自动变速器的基本原理与应用.doc

自动变速器的基本原理与应用城市公共汽车运行中起步、换挡、制动等操作频繁，对车辆最大的影响就是离合器和制动器故障率高，使用寿命短。深圳市公共交通(集团)有限公司从1996年开始使用液力自动变速箱，解决了离合器故障率高的问题，走出了成功的一步。并在如何解决制动器故障率高的问题上进行了有效的技术探索，在1998年底使用带液力缓速器的B300R自动变速箱。根据本公司3路线1999年19月的统计数字，由于使用了液力缓速器，制动器平均故障率降低了48.12，光鼓次数减少了50.41，制动片和制动鼓用量分别减少了42.04和50.78。一、汽车缓速器的种类 汽车缓速器按其工作原理通常分为发动机排气缓速、电涡流缓速和液力缓速三大类。1、发动机排气缓速对行驶中的汽车停止供给燃油，并将变速器挂入某一前进挡，汽车通过车轮和传动系带动发动机曲轴继续旋转，使发动机变成空气压缩机，消耗车辆的动能，或是在发动机怠速时一定程度关闭排气管道，使气缸压力升高；其产生的阻力矩通过传动系放大传给车轮，实现车辆的缓速。这种缓速器价格低，结构简单，不需改动汽车传动系。但对发动机有一定的不良影响，缓速能力较小。2、电涡流缓速电涡流缓速器的结构原理与发电机相似，在汽车传动轴上装置盘状金属转子，当定子组的励磁线圈有电流通过时，便产生磁场，阻止切割磁力线的转子旋转，形成制动力矩，同时，转子中产生的电涡流将汽车动能转换为热能。电涡流缓速器工作可靠，制动力矩平稳。但价格较高，需要在传动轴上有一定的布置空间。后置发动机的公共汽车传动轴部位空间较小，不好布置。3、液力缓速液力缓速器一般与液力传动变速器组合使用，以油液为工作介质，固定叶轮通过油液流动反作用于旋转叶轮的阻力矩即为制动力矩，汽车的动能由油液的阻尼作用转换为热能。液力缓速器工作可靠，结构布置容易，价格较低。根据其在变速器的不同位置，又可分为输入缓速器和输出缓速器。输入缓速器作用于变速器输入轴，制动力矩可经变速器放大，但随挡位不同而变化较大，且在变速器换挡的瞬间会中断缓速作用，不适用于城市公共汽车。输出缓速器作用于变速器输出轴，制动力矩平稳，理论上可以连续可调，容易控制，较适用于城市公共汽车。二、B300R自动变速箱缓速器结构和工作原理1、B300R自动变速箱结构(带ATD MD缓速器) B300R液力缓速器布置在变速箱输出轴一端，采用类似液力偶合器形式的双循环圆结构。一个对称结构的双面叶轮转子与变速箱输出轴固定联接，随输出轴转动。两个带叶片的导轮在转子内侧与变速箱体刚性联接，固定不转。转子与导轮的叶片方向相对，二者之间形成双循环圆空腔，其径向尺寸较小，并消除轴向力，改善轴承受力。2、液力缓速器的基本原理液力缓速器的作用与车辆的制动系联动，由变速箱的电脑控制器(ECU)调节控制。我们从其工作和控制两方面来讲述： 液力缓速器的工作原理缓速器转子随变速箱输出轴转动，而导轮不动。当缓速器内充有油时，随输出轴转动的转子作用于油液一个动量矩M1，带动油液绕轴旋转，同时，油液沿叶片运动作内循环圆旋转，甩向导轮。即油液有两个方向的运动；绕轴向的“公转”和绕径向的“自转”。油液甩向导轮时，油液的“公转”对导轮叶片产生冲击作用，将转子作用于油液的动量矩M1传递到导轮叶片上。同时，固定的导轮叶片也对油液产生一个反向作用的动量矩M2。油液流出导轮再流入转子时，同样将M2传递到转子上，形成对转子的阻力矩，阻碍转子的转动，从而实现对车辆的减速作用。由于油液在循环流动中没有受到任何其它附加外力，根据力学平衡原理，油液甩向导轮和流向转子的动量矩关系有M1=M2。转子转动的能量经油液的阻尼作用转变成热量，通过散热器散发到空气中。液力缓速器的控制原理缓速器与车辆制动系联动，在车辆制动管路上，电脑(ECU)控制线联接制动灯开关，同时安装有三个压力传感器控制(P/N)。这三个压力传感器的工作压力分别为0.15、0.3、0.5MPa。缓速器内的变速器油平时储藏在储能器中，当司机踩下制动踏板时，制动灯开关给ECU一个信号，使ECU的缓速器控制处于待命状态。在制动管路的气压达到015MPa时，压力传感器信号通过ECU传给N电磁阀使其动作，压缩空气经电磁阀进入储能器，推动活塞将储能器内的变速器油经油路6压进缓速器内，缓速器起作用。此时进入缓速器的油量较少，减速能力为最大值的1/3。制动踏板继续下踩，气压升高至03MPa时，第二个压力传感器信号指令N电磁阀，控制储能器增大供油量给缓速器，减速能力达最大值的2/3。当气压升高到05MPa以上时，第三个压力传感器信号控制进入缓速器的油量最多，减速能力达到100。车辆解除制动时，N电磁阀在ECU信号的作用下，关闭压缩空气，并排出储能器内的压缩空气 ：储能器活塞在弹簧作用下复位，油液在压差和离心力作用下流回到储能器内，缓速器转为空转状态。