电涡流缓速器

电涡流缓速器（精选6篇）

电涡流缓速器 篇1

电涡流缓速器俗称“电刹”,是一种车辆辅助制动装置,常用于大型客车、重型卡车、矿用运输车辆。采用电涡流缓速器,可以提高车辆的安全性、经济性、环保性、稳定性和舒适性。为了使大家对电涡流缓速器有比较全面的认识,本文对电涡流缓速器的构成、原理、安装、调试、使用等方面进行系统解读。

1. 构成及工作原理

电涡流缓速器一般由定子、转子及固定支架等组成,如图1所示。

该装置安装在车辆驱动桥与变速器之间,通过电磁感应原理实现无接触制动。转子随传动轴一起旋转时,定子线圈内通电产生磁场,缓速器工作,转子切割定子电磁场,在转子盘内部产生旋涡状的感应电流(电涡流),并在转子上产生一个与转子转动方向相反的力矩。同时电涡流在具有一定电阻的转子盘内流动,产生热效应,使转子发热。转子盘上设有叶片,其产生的风力可将热量迅速吹散。通过以上过程,车辆行驶的动能即通过感应电流转化为热能。

1.定子2.固定支架3.转子4、6.传动轴5.机架

2. 优越性

(1)安全性

采用电涡流缓速器进行制动,可使车轮制动器温升大为降低,确保车轮制动器处于良好工作状态,进而缓解车辆跑偏、制动失灵和爆胎等安全隐患。电涡流缓速器是一个相对独立、反应灵敏的辅助制动系统,其转子与传动轴紧固在一起,能按驾驶员的意愿提供制动力矩,因而它的性能优于发动机排气制动。电涡流缓速器采用电流直接驱动,无中间环节,其操纵响应时间仅40ms,比液力缓速器响应时间快20倍。

(2)经济性

由于电涡流缓速器的定子和转子之间没有接触,不存在磨损,因而故障率极低。平时除了做好例行检查、保持清洁以外,其他维护工作量很少,所以维护费用极低。电涡流缓速器能够承担车辆部分制动力矩,因而能够延长车轮制动器的使用寿命,降低用于车辆制动系统的维修费用,提高经济效益。据统计,安装电涡流缓速器的车辆,其车轮制动器寿命比不安装电涡流缓速器的车辆延长4～7倍,轮胎寿命延长20%。

(3)环保性

采用制动片进行制动时,产生的粉尘会对环境产生较大污染,且制动时会发出尖锐噪声。采用电涡流缓速器进行制动,则不会出现上述问题。

2. 安装

电涡流缓速器的安装分为安装机械部件和控制模块2部分。

(1)安装机械部件

电涡流缓速器的机械部件通常有4种安装方式:一是安装在传动轴上,二是安装在前置变速器上,三是安装在后置变速器上,四是安装在后驱动桥上。以上4种安装方式的缓速器,其结构略有不同,本文仅以安装在传动轴上的缓速器为例进行介绍。

在传动轴上安装缓速器如图2所示,其可分为4个步骤:一是用螺栓将缓速器左、右支架组件固定到缓速器本体上;二是用螺栓将缓速器支架与缓行器安装板连接到一起;三是用吊装设备将已组装完毕的缓速器总成吊到机架上,并加以固定;四是用螺栓将传动轴与缓速器的法兰盘连接起来。

(2)安装控制模块

某车辆电涡流缓速器控制模块接线如图3所示。其缓速器控制模块主要由缓速器控制单元1、继电器2、工作指示面板3、气压开关4、手动开关5、缓速器线束6等组成。安装控制模块时,可以根据其组成,按照控制单元、继电器、工作指示面板、气压开关、手动开关和线束的顺序,依次进行安装。

3. 调试

调试前要进行全面的检查,然后进行静态通电检测及行车路试。

(1)安装检查

检查内容包括:检查所有零部件是否按要求安装。检查所有线束连接是否正确无误,接线端子接触是否良好、固定是否牢靠。检查所有车辆相对运动部分线束是否留有余量。对于安装在后桥的缓速器,与缓速器定子连接的线束要留有150～200mm的余量;对于安装在变速器上的缓速器,与缓速器定子连接的线束要留有80～100mm的余量。

(2)静态通电测试

静态通电测试的目的主要是检测各电气部件工作是否正常,线束连接是否正确。静态通电测试应在车辆静止的状态下进行,且必须屏蔽车速信号。

(3)路试

路试前,应先检查气压开关及各气管连接处,确保无漏气现象。路试要按如下步骤进行:

第一步:将点火开关置于ON挡,以将面板指示灯的电源指示灯点亮。

第二步:启动发动机,操纵车辆起步行驶,当车辆达到一定车速(约2～10km/h,具体数值和底盘参数有关,下同)时,工作指示面板的准备工作灯点亮,缓速器处于待命状态。

第三步:在车速达到一定速度后,准备工作灯点亮,轻踩制动踏板,面板指示灯的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ挡工作灯依次点亮,缓速器开始工作,车速有明显下降。松开制动踏板,工作灯熄灭,缓速器停止工作。

第四步:车速达到一定速度后,准备工作灯点亮。轻踩制动踏板,面板指示灯的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ挡工作灯依次点亮,缓速器开始工作,车速有明显下降。当车速降到某一值时,松开制动踏板,准备工作灯及工作灯熄灭,缓速器停止工作。

第五步:在车速达到一定速度后,准备工作灯点亮。将手动开关置于0挡时,缓速器不工作,工作灯不亮。将手动开关分别置于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ挡时,缓.速器工作,车速有明显下降,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ挡工作灯依次点亮。手动开关回复0挡时,缓速器停止工作,工作灯熄灭。

第六步:车速达到一定速度后,准备工作灯点亮。拨动手动开关,缓速器工作,车速有明显下降。当车速降到某一值时,缓速器停止工作,准备工作灯及工作灯熄灭,此时拨动手动开关,工作灯不亮,缓速器不工作。

