发动机与液力变矩器动力匹配实例

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1λ1=1M1/(γn12D5) 1λ2=1M2/(γn12D5) 而,i=1n2/n1,这样即得λ=f(i)曲线上两个点(1i、1λ1) 及(1i、1λ2),同样得方法类推,即可得变矩器原始特性曲线 λ1、λ2=f(i),如图(b)所示。 变矩器的原始特性曲线除了给出λ1、λ2=f1、2(i)外,还 要绘出K、η=f3、4(i)曲线,如下图。
2.发动机性能参数及性能曲线
发动机的性能参数即发动机的速度特性,指发动机的功 率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。这个特 性是通过发动机在试验台架上进行试验求得,试验时,先保 持一定的发动机节气门开度,同时用测功器对发动机曲轴施 加一定的阻力矩,当发动机运转稳定后,即阻力矩与发动机 发出的有效转矩相等时,用转速表测出此时的稳定转速n,同 时在测功器上测出该转速下发动机有效转矩Te,根据下式计 算出有效功率Pe:
即变矩器特性参数给出的是:MBg、K、i、η
三、变矩器与发动机匹配的简单分析 研究变矩器和发动机共同工作的目的在于检查变矩器结构 型式和有效直径的选择是否合适,如何配合才能使整机获得良 好的性能。 发动机实际使用时,除带动发动机的辅助装置(风扇、水 泵、发电机、空气滤清器、消音器等)外,还须带动整车辅助 装置(包括工作装置用油泵、变速泵、转向泵、制动泵、气泵、 冷却泵等),故发动机的力矩曲线必须根据装载机的具体使用 情况,扣除带动这些装置的力矩确定。 对于装载机,由于变矩器和工作装置油泵经常同时工作,
2.车辆的牵引性能和经济性,在很大程度上取决于柴油机 与变矩器的配合。
3.确定液力机械传动系统中变速箱的排挡数目。
车辆上安装的液力变矩器其工作条件是复杂的,对它的力 矩要求和转速要求也是多样的。液力变矩器特性曲线工作范围 的宽度,将影响液力机械传动系统中变速箱的排挡数目。
二、动力匹配研究的对象和已知条件
3.变矩器 液力变矩器的作用: a.使车辆能够自动适应外界载荷的变化。 当外界载荷突然增大时,车辆自动地减速,同时自动增大牵 引力,以克服增大的外载荷;反之,当外界载荷变小时,自动提 高车辆车速,同时,自动减小牵引力。 b.提高车辆的使用寿命。 变矩器利用液体作为工作介质,故能吸收并消除来自发动机和外 载荷的震动与冲击,因而提高了车辆的使用寿命。
参看下页图中, 在变矩器原始特性图 (a)上假定某一传 动比1i,然后找到对 应的1λ1、1K、1η, 作出发动机负荷抛物 线,即变矩器输入特 性,图(b), M1=1λ1γn12D5和柴油 机的速度特性的交点
1Me、1ne,故 1M1=1Me,1n1=1ne
而,1M2=1K·1M1=1K·1Me,1n2=1i·1n1=1i·1ne 这时,变矩器的传动效率1η 。
当转速达到1900时,有效功率达到最大值。功率是转矩与转 速的乘积。
在怠速和最大转矩转速范围内,Te和n都是逐渐增加,其乘积 也增加,故在此范围内,Pe也随n增加而增加;
在最大转矩和最大功率转速范围内,转速n增加,功率Pe虽 然增大,但Te却逐渐降低,不过降低较缓慢,Pe增加也缓慢。
超过最大功率转速时,n增加,Te下降较快,Pe也逐渐下降。
具体求法是:有了原 始特性λ1、λ2=f1、2(i) 即可按如下求得变矩器系 数K和变矩器效率η:
K=M2/M1=λ2/λ1=f3(i) η=N2/N1=M2n2/M1n1=Ki
=f4(i)
7.变矩器的输入特性 变矩器的输入特性是研究M1=f(n1)的变化关系。 输入特性可根据原始特性用力矩计算方程求得。对于给定的 液力变矩器,一定的工作液体,给定传动比下,λ1γD5=常数C, 故
通常认为高效工作区域范围越宽(dp值越大),最高效率 ηmax值越大,变矩器的性能越好。
按右图示,简单分析一下 如何配合为好:
1)发动机全功率匹配扭 矩曲线2,此时不与负荷抛物线 相交,发动机只能使用在部分
特性和调速特性上,即配合的不好。 2)发动机全功率匹配扭矩曲线3,发动机仅能在低转速下工
