電渦流緩速器在客車(chē)上的應(yīng)用匹配

李英鋒， 付 盈, 劉春革

(一汽解放汽車(chē)有限公司 商用車(chē)開(kāi)發(fā)院， 長(zhǎng)春 130011)

隨著JT/T 1094—2016《營(yíng)運(yùn)客車(chē)安全技術(shù)條件》的實(shí)施，緩速器因諸多優(yōu)越性在客車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其類(lèi)型主要有液力緩速器和電渦流緩速器。本文針對(duì)客車(chē)用電渦流緩速器的匹配設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

1 電渦流緩速器的特點(diǎn)及控制方式

1.1 電渦流緩速器的性能特點(diǎn)

電渦流緩速器根據(jù)其轉(zhuǎn)子的不同型式可分為筒式和盤(pán)式兩類(lèi)。筒式電渦流緩速器質(zhì)量輕，體積小，耗電少，便于拆裝布置，但最大制動(dòng)力矩小且散熱較慢，多用于7～9 m的城市客車(chē)；盤(pán)式電渦流緩速器的最大制動(dòng)力矩大，散熱快，熱衰退小，在相同的制動(dòng)力矩下，對(duì)變速器的負(fù)面影響小，但質(zhì)量較大，多用于 9～12 m的客車(chē)，是當(dāng)前客車(chē)市場(chǎng)的主流選裝類(lèi)型。

電渦流緩速器的性能特點(diǎn)如下：提高行駛安全性[1-2]，可承擔(dān)車(chē)輛行駛中大部分制動(dòng)負(fù)荷從而降低車(chē)輪制動(dòng)器的負(fù)荷，制動(dòng)力矩大，響應(yīng)迅速(約40 ms)且操作便捷；提高行駛經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸制動(dòng)，可有效降低故障率，易維護(hù)、費(fèi)用低，車(chē)輪制動(dòng)器壽命可延長(zhǎng)4～7倍，輪胎使用壽命延長(zhǎng)20%[3-4]；提高行駛環(huán)保性與舒適性，減少制動(dòng)噪聲與制動(dòng)粉塵的產(chǎn)生；其主要缺點(diǎn)在于尺寸大、機(jī)體重，工作時(shí)自身產(chǎn)生大量熱量，影響周邊零部件且易產(chǎn)生熱衰退。

1.2 電渦流緩速器的控制方式

電渦流緩速器的控制方式有腳控、手控及ABS聯(lián)合控制[5-6]。

腳控主要用于城市客車(chē)，分為壓力感應(yīng)和位置感應(yīng)兩種，壓力感應(yīng)因操作便捷最為常見(jiàn)，駕駛員輕踩制動(dòng)踏板，緩速器開(kāi)始工作且先于行車(chē)制動(dòng)器，制動(dòng)力隨踩踏板的角度增加而加大。手控即在方向盤(pán)下或儀表板合適部位安裝操控手柄開(kāi)關(guān)，分多個(gè)擋位來(lái)控制緩速器單獨(dú)工作，公路客車(chē)在實(shí)際使用時(shí)大多手控與腳控聯(lián)合使用，尤其在較長(zhǎng)下坡路況時(shí)可有效降低車(chē)輪制動(dòng)的熱衰退，緩解駕駛員操作疲勞度。ABS聯(lián)合控制是指裝有ABS系統(tǒng)的車(chē)輛，廠家會(huì)為緩速器匹配相應(yīng)ABS控制接口，對(duì)車(chē)速表、ABS系統(tǒng)、緩速器等信號(hào)進(jìn)行綜合處理，控制緩速器處于最佳工作狀態(tài)。

2 電渦流緩速器的應(yīng)用匹配

電渦流緩速器的應(yīng)用匹配流程如下：電渦流緩速器的安裝位置匹配；電渦流緩速器參數(shù)及型號(hào)匹配；電渦流緩速器與制動(dòng)閥的匹配；電渦流緩速器與電氣的匹配。