上述测试中,无论采用何种操作方式使缓速器工作时,车辆制动灯均必须点亮。

4. 使用

在使用电涡流缓速器前,需先闭合缓速器电源总开关,再打开点火开关,将工作指示面板上的电源指示灯亮。

缓速器具有低速保护功能,踩下制动踏板缓速器不会工作。当车速超过一定值时,准备工作灯点亮,缓速器即进入工作待命状态。

当车辆需要减速时,可轻踩制动踏板或拨下手动开关。此时缓速器开始工作,工作指示灯亮,车速明显降低。踩制动踏板的力度或选择手动开关的挡位不同,缓速器工作挡位有所不同。

当车速低于某一值时(约2～10km/h),准备工作灯及工作指示灯熄灭,缓速器停止工作。此时须立即将手动开关拨回0挡。

1.控制单元2.继电器3.工作指示面板4.气压开关5.手动开关6.缓速器线束7.蓄电池8.电源总开关9.缓速器10.点火开关11.制动灯12.车速信号

5. 维护保养

为保证电涡流缓速器具有良好的使用性能和使用寿命,减少零部件的非正常损耗,必须对缓速器定期进行维护与保养。

(1)清洗

车辆在粉尘或泥泞的路面,以及冬季撒盐的道路上行使后,须定期清除转子及定子上的附着物,以保证缓速器具有良好的散热性能。转子上的污垢应使用高压喷头定期清除,定子部分的污垢,尤其是线圈和接线柱只能用低压水枪进行清理。

缓速器清洗前,必须断开缓速器电源总开关,将缓速器冷却至常温,且不得使用挥发、腐蚀性溶剂。

(2)周期润滑和检查

缓速器在装配前,已对其自身的轴承进行了润滑。缓冲器使用过程中,必须使用正确牌号的高温润滑脂,对轴承进行定期润滑。此外,还需按缓速器厂家要求的周期和项目进行检查。

电涡流缓速器 篇2

相比传统的制动装置, 电涡流缓速器主要是借助于电磁感应定律来有效实现的。通过对法拉第电磁感应原理的理解, 随着时间的发展而发生变化的磁场, 其周围可以产生漩涡的电场。当块状的金属处于变化的磁场之中时, 该金属块内的自由电子在漩涡电场的作用下极容易导致漩涡电流的产生, 也就是所谓的电涡流。

电涡流具有两种基本的效应, 分别是热效应和机械效应。一般情况下, 热效应主要应用于感应加热, 机械效应则一般情况下应用于电磁制动。因金属内存在电流, 所以金属在磁场中转动时, 会产生洛伦兹力, 该力的方向与转动方向相反, 在这个过程中就会产生相反的制动力矩从而产生制动效果。在电流通过定子的铁磁线圈时, 将会产生磁场, 转子在磁场中通过旋转对磁力线进行切割, 进而有效实现车辆的制动。与此同时, 转子中涡电流在运行过程中所产生的热量将会被散发到空气中。组成电涡流缓速器的结构主要包括执行结构以及控制部分两方面。通常来讲, 执行结构由定子总成和转子组成, 二者之间存在着一定的间隙。定子总成在驱动桥或者是变速器车架中被固定, 转子固定在传动轴上, 随传动轴保持自由转动状态[1]。控制部分包括手柄开关、继电器盒及装有电脑模块的控制单元、集成线束等组成。

2 电涡流缓速器的控制方法及如何正确使用电涡流缓速器

通常来讲, 手控、混合控制、脚控以及ABS联合控制是缓速器最为常见也是最为主要的控制方式。

2.1 手控方式:

手控开关一般安装在方向盘的下部, 操作执行者可以对开关手柄加以扳动来有效实现对缓速器的控制。

2.2 脚控方式:

脚控方式主要分为压力感应以及位置感应两种, 一般情况下, 压力感应由于其便捷性最为常见和常用。驾驶员用脚踩下制动踏板, 储气筒内的压缩空气可以借助气制动控制器进入制动管路, 与之连通的制动管路中的压力开关内部的气压也随之提高。而这时安装在压力开关总成上的四个压力开关内部的电气燃点在气压作用下就会逐步被导通, 其控制电路则启动缓速器, 来有效对速度加以控制。

2.3 混合控制方式:

混合控制方式, 一般情况下主要应用于行驶在山区的车辆, 这些车辆行进中经常会遇到连续下坡的情况。当所遇到的坡道相对较缓时, 手控开关处于适当的位置, 借助于缓速器对车速以控制, 有效降低车轮制动器的工作强度。避免制动器因长时间工作发热, 从而引起车辆制动效果变差甚至失效情况的发生, 保证了车辆行驶的安全性。

2.4 ABS联合控制:

车辆中装有ABS (车轮防抱死装置) 的车辆, 生产该设置的厂家则会配备相应的缓速器ABS控制接口。该接口可以有效对手控开关及制动踏板等控制部件的信号进行综合处理, 控制缓速器处于较为合适的工作状态。

3 对电涡流缓速器的正确使用

3.1 通常来讲, 最为常见的方式就是手控方式, 手控方式的使用可以有效降低车轮制动器的负荷, 有效避免车轮制动器的过热现象, 进而有效保障其处于良好的工作状态。

3.2 当车辆行驶在积雪、泥泞的路段时, 由于泥雪等附着物的干扰, 车轮对地面的附着力得到极大的降低。因此, 在使用控制手柄时, 注意不要升档太快, 避免缓速器用力过大导致的后轮打滑现象。

3.3 当车辆行驶在山区或者是遇到长距离的下坡时, 要尽量避免缓速器的手控开关在最高档位, 这主要是为了避免缓速器过热而使得线圈被烧坏。当遇到急转弯或者是较陡的路面, 可以对刹车进行交替使用, 有效对车速加以控制。

3.4 当停车时, 倘若手控开关并没有回到零位, 这时候就应该及时将其恢复到零位, 避免不必要的电能消耗导致缓速器过热。

3.5 当缓速器停止使用时, 仪表板上的缓速器的工作指示灯应该熄灭, 倘若该指示灯持续被点亮, 应该注重对其故障的排查。

3.6 车辆停止使用时必须切断电源总开关。

4 电涡流缓速器的优越性探究

4.1 安全性。

能够承担汽车运行中绝大部分制动负荷, 降低制动器温度。在宽的转速范围内提供强劲的制动力矩, 低速性能好, 10KM/H开始提供, 20KM/H可达到最大力矩。反应灵敏, 没有中间环节, 响应时间40毫秒, 比液力缓速器快20倍。