作,此时发动机不能发挥最大功率。 为了使两者联合工作的性能良好,在为给定的发动机选择变
发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率,用Pe表示, 它等于有效转矩与曲轴角速度乘积。发动机产品铭牌上标明的 功率及相应转速,称为额定功率和额定转速。
(3)燃油消耗率 发动机每发出1kW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量(以g 为单位),称为燃油消耗率,用be表示,燃油消耗率越低,经济 性越好。发动机的性能是随着许多因素而变化的,其变化规律称 为发动机特性。 (4)怠速 柴油机的不带负载最低稳定转速,一般称为怠速。 (5)最高转速 柴油机在最大油门下不带负载转速,一般称为最高转速,一 般为额定转速的1.07~1.1倍。 (6)调速率 柴油机调速区段的转速范围,调速率计算公式为: 调速率=(最高转速-额定转速)/额定转速*100%
Pe=Te.n/9550
式中,
Te—有效转矩(N.m);
n—曲轴转速(r/min)。
燃油消耗率:在上述试验 台上测出消耗一定量燃料 所经历的时间,用以换算 发动机每小时消耗油量B, 按下式计算燃油消耗率be。
be=B/Pe*103
发动机最小燃油消耗 率的相应转速一般是介于 最大转矩时转速和最大功 率时转速之间。
1.发动机性能参数定义:
发动机的主要性能指标有动力性指标(有效转矩、有效功 率、转速等),经济性指标(燃油消耗率),运转性能指标 (排气品质、噪声和启动性能等)。
(1)有效转矩
发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩,以Te表示, 单位N.m,有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。
(2)有效功率
它的直径就是循环圆直径。 2.变矩系数K: 涡轮轴输出力矩与泵轮轴输入力矩之比。即 K=M2/M1
式中,M1—泵轮轴上的输入力矩; M2—涡轮轴上的输出力矩。
(1)当制动工况时,涡轮停止转动,此时,变矩系数最大, 用K0表示 ,表示液力变矩器启动能力,克服超载能力。
3.变矩器的传动效率η
变矩器的传动效率η:即涡轮轴上输出功率与泵轮轴上输入 功率之比。
域。 1.启动工况 启动工况即i=0的工况,此时的评价参数为:启动变矩系数K0
和力矩系数λ0。 2.最高效率工况 η=ηmax的工况称为最高效率工况,此时传动比iη、变矩系
数Kη、力矩系数λη,都作为评价指标。 3.高效工作区域 效率值η不低于给定值(一般是75-80%)的区域称为高效工
作区域,作为评价指标的参数是高效区的最大变矩系数Kp以及高 效区域传动比的范围dp。
矩器时,一般使通过调整有效直径来达到;在为给定的变矩器选 择发动机时,一般是先画出变矩器的输入特性曲线,按工作需要 和机器所需功率选择一个与上述输入特性配合得较好的的发动机 特性曲线。 结论:对于安装液力变矩器的机器,选择性能比较好的发动机和 变矩器固然重要,但更重要的是二者的相互配合。
下面就FL958G配东风康明斯发动机、杭齿ZL40/50双变、徐州 美驰驱动桥的匹配过程作以简单说明。
M1=Cn12 M1是随n1变化,通过坐标原点的抛物线。 当i变化时,λ1变化,形成一组泵轮负载抛物线,即变矩器 的输入特性曲线,如下图示。
得到变矩器的输入特性, 就可求得变矩器和发动机共 同工作时发动机的工作点。
装载机发动机飞轮和变 矩器泵轮直接连接,则发动 机发出力矩Me=M1,发动机的 飞轮转速ne=n1,故M1=f(i) 就是发动机的负荷特性曲线。
这样即得到输出特性M1、M2、n1、η=f(n2)曲线上与1i 相对应得一个点(1M1,1n2)、(1M2,1n2)、(1n1,1n2)、 (1η,1η2),多取几个i值,即可求得输出特性M1、M2、n1、 η=f(n2)曲线。
8.千转扭矩MBg
现在,我国目前多用千转扭矩MBg表示变矩器能容。
MBg=Mb/(Nb/1000)2 与软件中λγ(104)=MBg*104/(10002*D5)
