發(fā)動機(jī)與液力變矩器動力匹配實(shí)例.ppt

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1、一、動力匹配的用途 1.研究變矩器與柴油機(jī)共同工作的目的在于檢查變矩器的型式與有效直徑的選擇是否合適，如何配合才能使整機(jī)獲得良好的性能。 一臺裝有變矩器的運(yùn)輸車輛或工程機(jī)械，其性能的好壞并不單純決定于液力變矩器的性能。它既與車輛的柴油機(jī)、機(jī)械傳動和行駛裝置等本身的性能有關(guān)，又與和它們之間匹配的是否合理有關(guān)。 2.車輛的牽引性能和經(jīng)濟(jì)性，在很大程度上取決于柴油機(jī)與變矩器的配合。 3.確定液力機(jī)械傳動系統(tǒng)中變速箱的排擋數(shù)目。 車輛上安裝的液力變矩器其工作條件是復(fù)雜的，對它的力矩要求和轉(zhuǎn)速要求也是多樣的。液力變矩器特性曲線工作范圍的寬度，將影響液力機(jī)械傳動系統(tǒng)中變速箱的排擋數(shù)目。,二、動力

2、匹配研究的對象和已知條件 1.發(fā)動機(jī)性能參數(shù)定義： 發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)有動力性指標(biāo)（有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速等），經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（燃油消耗率），運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（排氣品質(zhì)、噪聲和啟動性能等）。 （1）有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，以Te表示，單位N.m，有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動機(jī)曲軸上的阻力矩相平衡。 （2）有效功率 發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為有效功率，用Pe表示，它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度乘積。發(fā)動機(jī)產(chǎn)品銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速，稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。,（3）燃油消耗率 發(fā)動機(jī)每發(fā)出1kW有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以g為單位），稱為燃油消耗率

3、，用be表示，燃油消耗率越低，經(jīng)濟(jì)性越好。發(fā)動機(jī)的性能是隨著許多因素而變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動機(jī)特性。 （4）怠速 柴油機(jī)的不帶負(fù)載最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，一般稱為怠速。 （5）最高轉(zhuǎn)速 柴油機(jī)在最大油門下不帶負(fù)載轉(zhuǎn)速，一般稱為最高轉(zhuǎn)速，一般為額定轉(zhuǎn)速的1.071.1倍。 （6）調(diào)速率 柴油機(jī)調(diào)速區(qū)段的轉(zhuǎn)速范圍，調(diào)速率計(jì)算公式為： 調(diào)速率=（最高轉(zhuǎn)速-額定轉(zhuǎn)速）/額定轉(zhuǎn)速*100%,2.發(fā)動機(jī)性能參數(shù)及性能曲線 發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)即發(fā)動機(jī)的速度特性，指發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。這個特性是通過發(fā)動機(jī)在試驗(yàn)臺架上進(jìn)行試驗(yàn)求得，試驗(yàn)時，先保持一定的發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度

4、，同時用測功器對發(fā)動機(jī)曲軸施加一定的阻力矩，當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，即阻力矩與發(fā)動機(jī)發(fā)出的有效轉(zhuǎn)矩相等時，用轉(zhuǎn)速表測出此時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速n，同時在測功器上測出該轉(zhuǎn)速下發(fā)動機(jī)有效轉(zhuǎn)矩Te，根據(jù)下式計(jì)算出有效功率Pe： Pe=Te.n/9550,式中， Te有效轉(zhuǎn)矩（N.m）；n曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）。 燃油消耗率：在上述試驗(yàn)臺上測出消耗一定量燃料所經(jīng)歷的時間，用以換算發(fā)動機(jī)每小時消耗油量B，按下式計(jì)算燃油消耗率be。 be=B/Pe*103 發(fā)動機(jī)最小燃油消耗率的相應(yīng)轉(zhuǎn)速一般是介于最大轉(zhuǎn)矩時轉(zhuǎn)速和最大功率時轉(zhuǎn)速之間。,從上圖看，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1500時，發(fā)動機(jī)曲軸輸出扭矩最大，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于1

5、500時，燃油燃燒不良，轉(zhuǎn)速降低，每個工作循環(huán)的時間增長，燃燒氣體與氣缸壁接觸時間也增長，因而，轉(zhuǎn)矩變小。 轉(zhuǎn)速高于1500轉(zhuǎn)增加時，由于工作循環(huán)時間縮短，進(jìn)氣時間變短，氣流速度增高，阻力加大，充氣量減小，而且摩擦損失也增大，故輸出扭矩也減小。 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1900時，有效功率達(dá)到最大值。功率是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積。 在怠速和最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，Te和n都是逐漸增加，其乘積也增加，故在此范圍內(nèi)，Pe也隨n增加而增加； 在最大轉(zhuǎn)矩和最大功率轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速n增加，功率Pe雖然增大，但Te卻逐漸降低，不過降低較緩慢，Pe增加也緩慢。 超過最大功率轉(zhuǎn)速時，n增加，Te下降較快，Pe也逐漸下降。,3.變

