，利用量綱分析的π定理，基于包含長度、質(zhì)量、時(shí)間和溫度四個(gè)基本量綱的介質(zhì)比熱容、密度、流速和液力緩速器循環(huán)圓濕周直徑，依量綱齊次原理推導(dǎo)基于制動(dòng)力矩、動(dòng)力粘度、熱導(dǎo)率、工作腔壓力的無量綱相似準(zhǔn)則數(shù)，建立相似準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩間的關(guān)系，結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)和CFD計(jì)算，對(duì)不同充液率下相似準(zhǔn)則數(shù)與轉(zhuǎn)速關(guān)系、相似準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系進(jìn)行分析研究，找出內(nèi)在聯(lián)系，為揭示農(nóng)用車用液力緩速器制動(dòng)機(jī)理，開發(fā)農(nóng)用車用液力緩速器產(chǎn)品提供參考。

1　量綱分析

為研究介質(zhì)粘度、密度等物性變化規(guī)律與影響，運(yùn)用量綱分析法的π定理，以包含四個(gè)基本量綱的介質(zhì)比熱容、密度、流速和循環(huán)圓濕周直徑為基本物理參數(shù)，依量綱齊次原理推導(dǎo)基于制動(dòng)力矩、動(dòng)力粘度、熱導(dǎo)率、工作腔壓力量綱的無量綱相似準(zhǔn)則數(shù)，具體如下：

將液力緩速器的制動(dòng)力矩Te，濕周直徑l，工作腔壓力p，介質(zhì)密度ρ、動(dòng)力粘度μ、熱導(dǎo)率λ、定壓比熱容Cp、流速u的量綱矩陣列出如表1所示。

表1　液力緩速器制動(dòng)性能相關(guān)物理參數(shù)量綱表

表1中L、M、T、θ是長度、質(zhì)量、時(shí)間和溫度的量綱，是流體力學(xué)的基本量綱。用涉及r個(gè)基本物理量的n個(gè)有量綱物理量來描述某一物理現(xiàn)象時(shí)，可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛胣-r個(gè)無量綱量來描述同一物理現(xiàn)象。這些無量綱的數(shù)稱為π項(xiàng)，這就是量綱分析中的π定理，也稱為Buckingham定理。

根據(jù)π定理，將表1中包含長度、質(zhì)量、時(shí)間和溫度四個(gè)基本量綱的ρ、Cp、u、l獨(dú)立物理參數(shù)作為基本物理參數(shù)，把制動(dòng)力矩Te、動(dòng)力粘度μ、熱導(dǎo)率λ、工作腔壓力p無量綱化。以Te為例，有

a、b、c、d為ρ、Cp、u、l四個(gè)物理參數(shù)的量綱指數(shù)，由表1有

由量綱齊次原理有

解（3）得a=1，b=2，c=3，d=0，由此可得πTe

同理可得πμ、πλ、πp如下

式（5）中Re、Pr、Pe、Eu分別為雷諾準(zhǔn)則數(shù)、普朗特?cái)?shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)和歐拉準(zhǔn)則數(shù)。由式（4）有

由式（6）可知制動(dòng)力矩和密度、流速平方、循環(huán)圓濕周直徑三次方是成正比的，雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)和歐拉準(zhǔn)則數(shù)和制動(dòng)力矩之間有著密切的聯(lián)系。

2　試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)設(shè)備

設(shè)備包括CFD計(jì)算設(shè)備（軟件：ANSYS14.5，硬件：CPU為8核4GHz主頻、內(nèi)存16G、顯存2G獨(dú)立顯卡的組裝計(jì)算機(jī)）、臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備（試驗(yàn)臺(tái)架、試驗(yàn)控制柜、試驗(yàn)軟件及其他附件）和試驗(yàn)樣機(jī)（THN15）。

試驗(yàn)臺(tái)架含三相異步電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量儀、冷卻系統(tǒng)等，如圖1所示，試驗(yàn)控制柜、試驗(yàn)軟件及其他附件如圖2所示，臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備的關(guān)鍵組件及參數(shù)如表2所示。

圖1　試驗(yàn)臺(tái)架

圖2　臺(tái)架試驗(yàn)控制柜

表2　臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備的關(guān)鍵組件參數(shù)

THN15是某公司研發(fā)的農(nóng)用運(yùn)輸車用并聯(lián)中置式液力緩速器（安裝在傳動(dòng)軸中間），額定制動(dòng)力矩1500N·m，總體設(shè)計(jì)尺寸為310mm×435mm×490mm，如圖3所示，具體參數(shù)如表 3所示。