从上图看,当发动机转速为1500时,发动机曲轴输出扭矩最 大,当发动机转速低于1500时,燃油燃烧不良,转速降低,每个 工作循环的时间增长,燃烧气体与气缸壁接触时间也增长,因而, 转矩变小。
转速高于1500转增加时,由于工作循环时间缩短,进气时间变短, 气流速度增高,阻力加大,充气量减小,而且摩擦损失也增大, 故输出扭矩也减小。
η =N2/N1=M2*n2/M1/n1=K*i 式中,
N1—泵轮轴上的输入功率; N2—涡轮轴上的输出功率; 4.变矩器的传动比i 涡轮轴输出转速与泵轮轴转速之比,即 i=n2/n1 式中, n1—泵轮轴输入转速; n2—涡轮轴输出转速。
5.能容
表示变矩器传递能量的能力,我国用泵轮力矩系数λ1表示 变矩器传递能量的能力大小。
右图为变矩器 特性试验装置。
试验时,保持 发动机 泵轮转速恒定,改 或 变M2,测得M1、n2, 测功器 再根据上述力矩方 程,即可求得
变矩器
测功器
泵轮力矩系数和涡轮力矩系数。
用以上测得的M1、M2、n2即可绘制变矩器的外特性曲线。
在上图(a)中任取一点n2=1n2,可得1M1及2M2,根据力矩方 程可得:
7.变矩器的输出特性
变矩器的输出特性是研究M2、M1、n1、η=f(n2)的变化关 系。
当发动机油门全开时,则发动机的工作点就是发动机曲轴 输出扭矩特性曲线和M1=f(n1)曲线的交点A1、A2、A3、A4、A5、 A6、A7各点,如下图。
根据变矩器的原始特性和输入特性,即可求得变矩器和发 动机共同工作的输入特性。
6.变矩器的原始特性
变矩器的原始特性是研究λ1、λ2=f(i)的变化关系。
泵轮传递力矩的比例常数为λ1 ,涡轮传递力矩的比例常数 为λ2,它们也被分别叫做泵轮力矩系数和涡轮力矩系数。
泵轮力矩和涡轮力矩方程为:
M1= λ1γn12D5 M2= λ2γn12D5 泵轮力矩系数λ1和涡轮力矩系数λ2是在试验台测得数据求 得的。
c.提高车辆的通过性能。 液力变矩器可以使车辆以任意小的速度行驶,牵引力可在附 着条件容许限度内得到很好地利用,从而提高了车辆的通过性能。
Байду номын сангаас
d.提高了车辆的舒适性。
采用液力传动的车辆,起步平稳,并在较大的速度范围内实 现无级变速,可以吸收和消除变速行驶时的振动与冲击,从而提 高了车辆的舒适性。
e.简化了车辆的操纵。
而工作装置油 泵所消耗的功 率约占发动机 功率的4060%,故确定 变矩器的有效 直径D时,就 不能采用发动 机的全功率匹 配,否则在牵
引工况时,势必引起发动机转速降低,铲斗动作缓慢,发动机功 率利用程度降低,作业效率降低。
实际上装载机的整个工作过程中,各泵不是处于满负荷工作, 因而装载机工作是处于下图阴影线面积区域之中。
为兼顾装载机的整个工作过程,则所选变矩器在最高效工况 i*的负荷抛物线与全功率匹配交点A扭矩M接近于额定扭矩点,与 部分功率匹配扭矩M’的交点B则接近于额定扭矩点的外特性区段。
为全面评价变矩器的性能,一般根据变矩器几种典型工况下 有关上述性能的指标来评价。
几种典型的工况是:启动工况、最高效率工况、高效工作区
因为液力变矩器本身就是一个无级自动变速器,相当于扩大了发 动机的动力范围,故变速器的档数可以显著减少。
进行动力匹配即变矩器与发动机的匹配计算,必须先了解液 力变矩器的特性,液力变矩器的特性包括原始特性、输入特性和 输出特性。
(1)原始特性
变矩器的原始特性是研究λ1、λ2=f(i)的变化关系。
匹配中用到的几个参数: 1.循环圆直径D: 由泵轮、涡轮和导轮组成封闭的环形空间,通常叫做循环圆,
第一步,输 入已知参数
第二步,输入发 动机外特性参数
第三步,计算各种扭矩消耗 泵所消耗扭矩的计算按下式: M=0.159*排量*压力/(变速比*效率)
第四步,输入变矩器原始特性参数
一、动力匹配的用途
1.研究变矩器与柴油机共同工作的目的在于检查变矩器的型 式与有效直径的选择是否合适,如何配合才能使整机获得良好 的性能。
一台装有变矩器的运输车辆或工程机械,其性能的好坏并 不单纯决定于液力变矩器的性能。它既与车辆的柴油机、机械 传动和行驶装置等本身的性能有关,又与和它们之间匹配的是 否合理有关。
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