關(guān)紹文 羅杰 李杰

摘 要：分析國(guó)內(nèi)汽車(chē)電渦流緩速器開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，提出先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段是自主開(kāi)發(fā)的保障。設(shè)定設(shè)計(jì)輸入狀態(tài)，再經(jīng)過(guò)理論分析推導(dǎo)符合制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的確定緩速器結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的公式，全面考慮設(shè)計(jì)步驟、因素，是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)電渦流緩速器的基本條件。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì) 計(jì)算 緩速器 結(jié)構(gòu)尺寸 參數(shù)

1 概述

目前，國(guó)內(nèi)只有屈指可數(shù)的幾家公司在代理或開(kāi)發(fā)電渦流緩速器產(chǎn)品，僅有少量投入試用;而其中逆向國(guó)外產(chǎn)品是主流做法。因涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛和不能從根本上掌握電渦流緩速器的設(shè)計(jì)機(jī)理與設(shè)計(jì)手段，國(guó)內(nèi)電渦流緩速器自主開(kāi)發(fā)舉步艱難，制約了國(guó)內(nèi)電渦流緩速器技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)拓展。

2 設(shè)計(jì)步驟與方法

我們利用全數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，采用并行工程縮短開(kāi)發(fā)周期，具有高性能、低開(kāi)發(fā)成本和快節(jié)奏的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

2.1 理論計(jì)算

基于知識(shí)的理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的推導(dǎo)計(jì)算，確定部件的結(jié)構(gòu)尺寸，形成數(shù)模參數(shù)特征。

2.2 全三維設(shè)計(jì)

利用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，在確定了大體結(jié)構(gòu)后即可建立三維數(shù)字化模型，它將空間結(jié)構(gòu)尺寸、裝配關(guān)系直觀的展現(xiàn)，進(jìn)行可視化虛擬裝配設(shè)計(jì)。并可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)模直接用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工——加工模具或工裝卡具，即CAD/CAM一體化。

2.3 仿真分析

設(shè)計(jì)三維數(shù)模與分析仿真數(shù)模同步一致，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件應(yīng)力分析與散熱風(fēng)速分析。

2.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用三維精確裝配檢查及工藝分析，并利用CAE分析結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化三維數(shù)模，即CAD/DFA/DFM一體化。

2.5 并行工程

基于全三維設(shè)計(jì)的并行流程和并行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，有效縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

2.6 快速升級(jí)

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、三維、兩維及工藝數(shù)據(jù)全相關(guān)全參數(shù)化，可進(jìn)行過(guò)程更改和新產(chǎn)品快速升級(jí)開(kāi)發(fā)。

3 理論分析與計(jì)算

3.1 性能標(biāo)準(zhǔn)

因國(guó)內(nèi)目前尚沒(méi)有出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，暫參照?qǐng)?zhí)行法國(guó)泰樂(lè)瑪緩速器公司現(xiàn)執(zhí)行的歐洲Tape Ⅱ A輔助制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容為表述：

5噸以上的汽車(chē)，在7%的坡路上，從0速度開(kāi)始，以無(wú)動(dòng)力（空檔）、不使用主制動(dòng)滑行，經(jīng)過(guò)6km距離后時(shí)速不超過(guò)30km/h[1]。

3.2 設(shè)計(jì)基本輸入?yún)?shù)及設(shè)定性能

1）適用車(chē)輛最大總質(zhì)量：m（t）;

2）設(shè)定適用發(fā)動(dòng)機(jī)功率范圍：P0（kW）;

3）設(shè)定適用緩速坡度：推薦9%（國(guó)家公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：Ⅳ級(jí)公路在特殊的山嶺重丘區(qū)最大坡度）;

4）設(shè)定理想緩行速度：ν，≤30km/h;

5）設(shè)定適用車(chē)型輪胎滾動(dòng)半徑：r（m）;

6）設(shè)定適用車(chē)型后橋速比：i;

7）設(shè)定適用車(chē)型工作電壓：U，（V）;

8）設(shè)定主體外形尺寸;

9）設(shè)定極限溫升：≤t（℃）;

