CN104458231B - 一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明属于液力减速器技术领域，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。
背景技术
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。
发明内容
本发明解决的技术问题是，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。
本发明的技术方案是，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(％) | 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。
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，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，同时调整传动电机转速使试验转速以20r/min2的减速度均匀降低转速直至停机；
g.控制PIV系统停止拍摄、传动电机停机、液压系统关闭、数据采集系统停止记录。
h、按照表3的工况号从2开始至200，遵循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3
I、建立相同充液率时转速-扭矩变化曲线、扭矩-出水压力关系曲线；获得变转速-固定充液率下速度场流速大小及流场分布数据。
本发明的有益效果在于：
1.本发明以透明液力减速器为液力减速器流场检测装置，规定了在固定转速-固定充液率制动试验、变转速-固定充液率制动试验、固定转速-变充液率制动试验、变转速-变充液率制动试验(即扭矩控制试验)四个试验项目中，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，测试、采集、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、速度场特性五个动态特性参数的步骤和方法，依次获得动轮转速及循环圆充液率四种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，为更深入的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等提供了技术手段。
附图说明
图1为本发明一种液力减速器变充液率/固定充液率动态特性可视化试验方法的液压系统原理图；
图2为本发明一种液力减速器变充液率/固定充液率动态特性可视化试验方法的传动试验台架示意图；
图3为本发明使用的物位仪原理图。
其中，1-水箱温度传感器、2-电机、3-电机与水泵联轴器、4-水箱温度传感器接头、5-水箱、6-水泵吸水管、7-水泵吸水口接头、8-水泵、9-水泵溢流阀接头I、10-水泵溢流阀接头II、11-水泵溢流阀泄水接头、12-水泵溢流阀泄水管I、13-液力减速器流场检测装置、14-节流阀接头I、15-节流阀接头II、16-进水流量传感器接头I、17-进水流量传感器接头II、18-液力减速器进水口、19-液力减速器出水口(有A、B、C、D口)、20-出水压力传感器、21-液力减速器出水管I、22-出水流量传感器接头I、23-出水流量传感器、24-出水流量传感器接头II、25-液力减速器出水管II、26-出水温度传感器、27-出水溢流阀接头I、28-出水溢流阀、29-出水溢流阀接头II、30-出水溢流阀泄水管、31-出水溢流阀泄水接头、32-液力减速器进水管I、33-进水压力传感器、34-压力传感器三通接头(有A、B、C口)、35-液力减速器进水管II、36-进水流量传感器、37-液力减速器进水管III、38-节流阀、39-水泵溢流阀、40-液力减速器进水管IV、41-水泵溢流阀泄水管II、42-水泵进水三通接头(有A、B、C口)、43-液力减速器进水管V、44-水泵出水口接头、45-传动电机、46-第一联轴器、47-转速测扭仪、48-第二联轴器、49液力减速器流场检测装置及其支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种液力减速器充液制动过程动态特性可视化试验方法作进一步说明。
如图1所示，本发明一种液力减速器充液制动过程动态特性可视化试验方法的液压系统(简称液压系统)包括：水箱温度传感器1、电机2、电机与水泵联轴器3、水箱温度传感器接头4、水箱5、水泵吸水管6、水泵吸水口接头7、水泵8、水泵溢流阀接头I 9、水泵溢流阀接头II 10、水泵溢流阀泄水接头11、水泵溢流阀泄水管I 12、液力减速器流场检测装置13、节流阀接头I 14、节流阀接头II 15、进水流量传感器接头I 16、进水流量传感器接头II17、液力减速器进水口18、液力减速器出水口(有A、B、C、D口)19、出水压力传感器20、液力减速器出水管I 21、出水流量传感器接头I 22、出水流量传感器23、出水流量传感器接头II24、液力减速器出水管II 25、出水温度传感器26、出水溢流阀接头I 27、出水溢流阀28、出水溢流阀接头II 29、出水溢流阀泄水管30、出水溢流阀泄水接头31、液力减速器进水管I32、进水压力传感器33、压力传感器三通接头(有A、B、C口)34、液力减速器进水管II35、进水流量传感器36、液力减速器进水管III 37、节流阀38、水泵溢流阀39、液力减速器进水管IV 40、水泵溢流阀泄水管II 41、水泵进水三通接头(有A、B、C口)42、液力减速器进水管V43、水泵出水口接头44。