6、矩器 液力變矩器的作用： a.使車輛能夠自動適應(yīng)外界載荷的變化。 當(dāng)外界載荷突然增大時，車輛自動地減速，同時自動增大牽引力，以克服增大的外載荷；反之，當(dāng)外界載荷變小時，自動提高車輛車速，同時，自動減小牽引力。 b.提高車輛的使用壽命。 變矩器利用液體作為工作介質(zhì)，故能吸收并消除來自發(fā)動機(jī)和外載荷的震動與沖擊，因而提高了車輛的使用壽命。 c.提高車輛的通過性能。 液力變矩器可以使車輛以任意小的速度行駛，牽引力可在附著條件容許限度內(nèi)得到很好地利用，從而提高了車輛的通過性能。,d.提高了車輛的舒適性。 采用液力傳動的車輛，起步平穩(wěn)，并在較大的速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級變速，可以吸收和消除變速行

7、駛時的振動與沖擊，從而提高了車輛的舒適性。 e.簡化了車輛的操縱。 因?yàn)橐毫ψ兙仄鞅旧砭褪且粋€無級自動變速器，相當(dāng)于擴(kuò)大了發(fā)動機(jī)的動力范圍，故變速器的檔數(shù)可以顯著減少。 進(jìn)行動力匹配即變矩器與發(fā)動機(jī)的匹配計(jì)算，必須先了解液力變矩器的特性，液力變矩器的特性包括原始特性、輸入特性和輸出特性。 （1）原始特性 變矩器的原始特性是研究1、2=f（i）的變化關(guān)系。,匹配中用到的幾個參數(shù)： 1.循環(huán)圓直徑D： 由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪組成封閉的環(huán)形空間，通常叫做循環(huán)圓，它的直徑就是循環(huán)圓直徑。 2.變矩系數(shù)K： 渦輪軸輸出力矩與泵輪軸輸入力矩之比。即 K=M2/M1 式中，M1泵輪軸上的輸入力

8、矩； M2渦輪軸上的輸出力矩。 （1）當(dāng)制動工況時，渦輪停止轉(zhuǎn)動，此時，變矩系數(shù)最大，用K0表示 ，表示液力變矩器啟動能力，克服超載能力。 3.變矩器的傳動效率,變矩器的傳動效率：即渦輪軸上輸出功率與泵輪軸上輸入功率之比。 =N2/N1=M2*n2/M1/n1=K*i 式中， N1泵輪軸上的輸入功率； N2渦輪軸上的輸出功率； 4.變矩器的傳動比i 渦輪軸輸出轉(zhuǎn)速與泵輪軸轉(zhuǎn)速之比，即 i=n2/n1 式中， n1泵輪軸輸入轉(zhuǎn)速； n2渦輪軸輸出轉(zhuǎn)速。,5.能容 表示變矩器傳遞能量的能力，我國用泵輪力矩系數(shù)1表示變矩器傳遞能量的能力大小。 6.變矩器的原始特性 變矩器

9、的原始特性是研究1、2=f（i）的變化關(guān)系。 泵輪傳遞力矩的比例常數(shù)為1 ，渦輪傳遞力矩的比例常數(shù)為2，它們也被分別叫做泵輪力矩系數(shù)和渦輪力矩系數(shù)。 泵輪力矩和渦輪力矩方程為： M1= 1n12D5 M2= 2n12D5 泵輪力矩系數(shù)1和渦輪力矩系數(shù)2是在試驗(yàn)臺測得數(shù)據(jù)求得的。,,右圖為變矩器特性試驗(yàn)裝置。 試驗(yàn)時，保持泵輪轉(zhuǎn)速恒定，改變M2，測得M1、n2，再根據(jù)上述力矩方程，即可求得,,,,,,,,,泵輪力矩系數(shù)和渦輪力矩系數(shù)。 用以上測得的M1、M2、n2即可繪制變矩器的外特性曲線。,在上圖（a）中任取一點(diǎn)n2=1n2，可得1M1及2M2，根據(jù)力矩方程可得： 11=1

10、M1/（n12D5） 12=1M2/（n12D5） 而，i=1n2/n1，這樣即得=f（i）曲線上兩個點(diǎn)（1i、11）及（1i、12），同樣得方法類推，即可得變矩器原始特性曲線1、2=f（i），如圖（b）所示。 變矩器的原始特性曲線除了給出1、2=f1、2（i）外，還要繪出K、=f3、4（i）曲線，如下圖。,具體求法是：有了原始特性1、2=f1、2（i） 即可按如下求得變矩器系數(shù)K和變矩器效率： K=M2/M1=2/1=f3（i） =N2/N1=M2n2/M1n1=Ki =f4（i）,7.變矩器的輸入特性 變矩器的輸入特性是研究M1=f（n1）的變化關(guān)系。 輸入特性可根據(jù)原始特性

