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威德缓速器
 
前言

  目前,我国大中型客车、中重型载重车辆普遍存在制动力不足、轮毂发热、爆胎等问题,特别是高温或雨雪天气,更容易造成制动衰退现象,给车辆的运行带来很大的安全隐患。虽然现在的汽车发动机大都具有排气制动功能,车轮上也加装制动自动调整臂来增加车辆的制动力,但这些只能稍微改善而不能大大缓解车辆制动系统的负荷,并且经济效益也不明显。为此,参照国外发达国家的解决办法,即在车辆上加装一套车辆制动辅助装置--电涡流缓速器或液力缓速器来彻底解决车辆制动力不足的问题。

  下面主要来讨论汽车用电涡流缓速器。

  电涡流缓速器

  电涡流,即"涡电流",也称为"傅科电流"。迅速变化的磁场在导体(包括半导体)内引起的感应电流,其流动的路线呈涡漩形,故称"涡流"。磁场变化越快,感应电动势越大,因导体的电阻率很小,所以涡流也就越强。电涡流和普通电流一样要产生焦耳热,且它在导体内部产生,故它能使导体发热,也就是说要损耗额外的能量,此即所谓的"涡流损耗",它有不利的方面,但也有可利用的方面。

  汽车用电涡流缓速器,即汽车阻滞器或缓行器,它是一套没有机械摩擦的、在制动系统工作之前、有效制动距离内,安装在车辆传动系统中,先行使车辆减速度的安全辅助总成装置,提高了车辆的配置等级。它可以安装在车辆的变速箱部位,也可以安装在后桥部位,也可以安装在主传动轴和从传动轴之间。

  汽车用电涡流缓速器的结构、特点及其简介
 
  从调查用户最近几年使用汽车用电涡流缓速器的结果分析:电涡流缓速器的机械部分的故障主要集中在由于车辆本身配件的问题从而引起缓速器的转子总成与定子总成发生摩擦,即使进口的产品也不能例外,严重的造成定子总成内部的线圈因高温而烧毁,导致缓速器的损坏;还有因为材料问题造成缓速器的功效下降及装配问题导致缓速器损坏。电气控制系统大多使用分级控制方式,故障主要集中在由于一些配件发生故障(如气压开关、电路板、继电器、功率模块、进水、腐蚀等)原因造成而更换电控总成。针对上述这些难以避免的问题,并在现有技术基础上,根据不同车型的不同工作需要,我们在技术上做特定工作环境及要求的进一步完善和提高,在去年开发出了一种新型的汽车用电涡流缓速器(如图)。此新型产品的主要结构、优点简述如下:

  此新型电涡流缓速器主要由电气控制部分和机械部分两大部分组成。其电气控制部分主要由电气控制盒、线圈、车况感应器总成、气压感应器总成、指示灯及各连接线束等装置组成,机械部分主要由连接支架、定子总成和转子总成组成。其中:

  1、电气控制盒是电涡流缓速器的中央信号处理器,它可以使缓速器处于正确的使用状态。威德根据缓速器的实际使用情况,删除一些不必要的功能,设计电路时以可靠性、长寿命作为第一要求,以数字电路为主,辅以模拟电路的完美结合,并采用日本进口的大功率元件,使其电路具有全人性化的控制方式,无需特别培训和要求。
 

  其功能主要有:1)在车辆停止或加速(踩油门)时缓速器不会工作;2)能够随着制动气管内气压的大小自动调整缓速器内线圈电流强度的大小,并在很小的气压(约0.2bar)时缓速器就可以工作,在1bar时缓速器达到最大的工作状态;3)具有过压保护、过流保护、过热保护、在缓速器工作时能够控制缓速器线圈自我发电并自我供电等功能;4)具有与制动灯同步工作的功能等等。传统的有的进口缓速器控制器是采用继电器控制缓速器的线圈,并分四级或更多级控制,使线圈的电流强度具有突变性,产生的磁场同样也具有突变性,大大缩短了线圈的使用寿命;同时继电器总是存在着触点碳化等现象,故使用两年后基本上就必须更换,增加了使用成本;不会让缓速器线圈自我发电和供电,加速了蓄电池的老化;各种自我保护功能比较缺乏。