4.2 经济性。

缓速器是一种通过提供制动力来降低或者限制车速的辅助刹车系统。辅助刹车系统可以承担大部分的负荷, 这就有效降低客车制动的使用次数以及时间, 间接的避免了在行车制动过程中制动所引起的热衰退以及制动发热等等, 降低制动器温度。电涡流缓速器的定子和转子之间并没有进行直接的接触, 因此二者之间不存在磨损的情况, 故而其故障发生的概率相对较低。它可以承担制动器的中的大部分负荷, 对制动器的使用寿命加以延长, 进而进一步降低和减少其维修费用。可使制动器延长四倍寿命, 因而能够最大程度地降低和减少维修费用。当电涡流缓速器发生故障时, 系统会自动切断缓速器的工作, 而这对于车辆的正常运行没有干扰和影响作用。

4.3 环保性和舒适性。

传统的制动系统在其使用的过程中制动片在摩擦过程中极容易产生粉尘等杂物, 在这些粉尘中, 含有遇到高温作用极容易发生变异的有害物质, 甚至可能会产生致癌物质。对制动器的反复维修, 将会产生诸多的维修废弃物, 这就会间接的对环境造成污染。

现今电涡流缓速器的产品大多为智能化控制, 缓速器可以自动工作, 并不需要司机的干扰和人为控制。这就极大地降低了劳动力的投入, 减轻了驾驶员的疲惫感。此外, 电涡流缓速器大多采用了无级制动, 这就更好地保障了车辆在行驶过程中的舒适性, 更好地为乘客提供乘车环境[2]。

5 电涡流缓速器在我国大客车应用中的局限性

5.1 起步较晚

电涡缓速器的出现和研发是在电磁理论的基础上进一步发展和完善起来的。在欧洲国家, 缓速器应用在客车中大概有三十年左右的发展时间。现电涡流缓速器已广泛应用于大客车中, 而且其技术日趋成熟, 该产品的更新换代速度也逐步加快。就我国而言, 电涡流缓速器在我国的起步相对较晚, 而且大多只有一些较为高档的汽车才会安装缓速器, 而且缓速器大多为进口产品, 我国对它的应用和研发相对较少。

5.2 安装并不普遍

电涡流缓速器有效解决了制动器的工作负荷较大的问题, 因此减轻了制动器磨损, 进而有效减少了磨损故障所导致的一系列庞大的制动器维修费用问题。综合我国的实际国情来看, 长期在山区行驶的客车, 其摩擦片的使用寿命一般情况下只有五千到八千左右, 有的甚至寿命达不到五千。缓速器的使用, 使得客车在下坡路时, 因为减速所消耗的百分之九十左右的能量被电涡流缓速器进一步吸收和使用。当客车在城市中使用时, 由于城市公交事业的发展和完善, 站牌等设备日趋健全, 客车在行驶过程中频繁的刹车和起步, 极大地增加了制动器的负荷量。针对这种情况, 可以使客车的行车制动系统每次起作用前先自动启动电涡流缓速器。诸多经验和实践显示, 电涡流缓速器在客车中的应用有效解决了制动负荷较大的问题, 此外还可以提供汽车减速所需要的百分之八十五左右的制动能力, 有效保障了客车的制动安全, 延长了制动器的使用寿命[3,4]。

6 结语

电涡流缓速器是一种较为先进和高效的汽车制动辅助装置, 又被称为“电刹”, 是现阶段最为流行和常见的第三制动系统。电涡流缓速器在客车应用中的重要性不言而喻, 不仅在国际范围得到了普遍认可, 在我国也逐步得到相关负责部门的高度重视, 势必会拥有更加广阔的发展空间[5]。笔者衷心希望, 以上关于对我国电涡流缓速器的一系列的内容和基本知识的探究和分析, 能够被相关负责人合理的吸收和采纳, 进而在立足于我国实际国请的基础之上, 进一步加快对我国电涡流缓速器的研究和分析, 最终有效促进我国客车行业的健康发展。

参考文献

[1]尚峰斌, 孟娜.电涡流缓速器的工作原理及控制方式[J].汽车实用技术, 2013 (5) :46-48.

[2]郭战涛.电涡流缓速器在车辆上的应用[J].工程机械与维修, 2013 (8) :214-215.

[3]陈定中.电涡流缓速器在公交车上的应用[J].城市公共交通, 2012 (10) :16-17.

[4]王素娟.电涡流缓速器使用维护与故障排除[J].城市公共交通, 2013 (1) :24-25.

电涡流缓速器 篇3

利用缓速器作为辅助制动, 可使质量较大的客车、货车平稳减速, 避免上述情况发生。我国最常用的辅助制动装置是电涡流缓速器与液力缓速器, 而电涡流缓速器由于有诸多优点正越来越广泛使用。但因种种原因, 许多在用客车、货车在出厂时没安装, 需要加装。

一、缓速器的作用

1.在车辆主制动系统工作前, 承担汽车的80%左右制动能量, 其余20%左右的制动能量由车辆主制动系统承担;减轻了车轮制动器的负荷, 减少了制动碲片、摩擦块的磨损量和制动系的维修成本, 提高了汽车的使用经济性。

2.缓解由于制动器调整不当和磨损不均匀所造成的制动跑偏问题;与行车制动系联合使用, 改善制动性能, 提高行车的安全性。

3.缓速器制动柔顺、平稳, 不会突然抱死, 提高了乘坐的舒适性。

4.消除和减少由摩擦式制动器所产生的噪声和粉尘。

5.减少因制动过频或制动时间过长而产生的轮毂和轮辋温度过高和由此引发的爆胎现象, 可很有效的延长轮胎的使用寿命。

二、电涡流缓速器结构

电涡流缓速器一般由机械装置和电控装置两部分组成。主要包括定子和转子总成、信号传感器、驱动控制器和指示灯等组成。如图1所示。

1.半截传动轴 2.转子 3.转子连接环 4.定子总成 5.速度传感器 6.定子连接环 7.后桥

1.机械部分

机械部分由定子、转子和固定支架等组成。8个高导磁材料的磁极安装在定子上, 沿圆周均布, 磁极上绕有励磁线圈, 相对的2个磁极串联成一对磁极, 相邻2个磁极的N极、S极极性相间。这样, 形成了4对N极、S极相间隔的磁极。转子有内、外转盘, 两者成刚性整体, 用导磁性能良好的铁磁材料制造。装配后, 内转盘在定子的内侧, 外转盘在定子的外侧。转子用连接法兰连接在传动轴的凸缘上, 随轴一起转动。固定支架用来固定缓速器的定子, 安装在主减速器壳或变速器壳输出轴一侧。转子与定子之间有个较小的空隙, 这一空隙对制动转矩的影响很大。空隙既要满足最佳电磁参数的需要, 又要能保证转子在规定的偏心误差内自由转动。