圖3　THN15農(nóng)用車用液力緩速器樣機(jī)

表3　THN15技術(shù)參數(shù)

2.2試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用油液介質(zhì)采用Helix ultra SM 5W-40全合成潤滑油，具體參數(shù)如表4所示。空氣介質(zhì)為干空氣，不同溫度下具體參數(shù)如表5所示。

表45　W-40潤滑油參數(shù)

表5　不同溫度下干空氣參數(shù)

5W-40全合成潤滑油的粘溫特性符合瓦爾塞方程，如式（7），密度和溫度的關(guān)系用式（8）確定。

式（7）中ν為運(yùn)動(dòng)粘度，單位mm2/s，T為熱力學(xué)溫度，單位為K，a、b、c為系數(shù)，其中a取0.6，b和c通過油液介質(zhì)給定的溫度和對(duì)應(yīng)的粘度值求出。根據(jù)表4數(shù)據(jù)，算出b= 2.7793，c=7.2113。式（8）中ρt為t℃對(duì)應(yīng)的油液介質(zhì)密度，ρ0表示在15℃對(duì)應(yīng)的油液介質(zhì)密度值，即ρ0=851kg·m-3，t為油液介質(zhì)的溫度，單位℃。

2.3充液率與混合介質(zhì)密度的確定

針對(duì)液力緩速器部分充液的氣液兩相流場(chǎng)特性，參考前人用PIV法流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果假定氣液兩相是分層均勻的，定義充液率為油液介質(zhì)的體積占工作腔體積的百分?jǐn)?shù)，如式（9）所示：

式（9）中Ff為充液率，單位%，Voil為油液介質(zhì)的體積，單位mm3，Vair為空氣介質(zhì)的體積，單位mm3，Voil+Vair等于液力緩速器工作腔的容積。由此，可以確定工作腔混合介質(zhì)的密度ρmix：

式（10）中ρa(bǔ)ir為空氣介質(zhì)在對(duì)應(yīng)溫度下的密度，單位kg·m-3，由表5確定，ρoil為油液介質(zhì)在對(duì)應(yīng)溫度下的密度，單位kg·m-3，由式（8）確定，F(xiàn)f為充液率，單位%，由式（9）定義。

2.4充液率與制動(dòng)氣壓關(guān)系的確定

液力緩速器充液率在目前條件下較難準(zhǔn)確測(cè)量，文章通過CFD計(jì)算與臺(tái)架試驗(yàn)確定充液率與制動(dòng)氣壓之間的關(guān)系。CFD計(jì)算以定轉(zhuǎn)子工作腔為研究對(duì)象，抽取全流道計(jì)算流域并設(shè)置為氣液兩相介質(zhì)模型，用SST-kω雙方程湍流模型和Heat Transfer Total Energy熱量傳輸求解模型進(jìn)行數(shù)值求解。在80%充液率及以上時(shí)，空氣介質(zhì)設(shè)為直徑2mm的離散態(tài)，80%充液率以下時(shí)空氣介質(zhì)設(shè)為連續(xù)形態(tài)。定轉(zhuǎn)子交界面設(shè)置為流體——流體交界面，耦合方式為GGI。SST-kω雙方程湍流模型的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：σk1=0.85，σω1=0.5，β1=0.075，γ1=0.553，σk2=1.0，σω2=0.856，β2=0.0828，γ2=0.440，β*=0.09，k=0.41，α1=0.31。設(shè)定轉(zhuǎn)速600r/min，介質(zhì)溫度60℃不變，充液率從100%到10%變化，先每隔10%進(jìn)行計(jì)算。油液介質(zhì)粘度、密度根據(jù)表4和式（7）、（8）進(jìn)行設(shè)置，定壓比熱容和熱導(dǎo)率因受溫度變化較小，假定不變，按表4的值進(jìn)行設(shè)置。空氣介質(zhì)參數(shù)參考表5進(jìn)行設(shè)置。液力緩速器特征長度l取其循環(huán)圓濕周直徑，即l=0.018m，故湍流的強(qiáng)度尺度L=0.7*l=0.00126m，代入下式可求出湍粘度μt。

式中μt為湍粘度，k為湍動(dòng)能，取值0.41，ω為比耗散率，Cmu為湍流模型計(jì)算系數(shù)，取0.09，ρmix為工作腔混合介質(zhì)的密度 ρmix，由式（10）確定。