  2、线圈是电涡流缓速器的重要部分,它直接影响缓速器的减速力矩大小。由于缓速器的线圈有一半是裸露在空气中的,故要求其防水、防尘、耐腐蚀,连接可靠不松动,绝缘等级应在H级以上,并且外观美。线圈的线径、匝数、圈数都是由设计要求计算出来的,并在制造生产工艺等方面都应该保证达到上述要求。

  3、车况感应器总成作用是保证车辆停车时缓速器不会工作而耗电。而今,有的厂家的此项功能通过与车辆的ABS系统连接起来而实现,这样,缓速器的可靠性相对来说就依赖于其他产品,无法达到自我控制,特别是针对那些相对配置并不高的车辆(不装ABS系统)就变得相对被动。

  4、气压感应器总成用来采集车辆制动气管内气压大小,并向电气控制盒传输信号,以控制缓速器线圈的电流的量值大小,宏观上实现了缓速器产生的减速力矩随制动管道气体压力值的变化而变化;同时,气压感应器是靠其内部的不锈钢膜片来感应气压的,水分或空气不会进入到其内部。其它厂家多是采用气压开关来采集制动管道气体压力后让几个开关闭合工作,就不存在得到线性的制动管道气体压力的变化值,也就不能让线圈内的电流随制动管道气体压力的变化而变化。

  5、手动开关是方便司机可以用手来控制缓速器的工作状态,以减轻司机疲劳。

  6、状态指示灯用来显示电涡流缓速器的工作状况。

  7、连接支架是将缓速器的定子总成安装固定在变速箱上的中间过渡件。由于连接支架与定子总成连接配合固定在其内圈,相对而言,设计更简单,制造加工方便,强度和硬度更容易达到要求,重量轻,才15kg左右,外观美,如图所示。若缓速器安装在后桥或主传动轴和从传动轴之间的就无需连接支架。

  8、定子总成由固定支座、磁芯、磁极、线圈等零件组成,是缓速器产生减速力矩的重要装置,它通过连接支架固定在变速箱的箱体上或直接固定在后桥的轴承座上。重量轻,体积小,安装更方便,更安全。

  9、转子总成由转盘和过渡法兰组成。过渡法兰固定在变速箱的输出法兰或后桥的输入法兰上,可随传动轴自由转动,转盘呈圆环形,固定在过渡法兰上。转盘的内环面与定子总成中的磁极外表面间保持有极小的均匀的空气间隙。这样,相对而言,定子总成是固定不动的,而转子总成就可以随传动轴一起旋转。转盘是圆环状,外层为导流槽,直接与空气大面积接触,更方便散热;转盘前端还留有扇片,转动时可以将空气导入到定子总成中,加快了线圈的散热,同时也大大促进转盘内壁的散热量;其重量轻,最大减速力矩为1300N·m所用的转盘重约31kg,厚度仅为150mm,外径为Ф480mm,最大减速力矩为850N·m所用的转盘重约25kg,厚度仅为130mm,外径仅仅Ф435mm,这样安装更方便,匹配性更加广泛,更简单。而其他厂家的缓速器的转子总成总重最少的也有60kg,总厚度都在230mm以上。 

  10、总结的说,该新产品工作时定子产生的磁力是径向的,工作面由传统的轴向端面改变为径向环抱端面,就无需担心由于车辆其他部件轴向间隙发生变化而使电涡流缓速器的转子和定子发生摩擦而损坏;转子和定子之间的间隙固定,安装时无需调整间隙,节约时间,且各部位受力更均匀,永不摩擦,对车辆的传动系统不产生影响。

