一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法技术

本发明专利技术提供了一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法，属于液力减速器技术领域，涉及一种液力减速器充液制动过程动态特性可视化试验方法，通过转速测扭仪、物位仪、压力传感器、PIV系统、数据采集及处理系统，获得动轮转速、制动扭矩、循环圆充液率、液力减速器出口压力、速度场特性动态特性参数的步骤和方法，依次获得动轮转速及固定循环圆充液率组合变化条件对液力减速器制动扭矩、出口压力、速度场三个特性影响的精确数据，解决了无法获得动轮转速、循环圆充液率对内部流动特性、外部扭矩特性及出口压力影响精确量化数据的问题，为研究液力减速器部分充液两相流动仿真方法、内外特性相互影响关系、控制条件对内特性的影响提供技术手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液力减速器
，具体涉及一种用于液力减速器充液制动过程动态特性可视化试验方法。
技术介绍
1、液力减速器的应用及发展液力减速器是液力偶合器iTB＝0的特殊形式，其循环圆由两种叶轮组成，旋转的叶轮称为动轮，固定不动的叶轮称为定轮。其工作原理是：工作时动轮随驱动轴转动，在充入液体时动轮将输入的机械能转变为液压能，使液流以高速冲向定轮叶片；定轮不转动，形成流体流动的阻力，以此产生制动转矩并将液压能全部转化成热能。液力减速器的制动力矩可由以下公式表示：Mk＝λ·γk·n2·Da5，其中λ为由减速器的结构、充液率决定的力矩系数、γk为油液的重度、n为减速器动轮的转速、Da为减速器循环圆的直径。液力减速器主要用于车辆辅助制动，是目前应用最广的车辆辅助制动器，通常装配于城市公交车、载重货车、高档汽车上，用于车辆长期、持续下长坡制动。上个世纪八十年代，国外先进国家在高档车辆上开发了以高速、大功率液力减速器作为辅助制动器与机械制动器联合实现恒制动力矩的技术，液力减速器在高速区(即＞1/2Vmax)部分充液保持恒扭矩减速，承担车辆整个制动过程50％-75％的制动能量，达到提高车辆高速行驶的安全性及降低机械制动器损耗的目的。近年来，国内外相继开发具有更广泛适用性AT自动变速器，在高档轮式车辆上将自动变速技术与液力减速器部分充液技术相结合，实现了车辆自动巡航，进一步推动了轮式车辆的广泛应用和发展。液力减速器制动过程控制技术是以上两种先进技术应用的核心环节，近十几年我国一直开展相关技术仿研，但尚未形成自主化技术和产品。2、液力减速器充液制动过程动态试验目前，针对我国液力减速器制动过程或性能的试验研究主要是外特性试验即测试转速-扭矩特性的试验，其中主要研究低速、全充液工况(实际最大充液状态未必是完全充满)。近年来，为了突破液力减速器部分充液制动过程扭矩控制的关键环节，已陆续开展了一些典型液力减速器基型的充液制动试验，在试验中研究了不同充液量条件下出口压力、内腔压力和制动扭矩关系的试验研究，但在试验中无法测得实际充液量，只能得到了充液量越大λ越大、确定结构具有确定最大λ值以及腔内压力与扭矩具有关联性等研究结论，研究工作断续、未量化、不具规律性。3、液力元件可视化试验的发展国外，已广泛应用PIV技术的可视性，解决各种领域的复杂技术问题。国内，已将PIV技术应用于液力变矩器和液力偶合器的内部流场测试，获得了流场分布规律和变化规律的相关数据。液力偶合器制动工况工作原理与液力减速器相似，但由于具体结构差异、所需测试测试参数不同、应用要求不同，导致液力减速器可视化试验难度较大、无法实施。液力减速器制动过程可视化试验主要难点在于：(1)液力减速器通常采用在叶片上布置进出油道的结构方式，致使流场结构极为复杂，需要更多流场数据描述运动，给测试区域的选择、高速摄像都带来较大难度，同时数据总量激增、后处理难度增加、对硬件设备的配置要求更高；(2)液力减速器制动过程就是将动能转换为热能的过程，这与液力变矩器和液力耦合器有本质区别，造成的最严重的后果是大量发热造成急剧的温升，会使一直存在的树脂透明材料的试验样机受热开裂、变形问题进一步加剧，因此，液力减速器的可视化试验一直无法实施；(3)液力减速器动态特性试验存在转速、充液量两种条件变化因素，存在非全充液状态，强调瞬态变化，现有PIV手段实施困难。已申请的国防专利“一种液力减速器流场检测装置”，申请号为201218000646.1，提出了一种用于流场检测的液力减速器可视化试验装置，该专利主要说明了该装置的结构以及基本工作原理。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，提供了一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法；即提供了一种液力减速器固定转速-固定充液率动态特性可视化试验方法以及一种液力减速器变转速-固定充液率动态特性可视化试验方法。其中包括，液压系统的设计方案、传动台架的布置方案、透明液力减速器的结构，解决了动轮转速、循环圆充液率对内部流动特性和外部扭矩特性影响不能精确量化的问题，满足了液力减速器充液制动过程内外部技术特性关系验证的急需。