2.1 電渦流緩速器的安裝位置匹配

電渦流緩速器在客車(chē)上有3種安裝方式：變速器輸出端、傳動(dòng)軸間、后橋輸入端。

1) 電渦流緩速器匹配在變速器輸出端如圖1所示，定子通過(guò)托架與變速器殼體連接，轉(zhuǎn)子與變速器輸出法蘭連接；托架通過(guò)螺栓組和車(chē)架縱梁連接，托架的角度應(yīng)同變速器的設(shè)計(jì)角度盡量保持一致；軟墊總成應(yīng)包含絕緣、減振的橡膠材料，軟墊須含有氟化硅等耐熱材料，防止被轉(zhuǎn)子的熱輻射烤焦，剛度設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊剛度。此安裝方式不便于變速器、離合器的維修拆裝，但對(duì)變速器及傳動(dòng)系的影響較小，適用于城市客車(chē)和公路客車(chē)。

圖1 電渦流緩速器匹配在變速器輸出端

2) 電渦流緩速器匹配在傳動(dòng)軸間如圖2所示，定子通過(guò)支架、軟墊組、托架與車(chē)架連接，轉(zhuǎn)子與傳動(dòng)軸連接，托架通過(guò)螺栓組和車(chē)架縱梁連接，其安裝角度應(yīng)與傳動(dòng)軸的角度盡量保持一致，軟墊組同樣應(yīng)考慮絕緣、減振及耐熱等性能。此安裝方式對(duì)變速器和后橋基本沒(méi)有影響，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)的客車(chē)。

圖2 電渦流緩速器匹配在傳動(dòng)軸間

3) 電渦流緩速器匹配在后橋輸入端如圖3所示，定子與主減速器軸承座連接，轉(zhuǎn)子與主減速器突緣連接，此安裝方式變速器和離合器維修方便，但緩速器缺少輔助支撐，車(chē)輛在較差路況行駛時(shí)會(huì)對(duì)主減速器、軸承等產(chǎn)生不利影響，同時(shí)受底盤(pán)離地間隙的限制多用于城市客車(chē)[7]。

圖3 電渦流緩速器匹配在后橋輸入端

4) 安裝精度要求。當(dāng)電渦流緩速器匹配在變速器輸出端或后橋輸入端時(shí)，對(duì)安裝位置的精度有3點(diǎn)要求：第一，突緣軸向竄動(dòng)≤0.10 mm；第二，突緣止口徑向跳動(dòng)≤0.05 mm；第三，突緣端面軸向跳動(dòng)≤0.10 mm。

5) 隔熱要求。轉(zhuǎn)子長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，溫度最高可達(dá)到500 ℃，且熱量主要由輻射方式傳遞，需采取隔熱措施。隔熱板可用于保護(hù)緩速器附近的地板、管線束及其他防熱性能差的零部件，其匹配設(shè)計(jì)可參考圖2，設(shè)計(jì)原則有：①隔熱板應(yīng)采用防銹材料，可采用雙層鍍鋅鋼板，中間夾隔熱棉的方式；②轉(zhuǎn)子的外徑到隔熱板內(nèi)表面的距離應(yīng)≥50 mm；③被保護(hù)的零部件到隔熱板外表面的距離應(yīng)≥20 mm；④隔熱板應(yīng)超出緩速器各底面至少50 mm，在更換定子支架的調(diào)整墊片時(shí)不需拆下隔熱板；⑤建議將隔熱板向下延長(zhǎng)，距被保護(hù)的最低零部件距離>100 mm。

2.2 電渦流緩速器最大制動(dòng)力矩計(jì)算

匹配電渦流緩速器型號(hào)[8]時(shí)應(yīng)先得知其所需最大制動(dòng)力矩,計(jì)算公式如下：

T=a×m×r/i

式中：T為電渦流緩速器最大制動(dòng)力矩；a為汽車(chē)減速度；m為汽車(chē)最大總質(zhì)量；r為車(chē)輪滾動(dòng)半徑；i為后橋主減速比。

依據(jù)國(guó)內(nèi)車(chē)輛底盤(pán)配置、緩速器匹配經(jīng)驗(yàn)及JT/T 721—2017對(duì)電渦流緩速器工作時(shí)減速度值有[9]：

1) 當(dāng)0.8≥a≥0.62時(shí)，適用于城市客車(chē), 對(duì)于8～10 m左右的城市客車(chē)滿載質(zhì)量約10～15 t，城市道路最大坡度為4%～8%，可選用電渦流緩速器最大制動(dòng)扭矩為1 100～1 600 N·m，需滿足在至少6%或7%的坡道上進(jìn)行下坡試驗(yàn)時(shí)，僅靠緩速器自身可使車(chē)輛穩(wěn)速行駛[10]。