將以上的相關(guān)參數(shù)代入進(jìn)行CFD計(jì)算，殘差設(shè)定當(dāng)所有變量的殘差值都小于10-3（即監(jiān)控縱坐標(biāo)中的1.0e-03）且增加的求解目標(biāo)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩監(jiān)測(cè)值無限趨于某一值時(shí)就認(rèn)為計(jì)算收斂。計(jì)算完成后運(yùn)用CFD-Post提取制動(dòng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)。

臺(tái)架試驗(yàn)在相同轉(zhuǎn)速和介質(zhì)溫度下從Ⅰ檔2.8bar到Ⅶ檔0.66bar進(jìn)行制動(dòng)轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)，記錄每一檔位的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值，并與CFD計(jì)算的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行比較。比較后根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)的值再次調(diào)整充液率進(jìn)行CFD計(jì)算，直至兩者誤差小于5%。兩者結(jié)果如表6所示。

表6　臺(tái)架試驗(yàn)與CFD計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值對(duì)比

從表6可以看出臺(tái)架試驗(yàn)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值都稍大于CFD計(jì)算的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值，兩者最大誤差為4.3%，出現(xiàn)在2.8bar制動(dòng)氣壓對(duì)應(yīng)的95%充液率下，兩者最小誤差0.12%，出現(xiàn)在1.8bar制動(dòng)氣壓對(duì)應(yīng)的72%充液率下。為了更直觀對(duì)比制動(dòng)氣壓與充液率的關(guān)系，將兩者如圖4如下。

圖4　制動(dòng)氣壓與充液率關(guān)系

從圖4可以看出充液率與制動(dòng)氣壓是呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系（p＜0.04），因此，可用制動(dòng)氣壓值表示充液率。為了再次驗(yàn)證兩者關(guān)系的正確，取2.8bar對(duì)應(yīng)的95%充液率與0.66bar對(duì)應(yīng)的38%充液率分別進(jìn)行相同溫度下的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化臺(tái)架試驗(yàn)與CFD計(jì)算，結(jié)果顯示，在相同溫度下臺(tái)架試驗(yàn)與CFD計(jì)算制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的趨勢(shì)是基本一致的，2.8bar對(duì)應(yīng)95%充液率時(shí)兩者最大誤差為3.6%，0.66bar對(duì)應(yīng)38%充液率時(shí)兩者最大誤差為3.34%。這表明圖4的制動(dòng)氣壓與充液關(guān)系式是可信和可靠的。

2.5試驗(yàn)過程

在臺(tái)架上，分別在制動(dòng)氣壓0.66bar、介質(zhì)溫度穩(wěn)定在70℃，制動(dòng)氣壓1.0bar、介質(zhì)溫度穩(wěn)定在75℃，制動(dòng)氣壓1.5bar、介質(zhì)溫度穩(wěn)定在80℃，制動(dòng)氣壓1.8bar、介質(zhì)溫度穩(wěn)定在85℃制動(dòng)氣壓2.0bar、介質(zhì)溫度穩(wěn)定在90℃，制動(dòng)氣壓2.8bar制動(dòng)氣壓和介質(zhì)溫度穩(wěn)定在95℃工況下進(jìn)行制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的特性試驗(yàn)。CFD則分別在對(duì)應(yīng)的充液率下進(jìn)行仿真計(jì)算，計(jì)算后用CFD-Post提取制動(dòng)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)。

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1不同充液率下的制動(dòng)特性結(jié)果

限于篇幅，文章僅選擇95%充液率（對(duì)應(yīng)2.8bar）和38%充液率（對(duì)應(yīng)0.66bar）的結(jié)果進(jìn)行分析。兩者制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系的臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與CFD計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5　臺(tái)架試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算制動(dòng)力矩——轉(zhuǎn)速特性對(duì)比圖

從圖 5可以看出臺(tái)架試驗(yàn)和CFD計(jì)算的制動(dòng)力矩結(jié)果變化趨勢(shì)基本一致：介質(zhì)溫度都是95℃時(shí)，2.8bar臺(tái)架試驗(yàn)制動(dòng)力矩與95%充液率時(shí)CFD計(jì)算制動(dòng)力矩都隨轉(zhuǎn)速升高增大，兩者最大絕對(duì)誤差為3.6%；介質(zhì)溫度都是70℃時(shí)，0.66bar臺(tái)架試驗(yàn)制動(dòng)力矩與38%充液率時(shí)CFD計(jì)算制動(dòng)力矩都隨轉(zhuǎn)速升高減小，兩者最大誤差為3.34%。誤差在合理范圍內(nèi)，CFD計(jì)算結(jié)果是可信的。