2.电控部分

电控部分主要包含信号传感器和驱动控制器。

(1) 信号传感器。

信号传感器包括车速信号传感器和制动气压传感器, 其作用是采集相关信号, 并以电信号方式传输给驱动控制器。

① 车速信号传感器 。

车速信号传感器安装在缓速器上, 感应并采集车速变化信号。该信号用来控制电涡流缓速器系统是否进入制动待命状态。在驱动控制器作用下, 当车速>5 km/h时, 系统便进入制动待命状态;而当车速在0～5 km/h时, 系统则退出制动待命状态, 对司机的制动操作不响应。因为车辆在低于5 km/h的速度下或处在停车状态时, 无需辅助制动, 这样能避免因司机踩住制动踏板缓速器继续通电引起励磁线圈被烧损。

②制动气压传感器。

制动气压传感器是一种线性传感器, 安装在制动总泵的控制管路上。它发出的信号能反映制动气压的线性变化, 由驱动控制器控制缓速器励磁电流随制动气压作相应的变化。

(2) 驱动控制器。

驱动控制器包括中央控制模块和励磁线圈功率驱动模块。它处理控制信号、车速信号及制动气压信号后, 自动控制并调节励磁电流的大小, 使电涡流缓速器的制动转矩随车辆制动强度的需要而变化。

三、电涡流缓速器工作原理

电涡流缓速器是利用电磁学原理把汽车行驶的动能转化为热能散发掉, 从而实现减速和制动作用的装置。工作原理如图2所示。

当缓速器的线圈绕组通以直流电流时, 各线圈绕组就会产生磁场, 励磁铁芯使磁场进一步加强。相邻两线圈的极性设置成反相。缓速器的转鼓在转动时切割磁力线, 在转鼓内表面产生涡电流;涡电流产生后, 磁场就会对载流的转鼓产生力的作用, 阻止转鼓转动, 即产生制动力。转鼓内产生的涡电流以热能的形式通过鼓上的散热片耗散到空气中。电涡流缓速器不断地将汽车的动能转化为转鼓中的涡电流, 又将涡电流转化成热能, 达到消耗汽车运动能磁场及涡电流的产生量的目的。当线圈中的电流被切断后, 因为形不成电磁铁作用, 缓速器便不再产生制动转矩。

因此, 电涡流缓速器在执行工作时时间上没有滞后性, 可以无级调节线圈中的电流来改变转矩的大小, 在开始工作时, 也没有冲击和噪声。

四、电涡流缓速器加装方法

1.电涡流缓速器的加装方式

电涡流缓速器在汽车上的安装位置和形式主要为中央减速安装方式, 即电涡流缓速器安装在车桥的中部, 以控制整个车桥的制动减速。由电涡流缓速器产生的制动力矩先作用在传动轴上, 再分配给左右两侧的驱动轮, 从而使整车减速。即使当两侧驱动轮得到的制动力矩有所差异时, 因为它们只承受部分制动力矩, 占有整个制动力矩的很少部分, 因此仍能有效防止制动跑偏的出现。这种安装方式又分三种, 即安装在变速器输出轴端、传动轴之间或主减速器输入端三个部位。

图3所示为安装在变速器壳体后端的方式。用这种加装方式时, 为了保证有足够的连接强度, 变速器壳体需要配套加工。

这种加装方式适用于发动机后置、后驱动的大客车以及发动机前置、前驱动的大客车、货车。

图5所示为安装在主减速器输入端的方式。适用于发动机后置、后驱动的大客车及半挂车非驱动桥, 特别适用于大型城市公交客车。由于该安装方式的缓速器属于非悬挂质量部分, 因此, 该方式与前两种相比在平顺性方面要差一点。

2.电涡流缓速器加装步骤及注意事项

以纽曼NMEF17/19缓速器在綦江ZF S 6-90变速箱后盖上安装为例, 介绍缓速器的安装过程 (在其它变速箱上的安装, 除定子支架略有不同外, 其它过程完全相同) 。

电涡流缓速器安装如图6所示。

1.变速箱端盖和凸缘 (原车上) 2.固定圆支架3.六角头螺栓M22×1.5×56四只 (10.9级) 、弹簧垫圈22四只4.前转子总成 (包括前转子NMEF17/19-1010、转子调整垫片、连按法兰NMEF17/19-9145、双头螺柱M12、弹簧垫圈12 ) 5.六角头螺栓M16×1.5×30、弹簧垫圈16 6.传动轴 (原车上) 7.双头螺柱M16×1.5×56, 螺母M16×1.5、弹簧垫圈16 8.定子调整垫片 (厚2.0 mm, 1.0 mm, 0.5 mm) 9.定子总成10、11.六角头螺栓M14×1.5×60、弹簧垫圈14;垫12.后转子NMEF17/19-1011 13.六角头螺母M12×1.5, M10, 弹簧垫圈12, 10 14.辅助支架15.六角头螺栓M14×45 (10.9级) 、螺母M14、弹簧垫圈14、平垫圈14 16.缓冲橡胶垫17.六角头螺栓M12×35 (8.8级) 、弹簧垫圈12;

说明:安装前, 拆掉原车电源, 并用高度尺测量变速箱体端面与变速箱凸缘端面之间的距离, 应为193 mm。用百分表测量变速箱凸缘的轴向跳动量应小于0.1 mm径向跳动量应小于0.05 mm, 变速箱凸缘端面的平面跳动量应小于0.1 mm。如不符合要求则换装符合要求的变速箱凸缘。