11、用力矩計(jì)算方程求得。對于給定的液力變矩器，一定的工作液體，給定傳動比下，1D5=常數(shù)C，故 M1=Cn12 M1是隨n1變化，通過坐標(biāo)原點(diǎn)的拋物線。 當(dāng)i變化時，1變化，形成一組泵輪負(fù)載拋物線，即變矩器的輸入特性曲線，如下圖示。,得到變矩器的輸入特性，就可求得變矩器和發(fā)動機(jī)共同工作時發(fā)動機(jī)的工作點(diǎn)。 裝載機(jī)發(fā)動機(jī)飛輪和變矩器泵輪直接連接，則發(fā)動機(jī)發(fā)出力矩Me=M1，發(fā)動機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速ne=n1，故M1=f（i）就是發(fā)動機(jī)的負(fù)荷特性曲線。,7.變矩器的輸出特性 變矩器的輸出特性是研究M2、M1、n1、=f（n2）的變化關(guān)系。 當(dāng)發(fā)動機(jī)油門全開時，則發(fā)動機(jī)的工作點(diǎn)就是發(fā)動機(jī)曲軸輸出扭矩

12、特性曲線和M1=f（n1）曲線的交點(diǎn)A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7各點(diǎn)，如下圖。 根據(jù)變矩器的原始特性和輸入特性，即可求得變矩器和發(fā)動機(jī)共同工作的輸入特性。,參看下頁圖中，在變矩器原始特性圖（a）上假定某一傳動比1i，然后找到對應(yīng)的11、1K、1，作出發(fā)動機(jī)負(fù)荷拋物線，即變矩器輸入特性，圖（b），M1=11n12D5和柴油機(jī)的速度特性的交點(diǎn),1Me、1ne，故 1M1=1Me，1n1=1ne 而，1M2=1K1M1=1K1Me，1n2=1i1n1=1i1ne 這時，變矩器的傳動效率1 。,這樣即得到輸出特性M1、M2、n1、=f（n2）曲線上與1i相對應(yīng)得一個點(diǎn)（1M1，1n2）

13、、（1M2，1n2）、（1n1，1n2）、（1，12），多取幾個i值，即可求得輸出特性M1、M2、n1、=f（n2）曲線。 8.千轉(zhuǎn)扭矩MBg 現(xiàn)在，我國目前多用千轉(zhuǎn)扭矩MBg表示變矩器能容。 MBg=Mb/(Nb/1000)2 與軟件中（104）=MBg*104/（10002*D5） 即變矩器特性參數(shù)給出的是：MBg、K、i、,,三、變矩器與發(fā)動機(jī)匹配的簡單分析 研究變矩器和發(fā)動機(jī)共同工作的目的在于檢查變矩器結(jié)構(gòu)型式和有效直徑的選擇是否合適，如何配合才能使整機(jī)獲得良好的性能。 發(fā)動機(jī)實(shí)際使用時，除帶動發(fā)動機(jī)的輔助裝置（風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)、空氣濾清器、消音器等）外，還須帶動整車輔助裝置

14、（包括工作裝置用油泵、變速泵、轉(zhuǎn)向泵、制動泵、氣泵、冷卻泵等），故發(fā)動機(jī)的力矩曲線必須根據(jù)裝載機(jī)的具體使用情況，扣除帶動這些裝置的力矩確定。 對于裝載機(jī)，由于變矩器和工作裝置油泵經(jīng)常同時工作，,而工作裝置油泵所消耗的功率約占發(fā)動機(jī)功率的40-60%，故確定變矩器的有效直徑D時，就不能采用發(fā)動機(jī)的全功率匹配，否則在牽,引工況時，勢必引起發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，鏟斗動作緩慢，發(fā)動機(jī)功率利用程度降低，作業(yè)效率降低。 實(shí)際上裝載機(jī)的整個工作過程中，各泵不是處于滿負(fù)荷工作，因而裝載機(jī)工作是處于下圖陰影線面積區(qū)域之中。 為兼顧裝載機(jī)的整個工作過程，則所選變矩器在最高效工況i*的負(fù)荷拋物線與全功率匹配交點(diǎn)A扭