10）設(shè)定冷卻方式：葉輪式轉(zhuǎn)子空氣冷卻。

3.3 制動(dòng)需求轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

3.4 電渦流緩速器的定性與轉(zhuǎn)矩公式推導(dǎo)

電渦流緩速器的工作原理與能耗制動(dòng)狀態(tài)下的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)工作原理相同，其制動(dòng)力矩的大小都取決于轉(zhuǎn)子中的能量損耗，包括渦流損耗和磁滯損耗;不同之處是：轉(zhuǎn)子（電樞）的材料及磁極形狀不同，同時(shí)，在轉(zhuǎn)速變化時(shí)，電渦流緩速器轉(zhuǎn)子中感生電流（渦流）滲透深度也不同，其中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁系數(shù)也是變化的。

轉(zhuǎn)子半徑上對(duì)應(yīng)于磁極有效長(zhǎng)度的單位體積導(dǎo)體，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)——視為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從N極過(guò)渡到S極，再過(guò)渡到N極，依次往復(fù)，即：轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下正弦交變磁場(chǎng)透過(guò)氣隙周期性地穿過(guò)導(dǎo)體，在導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流、產(chǎn)生熱能;亦為：在定子的交替磁極與轉(zhuǎn)子間形成的氣隙中構(gòu)成靜態(tài)正弦交變磁場(chǎng)，供單位體積導(dǎo)體的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體去切割，進(jìn)而形成渦流，消耗能量并阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.5 磁路計(jì)算

磁路計(jì)算的目的在于確定產(chǎn)生主磁場(chǎng)所必需的磁化力或勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)（下簡(jiǎn)稱(chēng)磁勢(shì)），并進(jìn)而計(jì)算勵(lì)磁電流。通過(guò)計(jì)算校核緩速器各部分磁通密度選型。

設(shè)定定子線圈工作溫度為80℃，選用電磁線的材質(zhì)，計(jì)算出此時(shí)的電阻率為（Ωmm2/m）[5]。

4 磁性材料與散熱結(jié)構(gòu)的考慮

電渦流緩速器的材料比較特殊，要求高導(dǎo)磁率、低矯頑力，低電阻率、耐高溫抗氧化、耐腐蝕等，同時(shí)要考慮機(jī)械強(qiáng)度，因此以選用低碳合金鋼為宜。

由于電渦流緩速器是吸收機(jī)械功率并將其轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，因此散熱結(jié)構(gòu)是必要的考慮因素，可參照離心風(fēng)機(jī)葉輪的形式設(shè)計(jì)。

5 控制方式與控制思想

緩速器可以選擇手控、腳控、手腳并控等操縱方式，腳控又可以是單獨(dú)踏板（與手控等效但應(yīng)自動(dòng)復(fù)位），或是與主制動(dòng)器結(jié)合，一旦腳制動(dòng)踏板踏下，即產(chǎn)生雙重制動(dòng)效果，但要求緩速器先于主制動(dòng)起作用。

控制器一般有繼電器式和電子式兩種，繼電器式多分為四段控制，電子式則可以分為更多檔，還可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力平滑上升、延時(shí)起控、恒速控制、與其它電子控制系統(tǒng)通訊等功能。低車(chē)速時(shí)緩速器作用已很小，應(yīng)自動(dòng)退出工作狀態(tài)，以減少用電損耗;具有ABS的車(chē)輛應(yīng)建立與電渦流緩速器的制約關(guān)系，在ABS發(fā)揮作用時(shí)緩速器退出工作狀態(tài)（即使低速功能已起作用）;緩速器是一種制動(dòng)方式，所以當(dāng)投入使用時(shí)制動(dòng)燈應(yīng)亮，并有工作指示燈。

6 結(jié)論

以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，以先進(jìn)的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)為手段，通過(guò)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們掌握了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)電渦流緩速器的有效手段，就可以得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能最佳的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并且擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪貴友.新型減速器——電渦流緩速器.《現(xiàn)代汽車(chē)》2001年10/11月.

[2]唐仕明.電渦流緩速器在大客車(chē)上的應(yīng)用.《汽車(chē)電器》2002年3月.

[3]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì).高等教育出版.

[4]電路及磁路.高等教育出版社.

[5]田玉波.磁性材料.清華大學(xué)出版社.