本专利技术的技术方案是，一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法，该方法步骤如下：步骤一：首先，对液力减速器流场检测装置的循环圆充液率与循环圆内液位的高度进行标定：a.按照表1中规定的循环圆充入容量占总容量的比例-从左到右次序，在液力减速器流场检测装置循环圆内腔充入确定容量的水介质，同时用物位仪测试液力减速器循环圆内液位的高度，并将测试结果记录在表1中A1-A10位置；b.根据所有测试结果，绘制充液率-液位高度曲线；表1如下：充入容量占总容量的比例(％)102030405060708090100循环圆内液位的高度(mm)A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10然后，调整液力减速器流场检测装置水介质循环流量：a.调整液压系统的水泵溢流阀(39)开度，使水泵溢流阀(39)工作压力达到20kPa；b.调整液压系统的节流阀(38)开度，使节流阀(38)通过流量≥液力减速器流场检测装置总容量的10％；c.调整液压系统的出水溢流阀(28)开度，使液力减速器流场检测装置流进和排出的水介质流量保持一致，且使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％。步骤二：a.向液力减速器流场检测装置13内腔充入水介质，用物位仪测试循环圆内液位的高度，根据充液率-液位高度曲线调整液力减速器流场检测装置循环圆内液位的高度，使循环圆充液率K至规定值，第一次操作该步骤时K＝100；b.启动液压系统，并使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％；c.将转速测扭仪、物位仪、水箱温度传感器、出水温度传感器、进水流量传感器、出水流量传感器、进水压力传感器、出水压力传感器连接数据采集系统，启动数据采集系统，通过采集系统开始采集动轮转速、扭矩、循环圆充液率、水箱温度、出水温度、进水流量、出水流量、进水压力、出水压力；d.启动PIV系统，具备即时拍摄测试区域流速图像的条件；e.启动传动试验台架的传动电机(45)，使液力减速器流场检测装置的动轮转速升至试验转速W，第一次操作该步骤时W＝100，稳定运转60s；f.PIV系统开始拍摄测试区域流速图像，持续拍摄30s；g.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法，其特征在于，该方法步骤如下：步骤一：首先，对液力减速器流场检测装置的循环圆充液率与循环圆内液位的高度进行标定：a.按照表1中规定的循环圆充入容量占总容量的比例‑从左到右次序，在液力减速器流场检测装置循环圆内腔充入确定容量的水介质，同时用物位仪测试液力减速器循环圆内液位的高度，并将测试结果记录在表1中A1‑A10位置；b.根据所有测试结果，绘制充液率‑液位高度曲线；表1如下：充入容量占总容量的比例(％)102030405060708090100循环圆内液位的高度(mm)A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10然后，调整液力减速器流场检测装置水介质循环流量：a.调整液压系统的水泵溢流阀(39)开度，使水泵溢流阀(39)工作压力达到20kPa；b.调整液压系统的节流阀(38)开度，使节流阀(38)通过流量≥液力减速器流场检测装置总容量的10％；c.调整液压系统的出水溢流阀(28)开度，使液力减速器流场检测装置流进和排出的水介质流量保持一致，且使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％。步骤二：a.向液力减速器流场检测装置13内腔充入水介质，用物位仪测试循环圆内液位的高度，根据充液率‑液位高度曲线调整液力减速器流场检测装置循环圆内液位的高度，使循环圆充液率K至规定值，第一次操作该步骤时K＝100；b.启动液压系统，并使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％；c.将转速测扭仪、物位仪、水箱温度传感器、出水温度传感器、进水流量传感器、出水流量传感器、进水压力传感器、出水压力传感器连接数据采集系统，启动数据采集系统，通过采集系统开始采集动轮转速、扭矩、循环圆充液率、水箱温度、出水温度、进水流量、出水流量、进水压力、出水压力；d.启动PIV系统，具备即时拍摄测试区域流速图像的条件；e.启动传动试验台架的传动电机(45)，使液力减速器流场检测装置的动轮转速升至试验转速W，第一次操作该步骤时W＝100，稳定运转60s；f.PIV系统开始拍摄测试区域流速图像，持续拍摄30s；g.PIV系统停止拍摄、传动电机(45)停机、液压系统关闭、数据采集系统停止记录；h、按照表2中的工况号2‑200从小至大的顺序对应的充液率K和试验转速W的值，重复上述步骤a至步骤g，表2如下：i、建立相同转速时充液率‑扭矩变化曲线、相同充液率时转速‑扭矩变化曲线、相同扭矩时转速‑充液率变化曲线、扭矩‑出水压力关系曲线；获得固定转速‑固定充液率下速度场流速大小及流场分布数据。...