2) 當(dāng)1.0≥a≥0.7時(shí)，優(yōu)選值適用于公路客車(chē)，可對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)充分保護(hù)且達(dá)到客戶對(duì)減速度的要求。在冬季冰雪路面峰值附著系數(shù)為0.1，減速度a最大為0.1g，電渦流緩速器的制動(dòng)效果會(huì)比點(diǎn)剎制動(dòng)、ABS制動(dòng)防滑效果好，但操作控制擋位時(shí)不宜升擋過(guò)快，防止緩速器制動(dòng)力過(guò)大導(dǎo)致輪胎打滑。

3) 當(dāng)1.1>a≥1.0時(shí)，適用于長(zhǎng)途客車(chē)，緩速器輸出效果好，但對(duì)后橋和變速器等配置質(zhì)量要求較高,成本也隨之升高。

4) 當(dāng)a≥1.1時(shí)，制動(dòng)力矩過(guò)大，對(duì)變速器、后橋都有一定的負(fù)面影響，對(duì)發(fā)電機(jī)、蓄電池的要求也更高，同時(shí)減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

上述推薦減速度是參考廠家綜合考慮緩速器工作條件得出的經(jīng)驗(yàn)值；考慮目前國(guó)內(nèi)后橋主減速器強(qiáng)度，電渦流緩速器匹配在后橋時(shí)，最大制動(dòng)力矩應(yīng)不超過(guò)1 500 N·m。

由電渦流緩速器最大制動(dòng)力矩可知其制動(dòng)吸收功率[11]，計(jì)算公式如下：

P=T×n/9 549

式中：P為電渦流緩速器制動(dòng)功率；T為電渦流緩速器最大制動(dòng)力矩；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

2.3 電渦流緩速器與制動(dòng)閥的匹配

制動(dòng)閥的匹配應(yīng)根據(jù)不同電渦流緩速器的需求選擇普通制動(dòng)閥或緩速器專(zhuān)用剎車(chē)閥。

1) 選用普通制動(dòng)閥時(shí)，電渦流緩速器的工作擋位隨著制動(dòng)閥輸出氣壓的增加而增加。

2) 選用緩速器專(zhuān)用剎車(chē)閥時(shí)，應(yīng)考慮其有一個(gè)小角度的空行程，特性曲線如圖4所示，F(xiàn)1、F2分別為兩種閥的特性曲線，剎車(chē)閥在0～5°是緩速器的初始工作區(qū)域，電渦流緩速器的工作擋位隨著剎車(chē)閥踏板角度的增加而增加。

圖4 剎車(chē)閥特性曲線

2.4 電渦流緩速器與電氣的匹配

電氣線束在跨越有相對(duì)位移的兩個(gè)部件之間時(shí)，應(yīng)留有一定余量，防止車(chē)輛在行駛中產(chǎn)生相對(duì)位移而損壞，因此電渦流緩速器與電氣線束的匹配設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：

1) 電渦流緩速器安裝在后橋輸入端時(shí)，對(duì)應(yīng)線束應(yīng)預(yù)留約150～200 mm的跳動(dòng)余量；安裝在變速器輸出端時(shí)，對(duì)應(yīng)線束應(yīng)預(yù)留約80～100 mm的跳動(dòng)余量，跳動(dòng)部分不應(yīng)與車(chē)上任何部位相碰。

2) 在電渦流緩速器定子接線柱旁需安裝線束夾固定線束，避免車(chē)輛振動(dòng)時(shí)扯斷接線端子。

3) 電渦流緩速器型號(hào)確定后，需及時(shí)將其工作電壓及額定電流等參數(shù)提供給電氣工程師，用于確定發(fā)電機(jī)、蓄電池的型號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

電渦流緩速器的匹配設(shè)計(jì)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)綜合考慮車(chē)輛的行駛路況、性能需求及售價(jià)等，選取最佳方案。通過(guò)電渦流緩速器制動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，提高車(chē)輛運(yùn)行的安全性與舒適性。