液力减速器作为一种限速制动装置,越来越多地应用在内燃机车、重型货车和固定设备的减速制动上,以保障车辆的安全行驶和设备的正常运行。液力减速器工作时会发生空化,严重地限制了高速重载车辆以及大功率设备的发展。空化会导致液力减速器制动性能降低,严重时会诱发振动和噪声,降低了制动系统的稳定性和使用寿命,危及行车和生产安全。掌握液力减速器空化信号规律,对及时发现并抑制空化以保障车辆行驶安全和设备正常运行有着重要意义。本文通过试验方法,研究了液力减速器空化前后外特性、内部流动规律、振动噪声以及压力脉动的特性,并提出空化监测和分析方法。本文主要研究内容和成果如下:(1)阐述了液力减速器空化监测研究的重要意义,介绍了水力机械常用空化监测方法,总结分析了国内外液力传动设备空化的研究现状。(2)从空化发生机理出发,阐述空化、空化振动、空化噪声和空化压力脉动的特征,同时总结概括了振动、噪声和压力脉动常见分析方法。(3)搭建了多信号准同步采集试验台,实现了不同充液量、不同转速、不同腔内初始压力下,外特性、内部流动规律、振动、噪声和压力脉动的准同步采集。结果表明,液力减速器制动转矩随着充液量减小而降低;初始压力恒定时,转速越大则制动转矩越大;转速恒定,未发生空化时,压力的变化对于制动转矩影响较小,而发生空化时,制动转矩随压力减小而降低。(4)结合外特性和高速摄影试验首次对液力减速器空化程度进行了定义,将转矩下降小于2.0%定义为未空化阶段;转矩下降在2.0%~5.0%之间定义为空化初生阶段;转矩下降大于5.0%定义为空化严重阶段。高速摄影试验表明,空化初生最先发生在泵轮叶片外缘的背面,随着压力的进一步减小空泡体积逐渐增大并占满整个流道;空化前后振动加速度幅值存在明显差异,空化初生时振动加速度幅值最大,严重空化时次之,未空化时最小,且在2000~3000Hz和4000~5000Hz频段范围内空化前后振动加速度幅值变化更加明显;空化发生前后声压级存在明显差异,空化初生时声压级最大,严重空化时次之,未空化时最小,在2000~4000Hz和5000~6400Hz频段范围内空化前后声压级变化更加明显;空化发生前后压力脉动存在明显差异,未空化时压力脉动幅值最大,空化初生时次之,严重空化时最小,4倍轴频倍频和叶频信号对空化的演化过程度最为敏感。(5)对空化特征信号进行量化分析,确定各信号阈值。采用3σ原则确定振动和噪声的空化阈值,振动信号在2000~3000Hz频带的阈值为94.5dB,4000~5000Hz频带的阈值为89dB;噪声频带在2000~3000Hz频带的阈值为97dB,4000~5000Hz频带的阈值为78dB;采用比值的方法确定压力脉动的空化阈值,4APF处比值阈值为1.9,BPF处比值阈值为2.3。采用试验测试对提出的各信号阈值确定方法进行了验证,验证结果显示,阈值确定方法对空化的监测是有效的,具有一定工程意义。