水箱温度传感器接头4装入水箱5，水箱温度传感器1拧入水箱温度传感器接头4；电机2安装在水箱5上，电机与水泵联轴器3一端装入电机2、一端与水泵8连接，水泵吸水口接头7和水泵出水口接头44装入水泵8，水泵吸水管6一端与水泵吸水口接头7连接、一端放入水箱5，液力减速器进水管V 43一端与水泵出水口接头44连接、一端与水泵进水三通接头42的A口连接；水泵溢流阀泄水接头11装在水箱5上，水泵溢流阀接头I 9和水泵溢流阀接头II 10装入水泵溢流阀39，水泵溢流阀泄水管12一端与水泵溢流阀泄水接头11连接、一端与水泵溢流阀接头II 10连接，水泵溢流阀泄水管II 41一端与水泵溢流阀接头I 9连接、一端与水泵进水三通接头42的B口连接；节流阀接头I 14和节流阀接头II 15装入节流阀38，液力减速器进水管IV 40一端与水泵进水三通接头42的C口连接、一端与节流阀接头I 14连接；进水流量传感器接头I 16和进水流量传感器接头II 17装入进水流量传感器36，液力减速器进水管III 37一端与节流阀接头II 15连接、一端与进水流量传感器接头I 16连接；液力减速器进水管II 35一端与进水流量传感器接头II 17连接、一端与压力传感器三通接头34的A口连接，压力传感器三通接头34的B口与进水压力传感器33连接；液力减速器进水口18和液力减速器出水口19的A端装入液力减速器流场检测装置13，液力减速器进水管I 32一端与液力减速器进水口18连接、一端与压力传感器三通接头34的C口连接，液力减速器出水口19的B端与出水压力传感器20连接、液力减速器出水口19的C端与出水温度传感器26连接；出水流量传感器接头I 22和出水流量传感器接头II 24装入出水流量传感器23，出水溢流阀接头I 27和出水溢流阀接头II 29装入出水溢流阀28；液力减速器出水管I 21一端与液力减速器出水口19的D端连接、一端与出水流量传感器接头I 22连接，液力减速器出水管II 25一端与出水流量传感器接头II 24连接、一端与出水溢流阀接头I 27连接；出水溢流阀泄水接头31装入水箱5，出水溢流阀泄水管30一端与出水溢流阀接头II 29连接、一端与出水溢流阀泄水接头31连接。
液压系统工作过程：将直径40μm的三氧化二铝示踪粒子加入纯净水中，作为工作水介质(简称水介质)。将水介质加入水箱5中，至水箱三分之二高度处，用水箱温度传感器1检测水箱内水介质温度；电机2通过电机与水泵联轴器3带动水泵8转动，水泵8排出有压力的水介质，通过液力减速器进水管V 43、液力减速器进水管IV 40、节流阀38、液力减速器进水管III 37、进水流量传感器36、液力减速器进水管II 35、液力减速器进水管I 32、液力减速器进水口18进入液力减速器流场检测装置13；液力减速器流场检测装置13的动轮转动将机械能转变为水介质液压能，水介质以高速冲向液力减速器流场检测装置13的定轮叶片；定轮不转动，形成水介质流动的阻力，以此产生制动转矩将水介质液压能全部转化成水介质热能；高温水介质从液力减速器出水口19的D口排出，经液力减速器出水管I 21、出水流量传感器23、液力减速器出水管II 25、出水溢流阀28工作口、出水溢流阀泄水管30，回到水箱5；水泵溢流阀39调节水泵8的出口压力，节流阀38调节水泵8的供给流量，出水溢流阀28调节液力减速器流场检测装置13中水介质的排出压力；进水流量传感器36用于检测进入液力减速器流场检测装置13的水介质流量，进水压力传感器33用于检测进入液力减速器流场检测装置13的水介质压力，出水流量传感器23用于检测排出液力减速器的水介质流量，出水压力传感器20用于检测排出液力减速器的水介质压力，水箱温度传感器1用于检测水箱5中水介质温度，出水温度传感器26用于检测液力减速器流场检测装置13排出的水介质温度。液力减速器流场检测装置13可以采用背景技术中所述的专利名称为“一种液力减速器流场检测装置”(申请号为201218000646.1)的申请文件中的液力减速器流场检测装置(简称液力减速器)。
如图2所示，本发明一种液力减速器充液制动过程动态特性可视化试验方法的传动试验台架(简称传动试验台架)包括：传动电机45、第一联轴器46、转速测扭仪47、第二联轴器48、液力减速器流场检测装置及其支架49。
传动电机45的输出轴与第一联轴器46左端连接，第一联轴器46右端与转速测扭仪47的左端固定，转速测扭仪47的右端与第二联轴器48左端固定，第二联轴器48右端与液力减速器流场检测装置及其支架49中的液力减速器流场检测装置的输入轴连接，五者布置在一条直线上。