為此，可利用CFD計(jì)算氣液兩相混合介質(zhì)表觀動(dòng)力粘度、流速、密度、壓力、熱導(dǎo)率和比熱容，結(jié)果如表7和表8所示。

表7　液力緩速器工作介質(zhì)物性參數(shù)（95%充液率、溫度95℃）

表8　液力緩速器工作介質(zhì)物性參數(shù)（38%充液率、溫度70℃）

3.295%充液率、溫度95℃下的相似準(zhǔn)則數(shù)

利用公式（5）和表7的數(shù)據(jù)計(jì)算雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊數(shù)和歐拉數(shù)，結(jié)果如表9所示。

表9　液力緩速器相似準(zhǔn)則數(shù)計(jì)算結(jié)果（95%充液率、溫度95℃）

從表9可以看出，在95%充液率、溫度95℃時(shí)，雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)都是隨轉(zhuǎn)速升高增大，460r/min時(shí)最小，分別為12778和9941578；900r/min時(shí)最大，分別為137776和21765380；歐拉準(zhǔn)則數(shù)則隨轉(zhuǎn)速升高減小，900r/min時(shí)最小為1.095，460r/min時(shí)最大為1.347。以制動(dòng)力矩為橫坐標(biāo)，準(zhǔn)則數(shù)為縱坐標(biāo)，如圖6、圖7所示。

圖6　雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系（95%充液率、溫度95℃）

圖7　歐拉準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系（95%充液率、溫度95℃）

將雷諾準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行曲線擬合，擬合結(jié)果表明冪指數(shù)關(guān)系具有較好的擬合優(yōu)度，擬合方程和判定系數(shù)如所示（P＜0.01）；貝克萊準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線擬合結(jié)果表明線性關(guān)系具有較好的擬合優(yōu)度，擬合方程和判定系數(shù)如所示（P＜0.01），具體擬合方程和判定系數(shù)如圖6所示。從中可以看出雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)都隨制動(dòng)力矩增大而增大。

從圖7可已看出歐拉準(zhǔn)則數(shù)隨制動(dòng)力矩增大而減小。這說明幾何結(jié)構(gòu)確定的液力緩速器，在95%充液、介質(zhì)溫度95℃時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，介質(zhì)的粘度變小，流速變大，由式（6）可知制動(dòng)力矩增大，由式（5）可知雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)也增大，而歐拉準(zhǔn)則數(shù)則減小。

3.338%充液率、溫度70℃下的相似準(zhǔn)數(shù)

利用式（5）和表8的數(shù)據(jù)計(jì)算雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊數(shù)和歐拉數(shù)，結(jié)果如表10所示。

表10　液力緩速器相似準(zhǔn)則數(shù)計(jì)算結(jié)果（38%充液率、溫度70℃）

從表10可以看出，在38%充液率、溫度70℃時(shí)，雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)都是隨著轉(zhuǎn)速的升高而減小的，1000r/min時(shí)最小，分別為7914和7188550。600r/min時(shí)最大，分別為22199和12765149；歐拉準(zhǔn)則數(shù)則隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，100r/min時(shí)最大為1.388，460r/min時(shí)最小為1.369。以制動(dòng)力矩為橫坐標(biāo)，準(zhǔn)則數(shù)為縱坐標(biāo)，如圖8、圖9所示。

圖8　雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系（38%充液率、溫度70℃）

圖9　歐拉準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系（38%充液率、溫度70℃）

從圖8可以看出雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)都是隨制動(dòng)力矩增大而增大，將其進(jìn)行曲線回歸擬合，擬合結(jié)果表明二次多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系具有較好的擬合優(yōu)度，其中貝克萊準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系擬合方程的判定系數(shù)P＜0.0005，雷諾準(zhǔn)則數(shù)與制動(dòng)力矩關(guān)系擬合方程的判定系數(shù)P＜0.005。在制動(dòng)力矩小于300N·m時(shí)，雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)隨制動(dòng)力矩增加變化平緩，大于300N·m后變化速率迅速增大。具體擬合方程和判定系數(shù)如圖8所示。