  11、该新产品的转子总质量比传统的电涡流缓速器轻约30kg,定子总质量比传统的电涡流缓速器轻约80kg,对原车辆的各系统影响更小;安装和拆卸更方便,安全;在特定工作强度大的运输车辆(起步、停车频繁,制动系统工作频率高的公交车辆)使用此新产品,经济效益尤为显现。

  12、新型的电涡流缓速器与传统的电涡流缓速器各项性能参数对比表(最大减速力矩均为1200N·m):

  表一:性能参数对比表

项 目
新型的电涡流缓速器
传统的电涡流缓速器
转子总成
总质量35 kg,最大外径480mm,总厚度150mm
总质量58 kg,最大外径480mm,总厚度230mm
定子总成
总质量74 kg,最大外径433mm,总厚度130mm
总质量168 kg,最大外径560mm,总厚度130mm
连接支架
总质量13 kg,最大外径450mm,总厚度50mm(安装在后桥上时取消)
总质量23 kg,最大外径560mm,总厚度98mm
电气系统控制元件
进口大功率元件
继电器
电气控制方式
无级控制
分四级或更多级控制
感应制动气压用配件
气压感应器
气压开关
电气控制系统
具有强大的自我保护功能,并能够在系统工作时自我发电及自我供电,整套系统耗电量少,其最大减速扭矩可根据用户需求适当调整
无自我保护功能,无自我发电等功能,耗电大
装配
体积小,重量轻,匹配非常广泛,安装拆卸都方便省时,并且无需调整空气间隙
由于重量太重,匹配面相对狭窄,安装拆卸均需花费很长时间


  13、针对公交车的特殊运营条件,比如由于频繁使用及调整离合器和制动系统等,,可以采用安装在后桥上产品--公交车专用电涡流缓速器,其转子总质量轻,外径小。例如900N·m系列的转子总质量才25kg,外径才435mm。

  14、由于此新型的汽车用电涡流缓速器的受力面积只是环抱端面,与传统的相比较,受力面积小,故若要求最大减速力矩超过1800N·m的缓速器,相对而言,传统的汽车用电涡流缓速器比较占优势。

  汽车用电涡流缓速器的工作原理

  汽车用电涡流缓速器涉及的学术领域主要包括机电一体化、电子技术、自动化控制、流体力学、电磁学、磁学等。

  在车辆行驶过程中,当需要减速时,司机松开油门,缓速器电路接通,车况感应器采集到车辆正在行驶的信号后传送给电气控制盒,电气控制盒处于待命状态;当司机用手操作缓速器的手动开关或用脚踩制动踏板时,缓速器的电气控制盒就接收到手动开关或气压感应器传送到的电信号,并将处理好的信息传送给缓速器定子总成的线圈,让线圈通以一定的电流,就产生了一定的磁场,此磁场的磁力线主要通过转盘而形成的闭合磁力线,这样转盘就受到了很大的吸力作用,这个吸力的方向总是指向转盘的中心线,也就是后桥输入法兰或变速箱输出法兰的中心线,而转盘是旋转的,定子总成是固定不动的,故其圆周外圈的反向切向力及吸力的合力阻碍了转盘的旋转,即阻碍了后桥输入法兰或变速箱输出法兰的旋转,再通过后桥传递给车后轮,降低其转速,从而达到降低了车辆的行使速度的目的。而转盘正在随传动轴旋转,就被定子总成所产生的磁场反复磁化,即转盘内部磁场是变化的,其变化的频率与传动轴的转速有关,转盘内部就存在涡流,也就有了涡流损耗,它促使转盘发热。传动轴转速越快,转盘内部所产生的涡流越强,其涡流损耗也就越多,转盘发热越厉害,故有效功率也就越低,故车辆在高速行驶时缓速器的减速力矩比低速时小得多。(缓速器工作时缓速器的转盘和定子总成的受力分析如图1所示)

  汽车电涡流缓速器的优点


  1、基本解决了制动器的热衰退现象:

  车辆制动频繁或制动时间太长,将使制动器温度很高,出现了制动器摩擦力矩显著下降、制动效能降低的制动器热衰退现象,并可以造成制动毂失圆、制动蹄片变硬发脆、摩擦系数降低和制动性能急剧下降等后果。汽车用电涡流减速器作为独立的辅助的车辆减速装置,能至少分担原有制动器工作负荷的30%~50%,大大延长了原车制动器的使用寿命,有效地避免了制动热衰退现象,提高了车辆行使安全性。

  2、可大大缓解车辆制动时的"制动跑偏"现象:

  造成车辆制动跑偏的原因因素很多,如左、右轮胎气压差别较大、左右轮胎磨损程度不同,但主要原因只有两条;一条是左、右制动间隙相差较大,造成开始投入制动的不同步,另一条便是左、右车轮的制动力矩不同。造成力矩不同的原因也较多,如左、右分室制动气压不同、左右制动蹄片与制动毂接触面积不同、某侧制动蹄片上有油污等等都会使制动跑偏。而汽车用电涡流缓速器的减速方式是降低传动轴的转速,从而通过后桥促使后轮减速,所传递给左右后轮的力矩一样大的,故可适当缓解车辆制动时的"制动跑偏"现象。

  3、基本消除车辆轮胎爆裂现象:

  由于车辆频繁制动或制动时间太长,造成制动器内部的温度高达500℃左右,这样,轮胎内圈卷边等处的温度也高达200℃以上,这将会造成轮胎内帘布层的分离,极易导致车辆行驶过程中发生爆胎等现象。而使用汽车电涡流缓速器后,制动器温度很低,轮胎温度也不高,由于制动器高温引起的爆胎现象基本可以杜绝。

  4、能缓解传统制动系统突然失效形成的危险:

  因为汽车用电涡流缓速器是独立于原车制动系统之外的安全辅助减速装置,驾驶员可用手动开关控制缓速器,从而让车辆减速,即使原车制动系统突然失效,缓速器仍然可以让车辆保持一定的减速性能,提高了整车的行使安全性。

  5、提高了车辆的环保性能:

  缓速器可大大减少车辆制动的尖锐噪声和制动粉尘对周围环境的污染:由于电涡流缓速器工作时不发生接触摩擦,本身不会发出声响,也不产生其他污染环境的附属物,且它可以大大分担原车制动器工作负荷,故制动时相对使用原车制动器产生的制动力矩就会大大减小,由于制动摩擦片材料在制动时产生的污染环境的粉尘也就大大减少,那刺耳的噪声也就很少产生。

  表二:车辆轮毂平均温升对比表


前轮毂温升(℃)
后轮毂温升(℃)
装有缓速器的车辆
41.8
39.6
41.6
66.6
未装缓速器的车辆
107.2
116.5
110.5
108.7
平均温升差值
65.4
76.9
68.9
42.1
平均温升比值
256.4%
294.2%
265.6%
163.2%

  6、可操作性好,减轻驾驶员的疲劳,并提高了乘坐舒适性:

  驾驶员只需轻踩车辆制动踏板或用手轻拨手动开关就可以让电涡流缓速器工作,使车辆获得一定的减速度。电涡流缓速器工作时减速力矩是平稳柔和递增的,使车辆在任何车速下都可得到所需的减速力,这就使车辆的更加容易控制,旅客的乘坐舒适性也得到更好体现。

  7、可显著延长了制动器易损件的使用寿命,降低车辆使用成本,提高经济效益
  由于电涡流缓速器工作时所需的在气压很小(约0.2bar),就可以在原车制动器工作前就提供了大量的制动时所需的能量,故原车的制动器很少使用,即其工作负荷大大减少,其寿命也就延长了一倍以上。同样,也就大大节约了制动系统的保养费用及其停车的时间损失。

  8、特别在公交车上使用,经济效益更加明显:

  公交车辆的运行特点:站点多,站距短,满载和超载现象严重,制动频繁,严重的还时有爆胎现象。公交车辆的二保特点:主要都是针对制动系统的保养,比如制动蹄片、轮毂等。加装汽车用电涡流缓速器后,车辆二保周期至少延长一倍以上,制动毂、制动蹄片的更换次数大大较少,同样,调整制动间隙的时间间隔加长,同样,停车损失也就越少。


  表三:车辆制动蹄片平均磨损量对比表

右前轮平均磨损量/千公里(mm)
左前轮平均磨损量/千公里(mm)
右后轮平均磨损量/千公里(mm)
左后轮平均磨损量/千公里(mm)
装有缓速器的车辆
0.061
0.058
0.073
0.087
未装缓速器的车辆
0.429
0.408
0.435
0.437
未安装磨损值/安装磨损量
7.03
7.03
5.96
5.02



  生产汽车用电涡流缓速器必备设备:

  1、精密动平衡机:用来调整电涡流缓速器的转子总成的动不平衡的量,使其达
到要求,具体要求可以参考汽车用传动轴的动不平衡标准;

  2、转速扭矩测量仪器:用来精确地测量电涡流缓速器总成的实际扭矩值,然后
与设计要求进行对比,以完善设计;

  3、综合工况测试台架试验机:用来模拟车辆使用缓速器时的各种工况,处理所
得出的各项数据,以便为电涡流缓速器的更加完美创造条件;

  4、其他各种检测设备:可更加保证电涡流缓速器的机械部分配件的质量;

  5、电路板综合调试测试仪:检测电路板的各项参数是否已经满足设计要求;

  6、汽车振动试验台:检测并促使提高整套电涡流缓速器的可靠性;
  
  7、高低温交变湿热综合试验台:进行车辆使用时相关的极限工况模拟,老化并
提高缓速器的整体内在质量及可靠性。

  8、其他电路的测试仪器:可更加保证电涡流缓速器的电气部分配件的质量。

  新型汽车用电涡流缓速器的制造要求简述:

  在制造工艺上,针对新型的产品结构,结合ISO9000质量体系标准,我们在已经研究并已定型好的传统的汽车用电涡流缓速器技术、生产、制造工艺上,进一步完善,使其更加可靠、实用,更加完美,同时也让我们的产品向逐步完善、向更高的质量水准发展,以达到巩固品牌效应和内在质量不断提高的现实效果。

  (一) 机械部分

  l、连接支架:由于它是直接与定子总成中的固定支座相连接,所以要求铸造此连接支架的材料必须是不能有剩磁的,可以采用不锈钢、铝合金、铜或低碳钢等材料。定子总成整个重量、受到的力全部由连接支架负担,故连接支架必须具有足够的硬度、机械强度。如果采用铸造件,最好采用压力铸造或精密铸造,铸造工艺也要求非常严格,铸件不得有缩孔、疏松等铸造缺陷。加工和验收都必须按照图纸的要求。

  2、定子总成:定子总成中包括固定支座、磁芯、磁极、线圈等。其中:

  1) 固定支座、磁芯、磁极:它们均作为导磁体,需通过饱和磁感应强度大于10T,故必须选用磁导率很高的导磁材料来铸造或以其它方式进行大批量生产,可以选用DT4、2F钢等含碳量极低的材料。同样,零件也不得有缩孔、疏松等铸造缺陷。加工和验收都必须达到图纸的技术要求。质检部门按要求检验合格后才可入库。车间再领料进行表面处理后送交质检部门,他们按要求检验合格后才可入库。

  2) 线圈是产生磁场的主体,它的材料可以选用含铜量大于99.90%纯铜漆包线,外表皮的绝缘漆必须能抗高温(约180℃),耐腐蚀,耐化学药品性能优,耐刮性优,耐热冲击性软化击穿性优,耐冷冻效果优,与含氯高分子化合物不相容。线圈的生产工艺控制非常重要,必须严格按照技术部门制订的工艺卡进行流水线生产。质检部门控制线圈的生产质量,检验,包装后才可入库。