传动试验台架工作过程：传动电机45启动，其输出轴转动带动第一联轴器46、转速测扭仪47、第二联轴器48、液力减速器流场检测装置及其支架49中的液力减速器流场检测装置的输入轴同步转动，达到试验转速。
物位仪(即雷达物位计)，如图3所示，通过天线发射极窄的微波脉冲，这个脉冲微波以光速在空间传播，在被测介质表面被反射回来，被同一天线接收。发射脉冲微波与接收微波的时间间隔与天线到被测介质表面的距离成正比，即距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比：D＝C×T/2其中C为光速，因空罐的距离E已知，则物位L＝E-D。物位仪插入液力减速器流场检测装置的出液辅腔中，用物位仪测试液力减速器循环圆内液位的高度。物位仪装置的使用为现有技术。
PIV系统(即激光粒子图像测速系统)主要包括双脉冲激光器、CCD相机、同步控制、系统硬件控制、数据采集处理软件包，用于测量瞬时的二维或者三维流场速度分布。测量时首先将微小的示踪颗粒撒入流动之中，这些颗粒可以完全跟随流体运动，然后将激光束扩展为片光，以很短的脉冲间隔照亮待测流场区域两次，两次照射分别被跨帧高分率CCD相机记录下来，通过数据采集处理软件包对图片数据进行预处理和流动图像分析，得到拍摄区域的流速大小及流场分布。即通过PIV系统对图片数据进行预处理和流动图像分析，得到拍摄区域的流速大小及流场分布。PIV系统装置为现有技术，使用方法采用现有技术。
数据采集及处理系统正常工作时，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、出水压力传感器测试到的数据采集并存储起来，并通过处理软件进行数据处理以获得转速、扭矩、循环圆充液率(由物位仪测试液力减速器循环圆内液位的高度得到循环圆充液率)、水箱温度、出水温度、进水流量、出水流量、进水压力、出水压力等试验数据。
本发明的一种液力减速器充液制动过程动态特性可视化试验方法，包括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、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、以及一种液力减速器固定转速-变充液率动态特性可视化试验方法、一种液力减速器变转速-变充液率动态特性可视化试验方法四个部分。
所有试验前，需要进行如下试验准备：
首先，对液力减速器流场检测装置13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(循环圆)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AI-A10位置；(液力减速器流场检测装置的液力减速器定轮和动轮构成的循环圆)
b.根据所有测试结果，绘制充液率-液位高度曲线，并将该结果输入数据采集及处理系统，完成循环圆充液率的参数设置。
表1 充液率-液位高度关系表
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(即水介质循环流量)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为10％±1％。
上述步骤，是为了调整液力减速器流场检测装置水介质循环流量，使其达到循环状态。
1.一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的具体步骤如下：
a.向液力减速器流场检测装置13整个内腔充入水介质，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；
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(由物位仪测试液力减速器循环圆内液位的高度得到循环圆充液率)、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转速W，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.控制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规定的工况号从1开始至200，遵循从小至大的顺序对应的充液率K和试验转速W的值进行试验，重复步骤a至g。
表2 液力减速器固定转速-固定充液率动态特性可视化试验工况表
i、整理数据采集及处理系统获得的试验数据，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；整理PIV系统采集到的流速图像，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。
2.一种液力减速器变转速-固定充液率动态特性可视化试验方法的具体步骤和方法：