(1) 支架与变速箱的连接。如图7所示。

①确认安装支架与变速箱后盖的各连接尺寸相符;②将定子安装支架安装在变速箱的后盖上, 保证螺栓的拧紧扭矩符合规定要求 (300 N·m, 螺栓连接前涂螺纹防松胶) 。

(2) 缓速器的预安装。如图8所示。

(1) 确认连接法兰能与变速箱输出法兰及传动轴的连接法兰相匹配; (2) 将缓速器前后转子、随产品发送的调整垫与法兰相连, 拧紧螺栓 (前转子侧30 N·m, 后转子侧82 N·m) , 测量两转子内平面间的距离并与定子厚度实测的尺寸相比较, 两者的差值应为2.8±0.2 mm;

(2) 缓速器的预安装。如图8所示。

①确认连接法兰能与变速箱输出法兰及传动轴的连接法兰相匹配; ②将缓速器前后转子、随产品发送的调整垫与法兰相连, 拧紧螺栓 (前转子侧30 N·m, 后转子侧82 N·m) , 测量两转子内平面间的距离并与定子厚度实测的尺寸相比较, 两者的差值应为2.8±0.2 mm; (如果差值不对, 则需增加或减少转子调整垫片以保证差值) ; ③准备工作, 对缓速器安装范围内的所有气管和电缆进行绝缘, 并安装隔热罩。

(3) 前转子和连接法兰的安装。 ①把前转子和连接法兰安装在变速箱输出端的法兰上; (前转子与连接法兰在出厂前已连接合格) ; ②拧紧缓速器连接法兰与变速箱输出端法兰的连接螺钉 (拧紧扭矩为270 N·m, 螺栓连接前涂螺纹防松胶) 。 ③拧紧传动轴的连接螺栓 (拧紧扭矩为270 N·m, 螺栓连接前涂螺纹防松胶) ;

(4) 缓速器定子的安装

①将定子安装在支架上, 并在定子与支架的连接四处预置调整垫片 (1.5 mm) ; ②按规定的扭矩将8处定子安装螺栓紧固到位 (拧紧扭矩90 N·m ) 。

(5) 转子的安装。 ①将选定的转子调整垫片装在连接法兰上; ②将后转子安装在连接法兰上; (如图9所示, 注意后转子与连接法兰相对位置标示) ; ③按规定的扭矩将转子拧紧螺母紧固到位, 用塞尺测量多处前后转子与定子之间的间隙 (气隙A、B) (转子拧紧螺母紧固扭矩90 N·m, 标准间隙1.4±0.1 mm) ; ④如果气隙A、B各处间隙均匀, 并能满足公差要求, 则此项安装结束;否则松开连接螺钉, 根据测量的间隙调整四处垫片的厚度并再次拧紧定子连接螺栓; ⑤复查各处气隙A、B的数值是否达到公差要求, 如不能满足要求, 则重复 (4) 的过程, 直至各处间隙均达到公差要求为止。

(6) 缓速器隔热罩及吊架 (或辅助支撑) 的安装。 在变速箱等整体安装在大梁上后, 在指定的位置安装隔热罩和吊架 (或辅助支撑) 。

(7) 电涡流缓速器控制安装实物图。如图10所示。

1.电涡流缓速器 2.继电器 3.手控开关 4.控制单元 5.主线束 6.接地线 7.继电器电源 8.手控开关电源 9.操作及功能指示灯线束 10.继电器接地线 11.脚控制器 12.脚控制电源 13.原制动踏板 14.气压开关

(8) 安装前注意事项。 ①安装前断开安装车辆总电源, 确保车内所有用电设备断开电源。如带电源安装或进行焊接可能会损坏电器部件。②确保驻车安全, 车轮用枕木塞固牢靠。

五、散热措施

1.常用冷却方式及缺点

现在常用的冷却方式是自然风冷和强制风冷。自然风冷利用前进时迎面吹来的自然风冷却;强制风冷装有专用的冷却风扇, 向物体吹风散热。结构简单, 节约成本, 但冷却效果较差。

现在几乎所有的电涡流缓速器都是利用自然风冷式进行散热, 但电涡流缓速器在工作时会把发动机的动力转化为大量的热能消耗掉, 而长时间的高温工作会使电涡流缓速器工作状况下降, 寿命大大缩减。因此, 散热困难是电涡流缓速器使用的难题。

2.热管结构与工作原理

热管技术是利用热的传导原理与制冷介质的快速热传递性质, 通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外。

(1) 热管基本结构。

热管由管壳、管芯 ( 或称吸液管) 和工作液体三部分组成, 如图11所示。管壳由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器, 内部空腔具有较高的原始真空度;管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成, 它一般为金属丝网或烧结的金属粉末, 也可采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构;工作液体是热管工作时传递热量的工作介质, 一般有水、氨、甲醇、丙酮等, 其中水的工作范围为45～210 ℃。工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态, 它是在热管处于真空状态下被充入, 并填满毛细材料中的微孔, 然后予以密封。

(2) 工作原理。

热管工作时利用了三种物理学原理: ①在真空状态下, 液体的沸点降低。 ②同种物质的汽化潜热比显热高得多。 ③多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。

热管散热的基本原理如图12所示, 外层是一个密封的管体, 沿管壁内侧铺设一定之毛细结构, 毛细结构吸附一定量的工质, 而热管中央通道充满工质的饱和蒸汽。当热管的一端与热源连结时, 热量通过管壁传给毛细结构中的工质, 液体表面温度升高使其自由表面上的蒸发加强, 故加热端又称蒸发区;热管另一端与冷源结合或处于自然排热状态。蒸汽因蒸发区与冷凝区压差影响由蒸发区流到冷凝区凝结为液态, 放出汽化潜热, 通过管壁传出去。如果中间的管壁绝热条件良好, 可同时忽略管壁导热影响, 则蒸汽区得到的热量将全部交给冷凝区。

