内燃机车液力传动1

内燃机车液力传动
循环圆的作用
各叶轮的排列顺序、布置位置、几何尺寸（据此可预知变矩器的特性 及其类型）
循环圆的有效直径，D—最大直径（代表尺寸，可估计变矩器吸收 功率大小）
变矩器的内环与外环（BTD流道内外侧回转曲面在轴面上的封闭 曲线）
变矩器的芯部（内环所构成的空间）
叶轮的进出口边（旋转投影的轴面交线）位置和宽度
内燃机车液力传动
内燃机车液力传动
主要内容
第一章 绪论
传动装置的作用、分类 液力传动的基本概念、应用与发展
第二章 液力变矩器
变矩器的结构、工作原理、特性曲线； 变矩器内部的流动分析、流动损失与能量平衡、变矩器的计 算性能简介； 变矩器的外特性、外特性曲线族，全外特性； 变矩器的无因次特性、透穿性与透穿度； 变矩器与柴油机共同工作的输入特性、输出特性、输出特性 的调节方法； 变矩器的结构与分类； 变矩器的试验、工作液体、补偿系统。
2、持续速度范围问题：
柴油机的弹性系数（最大最小转速之比），只有2~3，而机 车的最大速度与最低持续速度之比为4~6以上，速度范围完 全不同。
3 、起动与换向
柴油机必须在怠速以上的转速范围内才能稳定工作，传动装 置能使柴油机无载起动，变换机车运行方向。
内燃机车液力传动
对传动装置的要求
1 便于柴油机起动； 2 持续速度范围要大； 3 要能使柴油机在额定工况下持续工作； 4 传动效率尽可能地高； 5 有使机车换向的机构，并保证前进、后退性能相同； 6 可靠性高、维修性好、适应各种工作条件； 7 结构简单、尺寸紧凑、重量轻、造价低； 8 尽可能系列化、模块化。
3、平均回转曲面上的流动 其它所有回转曲面上的流动 压缩 二元流动 一个二元流动
4、叶片无限多、叶片无限薄（轴对称）
压缩 二元流动 一元流动
5、不计摩擦阻力（流体间、流体与壁面）
引用
内燃机车液力传动
简化过程示意
三元流动 二元流动
二元流动 一个二元流动
二元流动 一元流动
分层 压缩
压缩
RVu [R2Vu2 ]前一个叶轮 常数
R0 R1 R3 R2 Vu3 Vu2 Vu1 Vu0 Vu1 Vu0
, 速比i i*时 , 速比i i*时
内燃机车液力传动
液流在叶片流道入口处的冲击——入口冲击
RVu [R2Vu2 ]前一个叶轮 常数
R0 R1 R3 R2 Vu3 Vu2 Vu1 Vu0 Vu1 Vu0
Vm 2

Q Am 2
W2

Vm1
sin 2
Vu 2 B

B (R2B
B

Q Am 2 B
ctg2B )
Vu 2

R2


Q Am 2
ctg ( 2

)
,
T,D
Am

2 Rb a
a 1
1
Z
2 R sin
内燃机车液力传动
速度三角形的计算公式
Vm1

Q Am1
内燃机车液力传动
变矩器的能量平衡方程
变矩器的理论能头 变矩器循环腔的能量平衡方程
Mly Q g Ht
Q (R2 Vu2 R1 Vu0 ) Q g Ht
Ht

1 g
(u2Vu 2
u1Vu0 )
HtB HtT hs 0
hs hsB hsT hsD
内燃机车液力传动
变矩器的 压头变化
HtB HtT hs 0
hs hsB hsT hsD
内燃机车液力传动
变矩器的流动损失及其计算
hs ht hc
沿程摩擦损失 叶片流道入口处突然收缩损失 叶片流道出口处突然扩大损失 液流转向损失 液流的扩散损失 叶片流道入口处的冲击损失
内燃机车液力传动
第二章 液力变矩器
2.1 变矩器的工作原理
2.1.1 变矩器的基本结构
变矩器有三个叶轮： 泵轮—与柴油机相连，吸收功率 涡轮—与输出轴相连，输出功率 导轮—与不转动的壳体相连，承 受不平衡力矩
泵轮、涡轮、导轮，其中泵轮和 涡轮互不相联
内燃机车液力传动——第二章
2.1.2 变矩器的工作原理
内燃机车液力传动
进出口处速度三角形
内燃机车液力传动
速度三角形的计算
Vm1

