液力变矩器与柴油机合理匹配及其影响因素

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:3

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摘要：分析了工程机械中液力变矩器与柴油机的特性及合理匹配，并讨论影响其共同工作点的诸因素。
关键词：工程机械；液力变矩器；柴油机

引言

工程机械通常以柴油机为动力源。由于柴油发动机的扭矩适应系数较小，难以适应工程机械的外载荷频繁变化的要求；或长时间在负荷不足的工况下工作，降低了发动机的功率利用率。当采用液力变矩器形成液力—机械传动后，能使工程机械获得较好的牵引特性，对载荷的波动有自动适应性，能减少振动和冲击，避免发动机熄火，实现无级变速，减少换档次数，从而充分利用发动机功率。但液力变矩器与柴油机的匹配是否合理对其各自性能的发挥及工程机械的整机性能均具有重要的影响。为此，本文将分析工程机械中液力变矩器与柴油机的工作特性、合理匹配关系，以及影响其共同工作点的各种因素。

1 发动机的特性

1．1 柴油机速度特性

速度特性是指柴油机的转速nf与其输出扭矩Mf、功率Nf及比燃料消耗量gf之间的变化关系。为改善柴油机的超速和怠速不稳定问题，通常工程机械中应用较多的是带全程式调速器的柴油机。其速度特性如图１所示。

图1 柴油机的速度特性

最大供油时，所得到的速度特性称为发动机的外特性，如曲线abc段；在调速器起作用时的速度特性称为调速特性，如曲线cd段。

1．2 典型工况及评价参数

（1）发动机最大功率工况：Ne—额定(标定)功率、ne—额定转速、Me—额定扭矩。
（2）发动机最大扭矩工况：Mm —最大扭矩、nm—最大扭矩工况下的转速。
（3）空转最高转速工况：一般nmax =(1.1-1.2)ne ，对应的M、N接近0。
（4）空载最低转速工况（怠速工况）：此时发动机输出功率和扭矩接近于零。
（5）发动机适应性系数：Kf =Mm /Me一般Kf≤1.4.发动在ab段工作不稳定, 在bc、cd段工作是稳定的。

2 液力变矩器的特性

2.1 原始（类型）特性

原始特性是指泵轮力矩系数λb、变矩比K、效率η与转速比i间的关系。λb=f(i)、K=g(i)、η=h(i)分别表示变矩器的负载特性、变矩特性和经济特性。某一系列几何相似而尺寸不同的变矩器，它们的原始特性曲线是一样的。如图2所示。

图2 变矩器原始特性曲线图3 变矩器负载特性

2．2 输入（负载）特性

输入特性是指泵轮扭矩Mb与转速nb间的关系，由扭矩方程Ｍb=γλbD⁵n_b²决定。当工作油（γ）及变矩器（D⁵）确定时，在某个i工况下，Ｍb随nb变化是通过原点的二次抛物线。当工况变化时，λb也变化，可得一簇抛物线，如图３所示。

2．3 典型工况及评价参数

（1）效率特性：用η= g3 ( i ) 表示。最高效率工况：i* 、η*、λb*、K*.
（2）起动（最高变矩系数）工况：i0＝０、η0＝０、λb 0、K0。要求K0≥３.
（3）高效工作范围：用η≥７５％时的速比幅度来衡量，即J = i2/i1应大。
（4）无级变矩：K = g2 ( i )，随着工况i的不同，变矩系数是变化的。
（5）自动适应性：MT =g4 (nT )，当负载下降时，转速自动升高；反之转速下降。
（6）能容特性：用λb＝g1 ( i )表示，变矩器从发动机吸收的力矩值及变化情况。

（7）透穿性及透穿系数：在能容特性曲线λb＝g1 (i )上，当dλb/di＞ 0 时具有负透穿性（离心式涡轮）；当dλb/di ＜ 0 时具有正透穿性（向心式涡轮）；当dλb/di＝0 时具有不透穿性（轴流式涡轮）。透穿系数：Π＝λb 0／λb*。

3 发动机与液力变矩器的匹配

3.1 合理匹配

（１）充分发挥柴油机功率：利用变矩器的最高效率i*工况，传递发动机的额定功率Ｎe ，如图４中曲线①所示。使车辆获得最大的平均速度或最高的作业生产率。

图4 发动机与液力变矩器的理想匹配图5 柴油机油门对共同工作范围的影响

（２）发动机运转稳定油耗低：利用变矩器的最高效率i*工况，传递发动机的油耗最低时的功率和扭矩，如图４中曲线②所示。使车辆具有良好的经济性。

（３）满足车辆工作及速度要求：利用变矩器的最高变矩系数Ｋ（或低转速比）工况，传递发动机的最大扭矩Ｍm ，如图４中曲线③所示。使车辆获得良好的加速性能、起动性能，并获得最大的牵引力和铲、掘力。

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