因此, 维持热管工质不断循环流动是热管工作的基本条件, 毛细抽吸压力必须与工质液体压强和蒸气压强相平衡。其中毛细压差与其结构有关, 而液体压强和蒸气压强则与毛细结构、工质特性有关之外, 还随工质流量增大而加大。当热管的热负荷加大时, 热管的质量流量也加大, 当热流量增大到某一程度, 毛细压差便不足以克服流动阻力, 于是便发生流体中断。此时, 热管到达毛细工作能力的极限。在此之前热管能承受之最大热负荷称为最大热传量。

热管除传热外, 与固体导热体相比, 它的热阻值很小, 这是热管的主要优点。对于固体导热体而言, 热阻随长度的增加而增大, 但热管的热阻取决于穿过蒸发区及冷凝区管壁及毛细结构厚度方向的热阻, 因而热阻与长度无关。

热管有很小的热阻, 能在小温差下有很大的传热能力, 热管有相当大的均温能力。同时热管重量轻、热容量小、不消耗额外功率、工作可靠, 因而成为良好的导热器材。

将热管内抽成1.3×10-4 Pa的负压后再充以适量的工作液体, 使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后再加以密封。管的一端为蒸发段 (加热段) , 另一端为冷凝段 (冷却段) , 根据需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化, 蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体, 液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环, 热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中, 包含了以下六个相互关联的主要过程:

①热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到 (液、汽) 分界面。 ②液体在蒸发段内的 (液、汽) 分界面上蒸发。 ③蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段。 ④蒸汽在冷凝段内的汽、液分界面上凝结。 ⑤热量从 (汽、液) 分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源。

⑥在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。

3.加装热管

热管具有高效的热传递功能, 通过对电涡流缓速器的改装, 使一端的热管连接在电涡流缓速器上, 另一端连至水箱, 或者直接暴露于空气中。这样由于热管的原理会保持两端的温度一致, 从而使电涡流缓速器的温度大大降低。

加装热管后示意图如图13所示, 电涡流缓速器有转子和定子。通过测量得出定子上温度较高的多块区域。热管是可塑性很高的, 在这些区域安上热管, 另一端引至空气中或水箱中。

4.散热效果

利用热管散热不仅没有噪音, 而且还可将发热部件集中起来密封, 并可将散热部分移到外部远离热源, 能防尘、防潮、防爆, 提高电器设备的安全可靠性;传热系数高;传热温差大;在传递相同热量的情况下, 需要较少的传热面积, 因而具有良好的紧凑性;热管元件具有良好的可换性, 便于维护和检修;传热面积和热管数量容易增减, 因而具有较大的伸缩性;冷热两流体的换热, 全部由热管外部换热, 表面上的积灰比较容易清洗;相容性良好的热管, 还能确保传热性能稳定以及较长的使用寿命。

六、结束语

长期以来, 我国国产车辆特别是载重、客运车辆, 由于制动系统功能不足, 一直被高事故、高维修、高使用成本所困扰。电涡流缓速器作为辅助制动装置, 虽然加装时需要一定的费用, 但使用中能节省开支, 一般一年甚至更短的时间内就能收回成本。可以相信, 随着人们对车用缓速器作用的进一步认识和缓速器的进一步改进, 它的应用和发展将成为必然趋势。

参考文献

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电涡流缓速器 篇4

缓速器最早应用于铁路车辆,第一台公路车用缓速器于1968年诞生,当前欧、美、日等发达国家汽车界已经把缓速器作为标准件应用于多种级别的客车和重型、中型汽车。现有的电涡流缓速器著名国际厂商有:法国的泰乐玛、西班牙的弗瑞纳萨和克莱姆、德国的克罗伏特、以及日本的东京部品工业和五十铃等。车用电涡流缓速器的应用目前在国内也越来越受到了各方面的重视。国内缓速器的研究开发刚刚开始,主要问题是缺乏系统、完整、准确的设计和分析手段,难以实现电涡流缓速器的自主开发。因此国产客车上装用的大多还是进口缓速器[1]。本文采用Simulink软件,建立车用电涡流缓速器的仿真模型,对使用电涡流缓速器的整车减速过程的性能进行分析。为电涡流缓速器的设计与制造提供了重要依据[2,3]。

1 电涡流缓速器的结构及工作原理

电涡流缓速器的机械结构如图1所示,主要有转子盘、定子、固定架等装置组成,励磁线圈缠绕在八个铁芯上构成定子呈圆周分布,圆周上相对两个励磁线圈串联或并联成一组磁极,并且相邻两个磁极均为N、S相间布置,形成相互独立的4组磁极。转子由转子盘和转子轴构成,因为转子盘是产生电涡流的装置,工作时在此产生热量,为了及时把热量散发掉,通常在转子盘上铸有散热叶片和通风气道。定子通过固定架安装在车架上,转子则通过万向节与传动轴联接,并随传动轴一起转动。

电涡流缓速器工作原理是:工作时向励磁线圈通直流电流,在定子、气隙、转子盘之间构成回路,当转子盘运动时会引起磁通量变化,从而在转子盘上产生电涡流,旋转的转子盘上的电流回路切割定子产生的磁力线而产生电磁力,其方向与转子旋转的方向相反,电磁力的合力沿转子盘周向形成一个与转子旋转方向相反的制动力矩,同时涡流在具有一定电阻的转子盘内部流动时,会产生热效应而导致转子盘发热,这样车辆行驶的动能就通过感应电流转化为热能,并通过转子盘将热量散发掉,从而实现汽车的减速和缓速[1]。

2 采用缓速器制动时汽车的数学模型

汽车在平路上行驶时,其力学方程式为

式中,Fj为汽车减速阻力,N;Ff为汽车的滚动阻力,N;Fw为空气阻力,N;Fr为电涡流缓速器作用在驱动轮上的制动力,N;

式中,µ为车轮与地面之间的附着系数,它是轮胎滑移率的函数;ρ为空气的密度,kg/m2;CD为空气阻力系数;A为汽车横截面面积,m2;V1为汽车车速,m/s;V2为汽车轮速,m/s;Tw为电涡流缓速器产生的制动力,N/m;i0为主减速器传动比;η为传动系的机械效率[4,5]。

货车制动时的受力分析可简化为单轮受力模型,如图2所示。其运动方程如下:

式中,I为车轮的转动惯量,kg·m2;β为车轮的角加速度,rad/s2;Ff为汽车的滚动阻力,N;R为车轮的半径,m;Tb为作用在车轮上的制动力矩,N.m;主减速器的传动比为i0则

式中,Sp为磁轭的面积,m2;∆h为等效透入深度,m;B为磁感应强度,T;ρ为转子盘材料电阻率,Ω·m。ωn为转子盘旋转角速度,rad/s;ω为磁场变化角速度,rad/s。

3 仿真模型的建立及仿真结果

运用simulink建立模型,对装用缓速器的汽车减速能力进行仿真和分析。选用国内HQG1105GD2J型号的载货汽车作为仿真模型,整车满载质量10吨,主减速器的传动比i0=5.833,轮胎滚动半径r=0.5m。最大车速Vmax=80km/h。

设计电涡流缓速器的结构参数时,首先确定其工作时的制动功率P小于等于汽车在最大车速Vmax时的极限制动功率Pmax。汽车的最大车速时的极限制动功率由汽车的最大附着力Fϕ和车速Vmax确定:

式中,G为汽车重力,N;L为汽车轴距,m;a为汽车质心至前轴中心线的距离,m;hg为汽车质心高度,m;g为重力加速度,m/s2;为汽车减速度,m/s2;ϕ为路面附着系数[6]。

根据上式确定缓速器其最大制动力矩为1172N·m,安装的货车上,选取货车初速度在17m/s情况下减速到8m/s,考察其减速能力。

根据以上采用电涡流缓速器的汽车的数学模型,可以建立车辆制动力、滑移率、减速度、速度之间关系式,利用Simulink建立模型可得到它们的关系。如图3所示是其仿真模型。

根据图3建立的仿真模型,假设货车的质量都作用在唯一的车轮上,地面附着系数与车轮相对滑移率之间的关系用一个二维图表来表示,如表1所示。simulink根据输入模块的滑移率值以及预先设定的对应关系输出相应的附着系数[6]。模型中的其他数据按前面所给的参数确定。在模型中通过改变制动力矩的输入值,得到电涡流缓速器在四种档位情况下的仿真结果。

对仿真结果进行分析,图4a是四种档位情况下速度与时间的关系曲线,可以看出当档位高时,减速时间短。也即如果想快速制动,就需要增加制动力;图4b是四种档位情况下车速与加速度的关系曲线,可以看到随着车速的降低加速度绝对值在下降,这是由于空气阻力和电涡流缓速器产生的制动力大小随着速度变化有关。仿真结果反映了缓速器制动的真实情况[7]。

4 结束语

仿真技术集成了当代科学技术中多种现代化顶尖手段,在科学技术领域产生着日益重要的作用。本文通过对装用电涡流缓速器的汽车制动系统的建模、仿真试验、数据分析处理。对电涡流缓速器动力学系统进行了仿真,对产品的系统仿真提供了依据。同时也展现了Simulink软件在仿真技术中的强大功能。

摘要：本文采用Simulink软件,建立车用电涡流缓速器的仿真模型,对使用电涡流缓速器的整车减速过程的性能进行分析,为电涡流缓速器的设计与制造提供了重要依据。

关键词：运动学仿真,Simulink,电涡流缓速器

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高精度电涡流位移传感器 篇5

德国米铱公司生产的电涡流位移传感器, 主要用于油膜厚度的在线精密测量。此电涡流传感器主要包括控制器 (DT3010-A, 适用于非铁磁材料的测量, 如铝材料) 和传感器探头 (U05, 0.5mm量程, 非屏蔽) 。传感器的线性度达到1.25μm, 静态分辨率达到0.025μm, 频率响应为25kHz, 可在-50～150℃的环境范围内使用, 传感器独特的温度补偿技术可以大大减小由于温升带来的测量误差。

电涡流传感器误差修正技术研究 篇6

电涡流传感器结构简单、可非接触连续测量、灵敏度较高、适应性强,因此得到了广泛的应用。电涡流传感器的精度受到材料的电阻率以及其化学成分、物理状态、特别是温度等因素的影响,因此应用电涡流传感器进行精密测量应考虑误差补偿。现有的误差补偿方法主要有硬件补偿法和软件补偿法。硬件补偿法是在传感器的信号调理电路中加入补偿模块来提升测量精度[1,2,3];软件补偿法通过先对误差数据进行建模,再根据模型从实测数据中剔除预测误差来达到补偿目的[4,5]。相对于硬件补偿而言,软件补偿具有经济高效、性价比高等优点,因此在实际应用中采用软件补偿法对电涡流传感器进行标定。

软件补偿最常用的建模方法是多元线性回归法,该法虽简单快捷,但精度提升效果有限。本文采用自回归分布滞后模型对电涡流传感器进行误差修正,大幅度提升了传感器的测量精度。通过与多元线性回归建模方法比较,论述了自回归分布滞后模型在传感器精度提升中的显著优势。

1 实验系统

笔者选用OD-900803-03-04-20-00型电涡流传感器进行实验,该传感器出厂指标如下:量程范围0.80～2.80mm;标准灵敏度2V/mm;分辨率0.5μm;测量精度10μm;工作电压24V。使用的标定测量仪器是亚微米电感测微仪(TESA ERONIC TT 80)。实验以钢为测量对象,两种仪器同步进行测量,获得电感传感器位移值与电涡流传感器的电压变化量。测量系统框图见图1。

实验以微动台为测量对象,将电涡流传感器的全量程(1000～5000mV)划分为80个等间距点。实验过程中旋动微动台,电涡流传感器每隔50mV记录一次电感传感器的位移值。电感传感器的位移值通过其自带的显示器输出,电涡流传感器的输出经电压转换器转换成相应的电压量,然后经数据采集卡采集,由计算机显示。部分实测数据如表1所示。

