重型车湿式桥生散热机理与热平衡分析优化

发布时间：2020-07-14 10:16

【摘要】：重型车(Heavy Vehicle,HV)湿式桥(Wet Axle,WA)具有很强的抵抗污染能力,使得车辆能适应各种不同行驶环境,内置湿式多片制动器则表现出较好的制动稳定性和可靠性,轮边减速可使车辆结构进一步轻量化,并能提高车辆的通过性。因此具有诸多优点的湿式桥被越来越多的重型车、越野车及军用车辆所采用。但因其三段封闭,结构紧凑,制动器内置,横跨左右车轮等特点导致了湿式桥内热分布问题突出,又因为生产效率要求、作业场地大小、驾驶员驾驶习惯等因素的影响,造成了湿式轮毂内热变化剧烈。重型车湿式桥在工作过程中存在齿轮啮合损耗、轴承损耗、搅油损耗、湿式摩擦偶件带排损耗、制动摩擦损耗等多种能量损耗,其传动生热较大,特别是车辆循环作业工况下,制动摩擦生热量巨大。较低的油温会降低传动效率,较高油温降低传动效率的同时,还会加速油品劣化,降低制动性能以及导致轮毂密封失效等问题的发生。因此,对重型车湿式桥的热分析并保证桥内适合的热分布和变化,对提高车辆的经济性、制动性、可靠性以及作业效率具有重要意义。本文结合柳工轮式装载机湿式桥的开发,针对轮式装载机湿式桥的结构特点,研究轮式装载机制动能量以及湿式桥内传动能量损耗,对不同工况下的湿式桥温升及温度分布展开研究,探讨了影响湿式桥内生热与散热的因素,提出了平衡和优化湿式桥内部热分布的方法,为重型车湿式桥的设计优化提供理论参考。论文的主要内容如下:(1)湿式驱动桥制动能量影响因素理论分析与试验研究。针对轮式装载机作业方式、制动状态以及湿式桥结构特性进行剖析,建立制动动力学模型,分析对比两类作业状态下的制动能量分配、影响因素及变化趋势。然后分解循环作业阶段,考虑客观作业场地、主观驾驶习惯以及企业工作效率要求,分析车辆整备重量、初始制动车速及行进方向等方面影响,对制动能量变化进行试验研究。(2)湿式桥系统热源键合图理论建模与不同类型能量损耗分析。建立适合重型车的不同能量损耗类型的数学模型。考虑多种因素影响下的湿式桥系统能量流耗差异,利用键合图理论建立湿式桥传动系统键合图模型及其系统状态方程,最终确定了重型车辆湿式桥传动系统热源模型。根据系统热源模型对车辆循环作业四个不同阶段进行湿式桥能量损耗类型、分布及变化分析,并对不同能量损耗影响因素进行分析。为下一步湿式桥热分析及优化奠定基础。(3)湿式轮毂热流固耦合分析。针对湿式轮毂严重的热积聚现象,建立了包括数值模型与物理模型的湿式轮毂热流场分析模型。对湿式轮毂整体、湿式制动器钢片以及摩擦片沟槽冷却润滑油进行了热分析。最后,对湿式轮毂内与摩擦片沟槽内两处冷却润滑油进行流场分析。从生热和散热两个方面找到重型车湿式桥热积聚现象的原因,这为解释重型车辆高效作业下湿式轮毂内冷却油油品劣化加快提供依据,也为湿式轮毂设计优化提供参考。(4)重型车湿式桥散热机理与热平衡优化分析。对湿式桥零部件热分配、热传导、热对流及热辐射等热传递特性进行研究,考虑零部件间的关系后设定传热零部件为节点,分析并确定不同节点热阻,根据热源和节点热传递关系利用热网格法建立了湿式桥的热分析模型,对重型车湿式桥的温升过程进行求解,研究湿式桥的瞬时热特性及热平衡温度,并进行了湿式桥优化热分析。(5)基于某重型车的湿式桥温升试验研究。根据重型车湿式桥工作特点,设计并搭建基于实车作业的湿式桥温升测控系统,建立基于d SPACE的仿真试验模型,利用Control Desk综合试验软件建立实时测控界面。最后基于重型车湿式桥试验系统运行原理设计整车试验的总体方案。设计的湿式桥温升试验主要包括原车湿式桥温升试验和优化后湿式桥温升试验。将实验测量结果与理论分析结果进行对比分析,结果显示测试值与分析值分布规律基本接近,说明建立的重型车湿式桥热分析模型比较适合,数值分析方法正确。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.2
【图文】：

湿式,重型车

统都浸在润滑油里，由于制动生热功率较大，润滑油还必须具有冷却的作用，此类车桥称为湿式制动驱动桥，本论文简称湿式桥。如图 1.1 所示。图1.1 重型车湿式桥Fig. 1.1 Wet axle of heavy vehicle最近，国内外很多重型车辆企业研究中心对湿式桥不断展开研究，美国、德国、日本的企业研究成果在行业内处于领先地位，且已经成功开发出各种性能优越的湿式桥。国内相关企业也在不断引进消化吸收，并不断提高湿式桥的各方面性能[261]。但这种结构紧凑三段封闭的湿式桥，在载重较大的循环作业重型车的部

湿式,轮毂,主传动,湿式多片制动器

重庆大学博士学位论文差较大，甚至有些过程无法进行试验。因此，理论分析、数值模拟与实验研究三者应有机协调地结合，相互取长补短，这样才是研究热物理过程理想而有效的方法。1.3 研究内容与技术路线重型车工程应用领域广且专业要求高，因此类型较多差异较大。现阶段，相对起重与运输机械，湿式桥在装卸机械上应用较多，尤其是应用广泛的轮式装载机。本文以四轮驱动铰接式 50 型前卸装载机湿式桥为研究对象，整车及湿式桥结构及参数见图 1.2 和图 1.3 及表 1.1。湿式桥为整体式双级减速湿式多片制动式车桥，主传动及差速器总成位于桥包内，轮毂左右对称，轮毂内装有湿式多片制动器与轮边减速器，双级减速为单级螺旋锥齿轮桥包主传动减速与轮毂单行星排减速，具体的湿式桥结构，如图 1.4 所示。

曲线图,牵引力,整车,曲线图

【参考文献】