Q Am1
W1

Vm1
sin 1
Vu1

R1

Q Am1
ctg1
Vm 2

Q Am 2
W2

Vm1
sin 2
Vu 2

R2


Q Am 2
ctg 2
内燃机车液力传动
出口偏离
1 轴向涡旋 2 叶栅静透穿 3 叶片弯曲度 4 相临叶轮
内燃机车液力传动
第三章 液力偶合器
偶合器的结构特点、性能特点； 偶合器的外特性、无因次特性； 偶合器与柴油机共同工作特性； 偶合器与电动机共同工作特性； 偶合器的结构与分类。
内燃机车液力传动
第四章 液力传动装置
液力传动装置分类、单循环圆与多循环圆优缺点比 较 纯液力传动、恒低速液力传动，液力换向等几种液 力传动装置的组成 液力传动装置的换挡 液力传动装置的换向 液力传动装置的设计及牵引特性计算
工作轮的类型：
• 径流式工作轮：叶片布置在半径方向，液体在叶片流道内只有 径向流动
• 轴流式工作轮：-- -- -- -- -- -------轴向，液体在叶片流道内只有 轴向流动
• 混流式工作轮：叶片占据径向和轴向，液体在叶片流道内既有 径向流动
•
又有轴向流动
叶片的类型（单曲叶片/柱状叶片 双曲叶片/空间叶片）
叶片进出口半径：R1，R2（R1B，R1T，R1D，R2B，R2T，R2D） 叶片进出口处轴面流道宽度：b1,b2 叶片进出口处的叶片倾斜角（骨线角）：1 2 叶片进出口处的叶片法向厚度：1 2
叶轮叶片数：Z1，Z2 叶片节距： t 2R2 叶片阻塞系数：a Z
1 2
内燃机车液力传动
内燃机车液力传动
2.1.3 变矩器的特性曲线
变矩器的特性曲线
JQB2型变矩器：试验条 件nB=1150 rpm；
22号透平油；油温90～ 100○C；供油压力 0.07MPa
特点：无级变速、自适应、 输入输出无机械（刚性）联 系、原理上可实现爬行速度
液力变矩器外特性图
内燃机车液力传动 2.2变矩器的基本几何参数
Am 2 D
M yT Q(R1TVu0T R2TVu2T )

Q[B R2B2B
R2T 2T
(B
R2 B ctg 2 B
Am 2 B

R2T ctg2T
Am 2T
)Q]
M yD M D y Q(R1DVu0D R2DV2D )
Q[R2T 2T
Vmax
100~140 120~160
调 / 小 机车： 5~10
30~40/ 80~100
内燃机车液力传动
柴油机特性
柴油机的外特性（额定供油量）
柴油机的调速特性——全程式调速器
柴油机的调速特性——两极式调速器
内燃机车液力传动
由此看来，柴油机力矩曲线与机车要求的牵引曲线差别较大， 不满足牵引要求。
平均回转曲面
内燃机车液力传动
流动分析及叶轮方程
非定常粘性三元流动
无粘定常二元
简化： 欧拉束流
理论
无粘定常一元流动
指导思想：先理想化 推出结论 修正假定
五个基本假定：
1、定常流动（无叶流道内绝对运动+叶轮流道内相对运动） 定常
2、总流动= 无数个回转曲面上的流动之和（互相不逾越） 分层 三元流动 二元流动
内燃机车液力传动
二、 什么是液力传动？
传动路线中含有液力元件的传动系统（装置） 液力元件：液力变矩器、液力偶合器
液力传动
液压传动
静液压传动
液力元件
液力变矩器 液力偶合器
液压元件 缸 阀 泵
液压元件
泵 马达
内燃机车液力传动
机车传动装置的分类类型
动力传动形式：
机械传动 电力传动 液力传动
静液压传动
干线内燃机车 小型内燃机车、窄轨内燃机车
( R2T ctg2T
Am 2T