15、矩M接近于額定扭矩點(diǎn)，與部分功率匹配扭矩M的交點(diǎn)B則接近于額定扭矩點(diǎn)的外特性區(qū)段。 為全面評價變矩器的性能，一般根據(jù)變矩器幾種典型工況下有關(guān)上述性能的指標(biāo)來評價。 幾種典型的工況是：啟動工況、最高效率工況、高效工作區(qū),域。 1.啟動工況 啟動工況即i=0的工況，此時的評價參數(shù)為：啟動變矩系數(shù)K0和力矩系數(shù)0。 2.最高效率工況 =max的工況稱為最高效率工況，此時傳動比i、變矩系數(shù)K、力矩系數(shù)，都作為評價指標(biāo)。 3.高效工作區(qū)域 效率值不低于給定值（一般是75-80%）的區(qū)域稱為高效工,作區(qū)域，作為評價指標(biāo)的參數(shù)是高效區(qū)的最大變矩系數(shù)Kp以及高效區(qū)域傳動比的范圍dp。 通常認(rèn)

16、為高效工作區(qū)域范圍越寬（dp值越大），最高效率max值越大，變矩器的性能越好。,按右圖示，簡單分析一下如何配合為好： 1）發(fā)動機(jī)全功率匹配扭矩曲線2，此時不與負(fù)荷拋物線相交，發(fā)動機(jī)只能使用在部分,特性和調(diào)速特性上，即配合的不好。 2）發(fā)動機(jī)全功率匹配扭矩曲線3，發(fā)動機(jī)僅能在低轉(zhuǎn)速下工作，此時發(fā)動機(jī)不能發(fā)揮最大功率。 為了使兩者聯(lián)合工作的性能良好，在為給定的發(fā)動機(jī)選擇變矩器時，一般使通過調(diào)整有效直徑來達(dá)到；在為給定的變矩器選擇發(fā)動機(jī)時，一般是先畫出變矩器的輸入特性曲線，按工作需要和機(jī)器所需功率選擇一個與上述輸入特性配合得較好的的發(fā)動機(jī)特性曲線。 結(jié)論：對于安裝液力變矩器的機(jī)器，選擇性能比較

17、好的發(fā)動機(jī)和變矩器固然重要，但更重要的是二者的相互配合。,下面就FL958G配東風(fēng)康明斯發(fā)動機(jī)、杭齒ZL40/50雙變、徐州美馳驅(qū)動橋的匹配過程作以簡單說明。,第一步，輸入已知參數(shù),第二步，輸入發(fā)動機(jī)外特性參數(shù),第三步，計(jì)算各種扭矩消耗 泵所消耗扭矩的計(jì)算按下式： M=0.159*排量*壓力/（變速比*效率）,第四步，輸入變矩器原始特性參數(shù),第五步，變矩器泵輪負(fù)載特性參數(shù),第六步，發(fā)動機(jī)與變矩器共同工作的輸入特性曲線,第七步，共同工作輸出特性， 下表nb為匹配轉(zhuǎn)速，其它為計(jì)算值： Mb=1nb2D5 nt=nb*i Mt=Mb*K =Mt*nt/（Mb*nb）=K*i,發(fā)動機(jī)與變矩器共同工

18、作的輸出特性曲線,到此其實(shí)發(fā)動機(jī)與變矩器的匹配已經(jīng)完成，下一步工作就是根據(jù)匹配后渦輪的輸出特性進(jìn)行牽引計(jì)算，這些計(jì)算主要包括：各檔牽引力、車速計(jì)算、最大爬坡能力計(jì)算、加速性能分析。 1）各檔牽引力計(jì)算 P=MT*i總*總/rD 式中， MT渦輪輸出力矩； i總總傳動比，包括變速箱各檔傳動比和驅(qū)動橋總速比； 總總傳動機(jī)械效率；,rD車輪滾動半徑 2）各檔車速計(jì)算 V=0.377*nt*rD/i總 式中, nt渦輪輸出轉(zhuǎn)速 rD車輪滾動半徑 3）牽引功率計(jì)算 N=PV/270 4）附著牽引力計(jì)算,附著牽引力是指附著重量和附著條件決定的牽引力，由下式計(jì)算所得： P=W滿 式中， W滿是指附著重量，包括整機(jī)重量和額定載荷重量； 標(biāo)定路面附著系數(shù)，一般取0.75。 5）最大爬坡能力計(jì)算 裝載機(jī)的最大爬坡能力是指裝載機(jī)以某一檔位等速行駛時，所能爬坡的最大坡度角或最大坡度。對應(yīng)于最大坡度角max的速度叫做這一檔位時的臨界轉(zhuǎn)速，用Vhmin表示。,最大爬坡角度的計(jì)算分由滿載最大牽引力P滿、標(biāo)定路面附著系數(shù)、離去角三種情況確定，取最小值。 a.滿載情況離去角1 1=arcsin（P滿/mg ） b.標(biāo)定路面附著條件情況離去角2 2=arctg c.離去角情況3 實(shí)際測量的離去角。,謝謝大家！,