2 传感器自回归分布滞后建模误差修正技术适用范围分析

现行传感器电路设计中包含的非线性电路容易产生混沌现象与迟滞性,这是影响传感器测量精度的重要因素之一。根据表1所示数据分析可知,电涡流传感器输出电压在保证总体线性化的状态下(“有界”性),具有一定的非周期性误差波动(“非周期”性),且波动趋势与前面数据特征具有相关性(“敏感初条件”性),这符合混沌现象的“有界”、“非周期”和“敏感初条件”三个本质特征。混沌是局部不稳定与整体稳定的统一体,时间序列在用于混沌数据建模修正中具有较大优势。时间序列中的自回归分布滞后模型不同于多元线性回归模型,是在采用回归模型对整体稳定性建模的基础上,进行短期变化规律的精确预测。预测方法是根据预测对象过去的变化规律来预测其未来的变化, 即认为时间序列中每一时刻的数值都是事物内部状态的过去变化与外部所有因子共同作用的结果,至于影响因素的具体种类和数量以及产生机理则予以忽略,这样极大地降低了建模难度,从而使得自回归分布滞后模型相对于回归模型在中长期预测与短期预测实践中具有更高的精度。同时,数据显示,在短期非周期性误差波动中,数据电压输出值与其信号输出历史有关,具有迟滞性特征,而自回归分布滞后模型在解决此类问题时具有针对性。本文在电涡流传感器误差修正技术中采用自回归分布滞后模型进行预测补偿,有利于电涡流传感器非线性和迟滞等数据误差修正精度的提升。

3 自回归分布滞后模型

在理想情况下,系统可以达到一种均衡状态,若系统达到均衡状态,则不存在由内在因素打破这种均衡的状态。均衡可以分为两种:平稳均衡和非平稳均衡。当非平稳均衡系统受到外界干扰时,系统将无法回到均衡状态,而当平稳均衡系统偏离均衡点时,系统会在一定时期内回到均衡状态。对于单输入单输出系统而言,若输入变量xt(t=1,2,…,n)和输出变量yt平稳,则系统自然存在均衡状态。若xt和yt一直处于均衡点,则偏离均衡状态的误差εt=0。但系统会受到外界因素的影响,使得变量值相距均衡点存在一定偏差,这种偏离均衡状态的误差εt称为非均衡误差。非均衡误差中包含了外界影响因素的信息,若非均衡误差εt不为零,则在随后的一段时间里yt将受到系统作用而产生回到均衡状态的趋势,因此εt-1=f(yt-1,xt-1)存在一种误差修正机制。

如果因变量不但与自变量的本期值有关系,而且与其若干滞后值有关系,那么描述这种关系的模型称为分布滞后模型,记为

式中,εt服从正态分布;α为常数项;xt-i为自变量;βi为自变量的本期值与滞后值的系数;n为最大滞后期。

若一个或多个因变量的滞后值也作为自变量加入分布滞后模型,那么

这种模型称为自回归分布滞后模型,记为ADL(m,n,p)。其中,α0为常数项;yt-k为因变量的滞后项;m、n分别为yt-k和xj,t-i的最大滞后期;αk为因变量滞后值的系数;p为外生变量个数。

自回归分布滞后模型的输入输出必须是平稳的序列,才能使得其所描述的系统存在稳定均衡,模型才能具备误差修正机制。一个序列是否平稳,可以通过单根检验法来检验[6],对于非平稳序列,一般经过一次或两次差分即可使其平稳。以非平稳序列bt(t=1,2,…,n)为例,采用一次差分或两次差分后得平稳差分序列为

对平稳的差分序列Δt和Δ(2)t进行建模,获得模型参数后,按式(3)、式(4)中bt、Δt和Δ(2)t关系进行转化,可得到bt序列的自回归分布滞后模型。

建立自回归分布滞后模型时,通常使用AIC(akaike information criterion)信息准则和BIC(bayes information criterion)信息准则来进行最佳模型阶数选择。若某一阶数p使得模型的AIC值和BIC值最小,此时的阶数就是模型的最佳阶数。对不同阶数的ADL(m,n,p)模型,其AIC值和BIC值计算方法如下:

式中,k为内生变量个数;T为样本长度;$\widehat{\mathit{\epsilon }}$t为残差矩阵;d为外生变量个数;p为滞后阶数。

4 建模

根据实验数据建立多元线性回模型和自回归分布滞后模型。多元线性回归模型是一种利用统计方法寻求多输入单输出的模型,其通用表达式为

式中,Y为因变量观察值;β0、B为回归系数;X为自变量观察值矩阵;ε为随机误差向量。

以电涡流传感器的输出作为自变量,高精度电感传感器的输出作为应变量,采用最小二乘法估计参数,得到多元线性回归模型为

建立自回归分布滞后模型时,首先要对实验数据进行平稳性检验,通过单根检验可知,一次差分后实验数据平稳,因此实验数据经一次差分后方可用于建模;然后是确定模型的阶数,定阶准则为AIC信息准则和BIC信息准则,根据式(5)、式(6)可得AIC值和BIC值(表2)。

当模型的阶数p=2时,统计量SAIC和SBIC的值最小,因此自回归分布滞后模型定阶为2。确定阶数后就可以采用最小二乘法对模型进行参数估计,然后再把差分项还原,得到最终模型如下:

5 精度分析

模型的优劣可以通过拟合曲线直接地观察,也可以通过标准差衡量。多元线性回归模型和自回归分布滞后模型的拟合曲线如图2所示(其中,图2b为图2a中圆圈部分的放大图)。两个模型的残差如图3所示。

两个模型的标准差分别为多元线性回归模型3.3331,自回归分布滞后模型0.6245。从以上分析可得出,自回归分布滞后模型对原始数据的拟合精度要高于多元线性回归模型对原始数据的拟合精度,其标准差也要远远小于多元线性回归模型的标准差,因此在电涡流传感器标定中,自回归分布滞后模型精度比多元线性回归模型精度更高。

6 结语

自回归分布滞后模型存在一种误差修正机制,当误差为正时,说明yt相对于xt取值太大,在随后的期间里yt的值将有所回落,反之yt的值将有所上升,下一时期的yt值总是朝误差减小的方向运动,故自回归分布滞后模型在实践中对误差修正效果比较明显。本文针对电涡流传感器采用了自回归分布滞后模型给予误差修正,该法在其他传感器误差修正中具有同等效果,尤其是针对具有非线性等输出特征的混沌数据效果尤其明显。

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