a.向液力减速器流场检测装置整个内腔充入水介质，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，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，同时调整传动电机转速使试验转速以20r/min2的减速度均匀降低转速直至停机；
g.控制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3规定的工况号从1开始至200，遵循从小至大的顺序对应的充液率K和试验起始转速W的值进行试验。重复上述步骤a至g，
表3 液力减速器变转速-固定充液率动态特性可视化试验工况表
I、整理数据采集及处理系统获得的试验数据，建立相同充液率时转速-扭矩变化曲线、扭矩-出水压力关系曲线；整理PIV系统采集到的流速图像，获得变转速-固定充液率下速度场流速大小及流场分布数据。
3.一种液力减速器固定转速-变充液率动态特性可视化试验方法的具体步骤和方法：
a.调整节流阀开度，使调整后流进液力减速器流场检测装置的水介质流量是调整前(步骤一中“然后”中的b步骤)的1.5倍，在节流阀调节部位做出标记I，然后将节流阀开度调回试验准备状态(步骤一中“然后”中的b步骤状态)；
b.根据充液率-液位高度曲线，向液力减速器流场检测装置内腔预充水介质，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达到10％±1％处；
c、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％；
d.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(或者循环圆内液位的高度)、水箱温度、出水温度、进水流量、出水流量、进水压力、出水压力；
e、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；
f、启动传动试验台架的传动电机，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；
g、PIV系统开始拍摄测试区域流速图像，同时将节流阀开度调节至标记I位置；至液力减速器流场检测装置循环圆充满，出水压力突然升高；
h、控制PIV系统停止拍摄、传动电机停机、液压系统关闭、数据采集系统停止记录。
i、按照表4规定的工况号从2开始至20，遵循从小至大的顺序对应的试验转速W(r/min)进行试验，重复步骤c至步骤h，
表4 液力减速器变转速-固定充液率动态特性可视化试验工况表
J、.整理数据采集及处理系统获得的试验数据，建立相同转速时充液率-扭矩变化曲线、扭矩-出水压力关系曲线；整理PIV系统采集到的流速图像，获得固定转速-变充液率下速度场流速大小及流场分布数据。
4.一种液力减速器变转速-变充液率动态特性可视化试验方法的具体步骤和方法，
a.调整出水溢流阀开度，按照表5的序号从1开始至10遵循从小至大的顺序对应的出口工作压力(kPa)进行水溢流阀出口工作压力标定，并在出水溢流阀调节部位做出标记。
表5 液力减速器出水溢流阀出口工作压力标定表
b.根据充液率-液位高度曲线，向液力减速器流场检测装置内腔预充水介质，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达到10％±1％处；
c.按照表6规定的工况号从1开始至200，遵循从小至大的顺序对应的出口工作压力和试验起始转速W进行试验，重复下述步骤d至步骤j
表6 液力减速器变转速-变充液率动态特性可视化试验工况表
d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％；
e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(或者循环圆内液位的高度)、水箱温度、出水温度、进水流量、出水流量、进水压力、出水压力；
f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；
g启动传动试验台架的传动电机，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，稳定运转60s；
h将出水溢流阀开度调节至确定标记位置；该标记位置表示了g步骤的试验起始转速W对应的出口工作压力值；
i出水溢流阀开始溢流，PIV系统开始拍摄测试区域流速图像，同时调整传动电机转速使试验起始转速W以20r/min2的减速度均匀降低转速直至停机；
j控制PIV系统停止拍摄、传动电机停机、液压系统关闭、数据采集系统停止记录。
Claims (6)
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：
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，绘制充液率一液位高度曲线；
表1如下：
