Reducering av släpförluster

• Main Author: Långfors, Stefan
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2014
• Subjects: losses; retarder; slip; släpförluster; växellåda
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-156652

För att öka köreffektivitet och säkerhet samt minska bromsarnas slitage är de flesta av Scanias lastbilar och bussar utrustade med en hjälpbroms, så kallad retarder. En retarder arbetar generellt sett enligt någon av följande två principer. Dels en elektromagnetisk variant av retarder som bromsar bilens kardanaxel, drivaxlar eller växellåda genom att utnyttja elektromagnetisk induktion, eller som i Scanias fall där man använder sig av en hydrodynamisk tillsatsbroms som bromsar bilens kardanaxel genom att slunga vätska inom ett skovelsystem. Bromsenergin övergår då till värmeenergi som i sin tur kyls bort av bilens ordinarie vattenkylsystem. Bromsmomentet styrs via trycket som råder mellan skovelbladen. Som mest överträffar retardern den effekt som bilens motor kan leverera. Då retardern inte används är skovelsystemet trycklöst. Men även då skapas det dock ett litet släpmoment i retardern eftersom den fortfarande roterar med växellådan. Detta släpförlustmoment är en bråkdel jämfört med det moment som skapas vid bromsning men ur bränslebesparingssynpunkt är det ändå viktigt att det hålls på minimal nivå. Detta examensarbete syftar till att utreda hur dessa släpförluster kan minimeras genom att via konceptstudier ta fram den bäst lämpade släpförlustreduceringsmetoden för Scanias retarder. En studie på konkurrenter och andra applikationer där inspiration skulle kunna inhämtas genomfördes och ett antal koncept togs fram. Därefter genomfördes en provkörning av en konkurrentretarder för ytterligare fördjupade kunskaper om problemet. Där samtidigt ett av koncepten med en bländarskiva mellan rotor och stator provades, dock med ett resultat som inte kunde anses tillräckligt. Efter detta kunde det konstateras att den bäst lämpade släpförlustreduceringsmetoden för Scania bör vara att helt frikoppla retardern från växellådan vid avaktivering då ett flertal av de största förlusterna som mättes upp kunde härledas in diverse tätningar och lager och inte till själva retardern. Denna frikoppling bör förslagsvis ske genom någon form av synkroniseringsinkoppling för att minimera vikt, storlek och kostnad. Slutligen kan det konstateras att kunskapen om vad som exakt sker i en retarder är begränsad och att det är ett komplext område. Vidare bör simuleringsmodeller användas för att minimera utvecklingsarbetet och ytterligare studier på hur en effektiv frikoppling kan användas bör genomföras. Nyckelord: retarder, släpförluster, växellåda === In order to increase the drive efficiency and safety as well as to minimize the brake wear, most Scania trucks and busses are equipped with a complementary brake system, also known as a retarder. A retarder generally works under one of the following two principles. An electromagnetic retarder that brakes the propeller shaft, drive axles or the gearbox using electromagnetic induction or as in Scania's case using a hydrodynamic brake that brakes the propeller shaft by pumping a fluid thru a rotating turbine shaped system. The braking energy then turns to heat which then cools off by the engine’s cooling system. The brake power is controlled by the fluid pressure in the retarder. At its maximum, the brake power exceeds the power of the engine. When the retarder is deactivated, the system is not pressurized. But even then, it creates a small slip loss, because the retarder is still rotating with the gearbox. This slip loss is a fraction compared to the braking torque than can be used, but from a fuel efficiency standpoint it is still important that it is kept at a minimum. The goal of this master thesis is to investigate how to minimize these losses. To find out which the best suited solution for Scania would be, different concept studies has been carried out. A study of competitors and other applications where further inspiration could be obtained was conducted and a number of concepts were developed. Thereafter a test run of a retarder from a competitor for further in-depth knowledge was conducted. At the same time one of the concepts with an aperture plate between the rotor and stator was tested on the competitor retarder. With a result that could not be considered sufficient. After this it was found that the most appropriate slip reduction method should be to completely disengage the retarder from the gearbox at deactivation since most of the losses that was measured could be traced to various seals and bearings and not to the retarder itself. The decoupling should be done through some kind of synchronization unit to minimize weight, size and cost. Finally it was observed that the knowledge about what’s exactly happening in the retarder is limited and that it is a complex area. Furthermore should the use of simulation models enhance to minimize the development work and further studies about how to disengage the retarder in the most effective way should be worked out Keywords: losses, retarder, slip