缓速器油温控制一般情况下，缓速器工作时，其油液经管路3和6形成回路。油量过多时，通过流量阀在管路5泄油。当大负荷工作时间长导致油温过高时，管路3的温度传感器发出信号给ECU，ECU指令H控制阀动作，使得缓速器的油液与变速器主油路接通，从而改善散热，降低油温。 三、液力缓速器的性能分析1、 在B300R自动变速器上选配的是ATD MD缓速器 ，其减速性能以台架试验所得的减速扭矩曲线图来进行描述。从曲线看出，缓速器在变速器输出轴转速200 r/min以上起作用，其扭矩随转速上升而很快增加，在转速850r/min时,扭矩达到最大值2200N.m。这种减速特性较适合城市公共汽车。城市路面较平缓，上下坡的坡度小、坡程短，车辆平均运行速度低(变速器输出轴转速较低)，可充分利用缓速器的能力。车辆从缓速器能获得的最大制动力，我们以广客GZ6111(EQ)DH空调客车为例计算。该车装备质量(m)10 600 kg，后桥速比(i)6166，轮胎滚动半径(R)05m。最大制动力Fmax如下式求得：Fmax=Mi/R=22006.166/0.5=2713ON2 700 kg根据机动车运行安全技术要求，汽车的必备制动力为装备质量的60以上。那么，该车的必备制动力F10 60060=6 360 kg。可见，车辆从缓速器能获得的最大制动力达到必备制动力的42，对于减轻车辆制动器承受的工作负荷很有利。2、ATD MD缓速器对整车制动性能的影响，我们进行了电脑模拟测试，模拟条件是车辆挂挡以一定的车速下坡运行，不用车轮制动器，仅靠发动机或缓速器的减速作用来保持车辆匀速下坡。根据坡度和车辆质量计算出车辆的减速度，测试数据曲线见图(缓速器关的数据表示仅有发动机减速作用，缓速器开的数据表示同时有发动机和缓速器的减速作用)。从数据中看出，减速器开与关的减速度比值为： 开/关=115.6，由此可见，缓速器对整车减速制动的作用同样是很明显的。 四、液力缓速器使用效果 1、为观察液力缓速器的实际使用效果，我们选取了深圳市公共交通(集团)有限公司3路线公交车辆进行对比分析。3路线有空调巴士20辆，配B300R自动变速器，有液力缓速器。普通巴士17辆，配AT545自动变速器，无液力缓速器。两种车均为广客车，车长11m，东风EQ1141G底盘。其平均运行速度为15.5 km/h。普通巴士的换片、换鼓量分别是空调巴士的1.73和2.03倍，报修频率是空调巴士的1.93倍。从这组数字可以看出，液力缓速器对于创造企业的经济效益是非常有效的。 根据3路线了解，无缓速器的车辆制动器调整周期为23天，有缓速器的车辆调整周期为45天，其调整工作量减少35以上。2、缓速器应用的经济效果，我们以上述表中数字计算每年每年材料、工时费，见下表，并进一步考察缓速器应用的经济效益。 表42 车别项目换片(轮套)换鼓(个)光鼓(个)前后前后前后 单价32605980250029000有缓速器年用量340160207087093067材料费1108495685278525230工时10280145871920工时费10200800014500870019002000合计2128417568672853393019002000无缓速器年用量572291447149165157材料费186471740211398543210工时1721463131492347工时费1720014600313001490023004700合计35847320021452855811023004700从两表数字得出： (1) 有缓速器车辆每车每年的材料、工时费为1.439元，无缓速器车辆为2.782元，差额为1. 343元。 (2) 折算每车每年回车间报修次数，有缓速器车辆为3.13次，无缓速器车辆为6.04次，差额为3次。以每次0.5天停场时间计，按照本公司1999年19月营运里程和营收的平均水平，有缓速器车辆可多收入1. 950元。(3)仅以上二项合计，有缓速器车辆每年可多收入3 293元,其价格为10 000元,按此计算是3年回收投入。3 .在实际应用中，除了很好的减速制动作用外，还有一些其它优点： 首先是减速反应时间快。ECU由制动开关给出信号，从踩制动踏板到缓速器起作用的反应时间低于05 s，基本上与车轮制动器反应时间同步。解除制动时，缓速器内的机油在压差和离心力作用下迅速排出，确保不会阻滞车辆，这样就保证了缓速器作用的最佳时效。其次是缓速制动的柔顺性。液力缓速的原理是充分利用油液对叶轮转子的反作用力矩，这种反作用力矩本质上是油液的阻尼作用 ，在受力过程中，液体的阻尼作用是连续平顺的 ，而且缓速力矩作用于变速器输出轴，不会造成制动器抱死。所以，车辆在行车制动时，制