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，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，同时调整传动电机转速使试验转速以20r/min2的减速度均匀降低转速直至停机；
g.控制PIV系统停止拍摄、传动电机停机、液压系统关闭、数据采集系统停止记录；
h、按照表3的工况号从2开始至200，遵循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3
I、建立相同充液率时转速-扭矩变化曲线、扭矩-出水压力关系曲线；获得变转速-固定充液率下速度场流速大小及流场分布数据。
3.权利要求1或2所述的一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法所采用的液压系统，其特征在于，包括水箱温度传感器(1)、电机(2)、电机与水泵联轴器(3)、水箱温度传感器接头(4)、水箱、水泵吸水管(6)、水泵吸水口接头(7)、水泵(8)、水泵溢流阀接头I(9)、水泵溢流阀接头II(10)、水泵溢流阀泄水接头(11)、水泵溢流阀泄水管I(12)、液力减速器流场检测装置(13)、节流阀接头I(14)、节流阀接头II(15)、进水流量传感器接头I(16)、进水流量传感器接头II(17)、液力减速器进水口(18)、液力减速器出水口(19)、出水压力传感器(20)、液力减速器出水管I(21)、出水流量传感器接头I(22)、出水流量传感器(23)、出水流量传感器接头II(24)、液力减速器出水管II(25)、出水温度传感器(26)、出水溢流阀接头I(27)、出水溢流阀(28)、出水溢流阀接头II(29)、出水溢流阀泄水管(30)、出水溢流阀泄水接头(31)、液力减速器进水管I(32)、进水压力传感器(33)、压力传感器三通接头(34)、液力减速器进水管II(35)、进水流量传感器(36)、液力减速器进水管III(37)、节流阀(38)、水泵溢流阀(39)、液力减速器进水管IV(40)、水泵溢流阀泄水管II(41)、水泵进水三通接头(42)、液力减速器进水管V(43)、水泵出水口接头(44)；
水箱温度传感器接头装入水箱，水箱温度传感器拧入水箱温度传感器接头；电机安装在水箱上，电机与水泵联轴器一端装入电机、一端与水泵连接，水泵吸水口接头和水泵出水口接头装入水泵，水泵吸水管一端与水泵吸水口接头连接、一端放入水箱，液力减速器进水管V一端与水泵出水口接头连接、一端与水泵进水三通接头的A口连接；水泵溢流阀泄水接头装在水箱上，水泵溢流阀接头I和水泵溢流阀接头II装入水泵溢流阀，水泵溢流阀泄水管一端与水泵溢流阀泄水接头连接、一端与水泵溢流阀接头II连接，水泵溢流阀泄水管II一端与 水泵溢流阀接头I连接、一端与水泵进水三通接头的B口连接；节流阀接头I和节流阀接头II装入节流阀，液力减速器进水管IV一端与水泵进水三通接头的C口连接、一端与节流阀接头I连接；进水流量传感器接头I和进水流量传感器接头II装入进水流量传感器，液力减速器进水管III一端与节流阀接头II连接、一端与进水流量传感器接头I连接；液力减速器进水管II一端与进水流量传感器接头II连接、一端与压力传感器三通接头的A口连接，压力传感器三通接头的B口与进水压力传感器连接；液力减速器出水口的A端和液力减速器进水口装入液力减速器流场检测装置，液力减速器进水管I一端与液力减速器进水口连接、一端与压力传感器三通接头的C口连接，液力减速器出水口的B端与出水压力传感器连接、液力减速器出水口的C端与出水温度传感器连接；出水流量传感器接头I和出水流量传感器接头II装入出水流量传感器，出水溢流阀接头I和出水溢流阀接头II装入出水溢流阀；液力减速器出水管I一端与液力减速器出水口的D端连接、一端与出水流量传感器接头I连接，液力减速器出水管II一端与出水流量传感器接头II连接、一端与出水溢流阀接头I连接；出水溢流阀泄水接头装入水箱，出水溢流阀泄水管一端与出水溢流阀接头II连接、一端与出水溢流阀泄水接头连接。
4.权利要求1或2所述的一种液力减速器固定充液率动态特性可视化试验方法所采用的传动试验台架，其特征在于，包括：传动电机(45)、第一联轴器(46)、转速测扭仪(47)、第二联轴器(48)、液力减速器流场检测装置及其支架(49)：传动电机启动，其输出轴转动带动第一联轴器、转速测扭仪、第二联轴器、液力减速器流场检测装置及其支架(49)中的液力减速器流场检测装置的输入轴同步转动，达到试验转速或试验初始转速。
5.根据权利要求1或2所述的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，绘制充液率-液位高度曲线的结果输入数据采集系统，完成循环圆充液率的参数设置。
6.根据权利要求1或2所述的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，通过PIV系统对图片数据进行预处理和流动图像分析，得到拍摄区域的变转速-固定充液率下和固定转速-固定充液率下速度流速大小及流场分布。
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