從圖9可以看出歐拉準(zhǔn)則數(shù)和制動(dòng)力矩也是呈遞減關(guān)系的。這說明幾何結(jié)構(gòu)確定的液力緩速器在38%充液、介質(zhì)溫度70℃時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速提高，介質(zhì)的粘度變大，流速減小，由式（6）可知制動(dòng)力矩減小，由式（5）可知雷諾準(zhǔn)則數(shù)和貝克萊準(zhǔn)則數(shù)也減小，而歐拉準(zhǔn)則數(shù)則增大。初步介質(zhì)的流變特性呈現(xiàn)出剪切變稠的特性。

4　結(jié)語

（1）液力緩速器雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)越大制動(dòng)力矩越大，歐拉準(zhǔn)則數(shù)越小制動(dòng)力矩越大，表明以液力緩速器循環(huán)圓濕周直徑，介質(zhì)密度、流速、定壓比熱容為基本物理參數(shù)，基于表觀動(dòng)力粘度、熱導(dǎo)率、工作腔壓力和制動(dòng)力矩的量綱推出的制動(dòng)力矩與密度、流速、特征長度、雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)、和歐拉準(zhǔn)則數(shù)的關(guān)系式是正確的，可用以闡述液力緩速器的制動(dòng)機(jī)理。

（2）液力緩速器雷諾準(zhǔn)則數(shù)、貝克萊準(zhǔn)則數(shù)和充液率有關(guān)，95%充液率，介質(zhì)溫度穩(wěn)定在95℃時(shí)，這兩個(gè)準(zhǔn)則數(shù)是隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大；但在38%充液率，介質(zhì)溫度穩(wěn)定在70℃時(shí)，這兩個(gè)準(zhǔn)則數(shù)是隨著轉(zhuǎn)速的升高而減小。

（3）液力緩速器歐拉準(zhǔn)則數(shù)也和充液率有關(guān)，95%充液率，介質(zhì)溫度穩(wěn)定在95℃時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高而減??；但在38%充液率，介質(zhì)溫度穩(wěn)定在70℃時(shí)，是隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大。

［1］中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件［S］.北京：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，公安部道路交通管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，2012.

［2］何仁.汽車輔助制動(dòng)裝置［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［3］黃俊剛，李長友，文光安.液力緩速器全流道式制動(dòng)流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法研究［J］.機(jī)床與液壓，2016，（4）：78-82.

［4］黃俊剛，張勝賓，張晶晶.葉片傾角因素對(duì)液力緩速器制動(dòng)力矩及其容積比的影響分析［J］.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，（1）：39-44.

［5］閆清東，穆洪斌，魏巍，等.雙循環(huán)圓液力緩速器葉形參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.兵工學(xué)報(bào).2015，36（3）：385-390.

［6］呂金賀，褚亞旭.葉片楔角對(duì)液力緩速器內(nèi)流場(chǎng)的影響分析［J］.北華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，（5）：613-616.

［7］Bo Z，Wei W，Qing-Dong A Y.Research on Parametric Design of Hydraulic Retarder Cascade［J］.Software Engineering and Knowledge Engineering，2012，2（115）：535-541.

［8］饒銀，李長友，黃俊剛.液力緩速器雙向流固耦合研究［J］.機(jī)床與液壓，2015，（1）：116-122.

［9］Li R，Yang J，Zhang W.Simulation Study of the Vehicle Hydraulic Retarder［J］.International Journal of Control and Automation，2015，8 （2）：263-280.

［10］余國保，周云波.基于大渦模擬法的液力緩速器內(nèi)流場(chǎng)仿真分析［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2014，（1）：52-54.

［11］羅天洪，賀海燕.液力計(jì)算法及DFI-PID下液力緩速器恒力矩制動(dòng)性能建模與仿真分析［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2015，（8）：1283-1288.

［12］李淑梅，羅衛(wèi)東，柳慧譜.加裝液力緩速器商用車的制動(dòng)穩(wěn)定性控制研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014，（8）：137-139.

［13］孫博，李環(huán).整車散熱系統(tǒng)對(duì)液力緩速器持續(xù)制動(dòng)性能的影響［J］.公路與汽運(yùn)，2014，（3）：24-25.

［14］袁哲，馬文星，盧秀泉，等.液力減速器動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能預(yù)測(cè)分析［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2013，（S1）：160-164.

［15］林彩霞，趙旭飛.液力緩速器能量耗散方程的建立［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)，2014，（3）：80-84.

