Численное исследование влияния параметров лопастной части на характеристики гидродинамического ретардера

Введение. В современном мире для повышения подвижности и безопасности движения транспортных средств, а также увеличения ресурса рабочих тормозных механизмов, на тяжелой колесной технике широко распространена износостойкая тормозная система, позволяющая обеспечить служебное замедление машины без применения фрикционных тормозов. Одним из основных агрегатов, составляющих такую систему замедления, является гидродинамический ретардер, исследованию характеристик которого посвящается данная работа.

Цель исследования. Обеспечение заданной механической характеристики гидродинамического ретардера путем оптимизации лопастной части.

Методология и методы. Для исследования влияния параметров лопастной части на характеристики гидродинамического ретардера применяются методы вычислительной гидродинамики CFD, позволяющие определять значения динамических/энергетических характеристик потока в межлопастном пространстве гидротормоза с учетом влияния геометрических особенностей проточной части, а также физико-механических свойств рабочей жидкости. В рамках статьи создана конечнообъемная модель проточной части гидротормоза в программном комплексе Ansys Fluent, а также проанализирована зависимость характеристик гидротормоза от внутренних элементов лопастной части: количества лопастей, угла наклона лопастей, формы проточной части.

Результаты и научная новизна. Представленный подход позволяет итерационным путем осуществлять синтез лопастных колес гидротормоза. При этом полученные результаты исследования о влиянии угла наклона, количества и формы лопастей на коэффициент момента гидротормоза позволяют рационально выбрать начальное приближение и уменьшить количество итераций.

Практическая значимость. Данные о влиянии параметров проточной части на характеристики гидротормоза позволяют на этапе проектирования оценить возможность создания приемлемых конструктивных исполнений гидродинамических ретардеров для применения на колесной транспортной технике.

1. Котиев Г.О., Гумеров И.Ф., Стадухин А.А., Косицын Б.Б. Определение потребного уровня замедления высокоподвижных колесных машин при использовании износостойкой тормозной системы // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2019. №4 (127). С. 146 – 157.

2. Котиев Г.О., Гумеров И.Ф., Стадухин А.А., Косицын Б.Б. Определение механических характеристик узлов износостойкой тормозной системы высокоподвижных колесных машин // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2020. №1 (128). С. 131 – 141.

3. Котиев Г.О., Гумеров И.Ф., Стадухин А.А., Косицын Б.Б. Выбор емкости бортового накопителя энергии при использовании электромашины в износостойкой тормозной системе высокоподвижных колесных машин // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2020. №2 (129). С. 126 – 133.

4. Hirsh C. Numerical Computation of internal and External Flows Volume 1 Fundamentals of Computational Fluid Dynamics. Elsevier. 2007. 656 p.

5. Гавриленко Б.А., Минин В.А., Оловников Л.С. Гидравлические тормоза. М.: Машгиз, 1961. 244 с.

6. Xuesong Li, Xiusheng Cheng, Liying Miao, Zhonghua Liu. Numerical Analysis On Internal Flow Field of a Hydraulic Retarder // IEEE Conferences/ 2009 International Conference on Mechatronics and Automation. (Changchun, Chi, 9-12 Aug. 2009). p. 3710 – 3715.

7. Weiyang Bu, Guang Shen, Haifeng Qiu, Chunbao Liu. Investigation on the dynamic influence of thermophysical properties of transmission medium on the internal flow field for hydraulic retarder // International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 126, Part A, 2018, Pages 1367-1376.

8. ANSYS/ Fluent Theory guide 14, https://www.ansys.com/Products/Fluids/ ANSYSFluent. (дата обращения: 02.09.2019).

9. Xuesong Li, Xiusheng Cheng and Liying Miao, Zhonghua Liu «Numerical Analysis on Internal Flow Field of a Hydraulic Retarder» in: International Conference on Mechatronics and Automation, Changchun, China, 2015.

10. Стесин С. П., Яковенко Е.А. Лопастные машины и гидродинамические передачи. М.: Машиностроение, 1990. 240 с

11. Voith. http://voith.com/corp-en/braking-systems/retarders-trucks.html (дата обращения: 02.09.2019).

12. ZF. https://www.zf.com (дата обращения: 02.09.2019).

13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика в 10 т. Т. 6: Гидродинамика. М.: Физматлит, 2015.

14. Wilcox D. C. Formulation of the k-ω Turbulence Model Revisited//AIAA 2007 1408, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada. -2007.