  3) 定子总成装配检验完毕后,必须安装到综合工况测试台架试验机上检验其实际减速力矩,并完成"产品综合检验报告",存档,见附表1。然后进行表面处理,检验合格后包装,入库。

  3、转子总成:它包括转盘和过渡法兰,其中:

  1) 转盘:转盘是电涡流产生的主体,也是所有力矩的传递体,故它的材料要求严格,必须是磁导率高、耐高温、硬度和机械强度高、热变形小、磁化后剩磁极少、抗氧化、耐腐蚀。可以选用低碳钢,再加入另外的一些特殊元素,以增加其使用性能。铸造工艺及内部元素含量也要求严格,铸件不得有缩孔、疏松等铸造缺陷。加工和验收都必须按照图纸的技术要求。质检部门检验合格入库后,车间领料根据要求做动不平衡试验,校正后做好序列号标记,表面处理,检验合格后包装,入库。

  2) 过渡法兰:过渡法兰是用来传递力矩的,故其硬度和强度有特别要求,可以选用45#钢,锻打后调质处理,硬度HRC25~28,去应力处理,而后按照图纸加工和验收。质检部门检验合格入库后,车间领料并根据要求做动不平衡试验,校正后做好序列号标记,表面处理,检验合格后包装,入库。

  所有外协的半成品均必须按照根据ISO9000质量体系标准的要求,对其制造生产厂家进行考察及定为合格供应商后,生产部门下单,外协厂家进行生产。对送到公司的外协件,质检部门根据要求检验,并对其质量负责。主要流程为:根据要求订做的外协件→到货→检测验收→封样-加工、装配→通过自检、序检、巡检、总检→入库→发货→核检→出库,售后服务跟踪,信息反馈,存档备查。

  (二) 电气控制系统部分

  1、电气控制盒:电气控制盒内部有电路控制板、大功率元件等,所以其内部的生产装配工艺要求特别严格。其中,外壳应采用热容量好的铝合金制作;电路板调试完毕后,安装到可靠性试验台上强行工作48小时后检验,合格后,才上装配线进行装配。按照既定工艺装配好电气控制盒,外观等检验,自我保护功能试验,再密封,进行防水、防震试验,然后再安装在试验台架检测其能够自我发电和自我供电的比例值。记录备案。车况感应器总成:包括车况感应器和车速器座。其中车况感应器可以外协采购或自己生产,它是根据霍尔原理来制造的,要求必须感应信号稳定,防水,防锈,抗腐蚀,体积小,外观美,使用方便。车速器座是固定车况感应器的,可以采用不导磁的铝合金制作,需外观美。

  2、气压感应器总成:包括气压感应器和过渡接头。气压感应器可以委托专业厂家外协生产,或直接购买进口件,要求防水、防震、抗干扰、体积小、外观美、抗爆等。过渡接头是将气压感应器连接到制动气管的过渡件,最好也采用铝合金制造。外购配件按照其程序检验后入库。

  3、指示灯:自己设计,外观漂亮,显示明确,小巧轻便。

  4、各连接线束:接插件需采用可靠性佳,防水性能好的进口防水接插件。连接电线采用汽车电线标准,电线规格不小于0.75mm2,从各专业厂家订购。线束按照公司技术部门的要求和既定作业指导书进行批量生产。

  以上半成品生产过程必须严格按照ISO9000质量体系标准的程序控制要求,并严格按照作业指导书进行操作生产。做好的半成品由组长检验合格后交质检部门检验合格后入库。

  (三) 其他配件:根据ISO9000质量体系标准的要求,对专业厂家进行考察及合格供应商考核后,采购部门可以订购其生产的配件。定购回公司的配件质检部门根据要求检验,并对其质量负责。主要流程为:根据要求订购材料或配件→到货→检测验收→封样-加工、调试、装配→自检、序检、巡检、总检→入库→发货→核检→出库,售后服务跟踪,信息反馈,存档备查。

 

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