［16］哲袁，馬文星，李華龍.重型車液力減速器的換熱器匹配與仿真分析［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2013，43（增刊）：526-529.

［17］袁哲.重型車液力緩速器熱流耦合與散熱系統(tǒng)研究［D］.長春：吉林大學(xué)，2013.

［18］李曉文，李長友，李真太，等.液力緩速器熱交換管路能頭損失的數(shù)值計(jì)算［J］.機(jī)床與液壓，2012，40（7）：26-28.

［19］姬書得，張利國，劉雪松，等.基于相似理論解決水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪數(shù)值分析困難的方法［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，46（8）：83-87.

［20］李長友.工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2014.

［21］張?jiān)品澹_嵩容，羅稀玉，等.重力熱管內(nèi)水相變換熱的數(shù)值模擬［J］.長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，（1）：69-74.

［22］Lloyd T P，James M.Large eddy simulations of a circular cylinder at Reynolds numbers surrounding the drag crisis［J］.Applied Ocean Research，2015，（1）：1-11.

［23］Wanga Y，Shua C，Yangb L M.An improved multiphase lattice Boltzmann ux solver for three-dimensional ows with large density ratio and high Reynolds number［J］.Journal of Computational Physics，2015，（302）：41-58.

［24］Yamamoto Y，Kunugib T.Modeling of MHD turbulent heat transfer in channel flows imposed wall-normal magnetic fields under the various Prandtl number fluids［J］.Fusion Engineering and Design，2016，4（1）：1-7.

［25］Salehipour H，Peltier W R，Mashayek A.Turbulent diapycnal mixing in stratified shear flows：the influence of Prandtl number on mixing efficiency and transition at high Reynolds number［J］.Journal of Fluid Mechanics，2015，773：178-223.

［26］Ansys Inc.Ansys CFX-solver theory guide［M］.Canonsburg：Ansys Inc，2015.

［27］李興虎，趙曉靜.潤滑油粘度的影響因素分析［J］.潤滑油，2009，24（6）：64.

［28］劉傳安，周珺.機(jī)油粘度與溫度關(guān)系的研究［J］.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2005，（6）：61-63.

［29］李雪松，程秀生，苗麗穎.液力緩速器部分充液流場(chǎng)大渦模擬及特性預(yù)測(cè)［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，43（5）：1717-1723.

［30］閆清東，鄒波，魏巍，等.液力減速器充液過程瞬態(tài)特性三維數(shù)值模擬［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（1）：12-17.

［31］Dc W.Turbulence modeling for CFD［M］.3rd Edition ed.Washington DC：DCW Industries Inc.，2006.

［32］任蕓，劉厚林，舒敏驊，等.考慮旋轉(zhuǎn)和曲率影響的SST k_w湍流模型改進(jìn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（11）：123-128.

Analysis and Experimental Research on Farm Transport Vehicle Hydraulic Retarder Caliber Steel

LAI Jian-sheng1，KONG Fan-jing2
（1.Guangdong Vocational College of Science and Technology，Zhuhai，Gungdong 519090，China；2.Nai Jiansheng Zhuhai Technology Vocational College，Zhuhai，Guangdong 519090，China）

In order to research farm transport vehicle hydraulic retarder braking mechanism，based on the analysis of theorem of PI to the related parameters affecting the braking performance of the hydraulic retarder on the dimensional，this paper concludes the relation quota between the braking torque and hydraulic retarder rule of Reynolds number，Berkeley code number and the rule of euler number.Taking farm transporter prototype THN15 hydraulic retarder as an example，this paper applies use of bench test and CFD calculation，studies the rule of Reynolds number under different charging rates，Berkeley criteria and euler rule of the influence law of braking torque.The result shows the braking torque decreases as the rule of euler number increases，as the rule of Reynolds number and Berkeley code number increases；38%liquid rate，the rule of Reynolds number and Berkeley code number decreases with increasing speed，rule of euler number increases with the increase of rotational speed and；95%liquid rate，Renault，criterion and rule of Berkeley with speed increases，the rule of euler number decreases with increasing rotating speed.The research results has good reference value to improve the farm transporter of hydraulic retarder design and product development.

farm transporter；hydraulic retarder；dimensional analysis；braking torque；charging rate

U463.53

A

2095-980X（2016）07-0048-06

2016-06-18

賴建生（1981-），男，廣東河源人，講師，主要研究方向：汽車技術(shù)教學(xué)與研究。