【技术特征摘要】
1.一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤一：
首先，对液力减速器流场检测装置的循环圆充液率与循环圆内液位的高度进行标定：
a.按照表1中规定的循环圆充入容量占总容量的比例-从左到右次序，在液力减速器流场
检测装置循环圆内腔充入确定容量的水介质，同时用物位仪测试液力减速器循环圆内液位的
高度，并将测试结果记录在表1中A1-A10位置；
b.根据所有测试结果，绘制充液率-液位高度曲线；
表1如下：
充入容量占总容量的比例(％)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
循环圆内液位的高度(mm)
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
然后，调整液力减速器流场检测装置水介质循环流量：
a.调整液压系统的水泵溢流阀(39)开度，使水泵溢流阀(39)工作压力达到20kPa；
b.调整液压系统的节流阀(38)开度，使节流阀(38)通过流量≥液力减速器流场检测
装置总容量的10％；
c.调整液压系统的出水溢流阀(28)开度，使液力减速器流场检测装置流进和排出的水
介质流量保持一致，且使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％。
步骤二：
a.向液力减速器流场检测装置13内腔充入水介质，用物位仪测试循环圆内液位的高度，
根据充液率-液位高度曲线调整液力减速器流场检测装置循环圆内液位的高度，使循环圆充液
率K至规定值，第一次操作该步骤时K＝100；
b.启动液压系统，并使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％；
c.将转速测扭仪、物位仪、水箱温度传感器、出水温度传感器、进水流量传感器、出水
流量传感器、进水压力传感器、出水压力传感器连接数据采集系统，启动数据采集系统，通
过采集系统开始采集动轮转速、扭矩、循环圆充液率、水箱温度、出水温度、进水流量、出
水流量、进水压力、出水压力；
d.启动PIV系统，具备即时拍摄测试区域流速图像的条件；
e.启动传动试验台架的传动电机(45)，使液力减速器流场检测装置的动轮转速升至试
验转速W，第一次操作该步骤时W＝100，稳定运转60s；
f.PIV系统开始拍摄测试区域流速图像，持续拍摄30s；
g.PIV系统停止拍摄、传动电机(45)停机、液压系统关闭、数据采集系统停止记录；
h、按照表2中的工况号2-200从小至大的顺序对应的充液率K和试验转速W的值，重复
上述步骤a至步骤g，
表2如下：
i、建立相同转速时充液率-扭矩变化曲线、相同充液率时转速-扭矩变化曲线、相同扭矩时
转速-充液率变化曲线、扭矩-出水压力关系曲线；获得固定转速-固定充液率下速度场流速大
小及流场分布数据。
2.一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤一：
首先，对液力减速器流场检测装置的循环圆充液率与循环圆内液位的高度进行标定：
a.按照表1中规定的循环圆充入容量占总容量的比例-从左到右次序，在液力减速器流场
检测装置内腔充入确定容量的水介质，同时用物位仪测试液力减速器循环圆内液位的高度，
并将测试结果记录在表1中A1-A10位置；
b.根据所有测试结果，绘制充液率-液位高度曲线；
表1如下：
充入容量占总容量的比例(％)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
循环圆内液位的高度(mm)
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
然后，调整液力减速器流场检测装置水介质循环流量：
a.调整液压系统的水泵溢流阀(39)开度，使水泵溢流阀(39)工作压力达到20kPa；
b.调整液压系统的节流阀(38)开度，使节流阀(38)通过流量≥液力减速器流场检测
装置总容量的10％；
c.调整液压系统的出水溢流阀(28)开度，使液力减速器流场检测装置流进和排出的水
介质流量保持一致，且使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量的10％±1％；
步骤二：
a.向液力减速器流场检测装置内腔充入水介质，用物位仪测试循环圆内液位的高度，根
据充液率-液位高度曲线调整液力减速器流场检测装置内循环圆充液率K至规定值，第一次操
作该步骤时K＝100；
b.启动液压系统使其正常工作，并使水介质循环流量为液力减速器流场检测装置总容量
的10％±1％；
c.将转速测扭仪、物位仪、水箱温度传感器、出水温度传感器、进水流量传感器、出水
流量传感器、进水压力传感器、出水压力传感器连接数据采集系统，启动数据采集系统使其
正常工作，开始采集动轮转速、扭矩、循环圆充液率、水箱温度、出水温度、进水流量、出
水流量、进水压力、出水压力；
d.启动PIV系统使其正常工作，具备即时拍摄测试区域流速图像的条件；
e.启动传动试验台架的传动电机(45)，使液力减速器流场检测装置的动轮转速升至试验
起始转速W，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鸣，周广明，秦绪情，李慧渊，张洪彦，宋美球，徐宜，王敏，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11