R2Dctg2D )Q]
Am 2 D
M By MTy M Dy 0 M yT M B y M D y
R0 R1 R3 R2 Vu3 Vu2 Vu1 Vu0 Vu1 Vu0
, 速比i i*时 , 速比i i*时
1 、把发动机的特性变成适合车辆运行的牵引特性
牵引特性：牵引力与运行速度之间的关系 机车的理想牵引特性： --在机车持续速度范围内充分发挥柴油机的额定功率，有效
转变为轮周功率 --低速牵引力大（保证起动、加速力大） --高速牵引力小（能达到规定的速度并剩余加速力
内燃机车液力传动——绪论——传动装置
, 速比i i*时 , 速比i i*时
内燃机车液力传动
液流在叶片流道入口处的冲击——入口冲击
内燃机车液力传动
叶轮力矩方程
M B y Q(R2BVu2B R1BVu0B )

Q[B R2B2B
(B
R2 B ctg 2 B
Am 2 B

R2Dctg2D )Q]
通流损失 ht 冲击损失 hc
通流损失 冲击损失
h t i t
Kt i
Q2 2g
hc
c
Vu 2 2g
c
(Vu1 Vu0 )2 2g
内燃机车液力传动
变矩器的流量特性
变矩器循环腔的能量平衡方程
HtB HtT hs 0
AQ2 BQi Ci2 DQ Ei F 0
机车轮周功率
Nk

Nf
C
(1 )

FK V 3600
FK

3600
(1 ) C
V
Nf
柴油机功率、辅助功率、传动效率 N f 、、C 不随车速变，
则有
F
K

1 V
牵引力与速度呈双曲线关系
理想牵引特性曲线=
粘着牵引力曲线+双曲线
最大速度、最低持续速度
Vmin
干线货运机车：20~30 干线客运机车：30~40
第五章 液力制动
液力制动（液力制动器、液力制动特性）
内燃机车液力传动
讲座
1 液力传动装置的新发展 2 液力传动装置在内燃动车组上的应用
内燃机车液力传动
第一章 绪论 一、传动装置的作用
在内燃机车（动车）上，柴油机和动轮不能直接相连，传 动装置是必不可少的一部分。它起到直接相连不能解决的 起动、速度范围扩展、特性变换的作用。
式中 Q=f(i)——流量特性曲线， A，B，C，D，E，F——与变矩器几何参数、叶轮转速、液体物理性质、 工作温度有关的系数
该能量平衡方程为Q=f(i)的二元二次方程， 可能是：椭圆、双曲线/抛物线、圆/直线
离心涡轮变矩器：A C < 0, Q=f(i) 为双曲线45
W1

Vm1
sin 1
Vu1

R1

Q Am1
ctg1
Q
Vm2 Am2
W2

Vm1
sin 2
B,T,D
摩擦力影响修正在流量Q的计算中
Vu 2 B

B (R2B
B

Q Am 2 B
ctg2B )
Vu 2

R2


Q Am2
ctg(2

2 )
,
T,D
内燃机车液力传动
无叶流道速度三角形
定义几何参数、分析解释特性曲线
几何 流动
特性
2.2.1 变矩器的循环圆及基本几何参数
循 环 腔：由B、T、D轮流道和壳体之间形成的液 流循环流动的工作腔
轴 线：转动件（叶轮、轴）的回转中心线 轴 面：包含回转轴线的平面 回转曲面：曲线绕轴线回转一周形成的曲面 循 环 圆：循环腔的在任一轴面的断面图
（以轴线上部表示）
内燃机车液力传动
循环圆
内燃机车液力传动
工作轮
内燃机车液力传动
叶片
内燃机车液力传动
叶型
内燃机车液力传动
变矩器（循环腔）基本几何参数
实际流动复杂 用液流在平均回转曲面上的流动状况
来代表变矩器内部流动的平均物理现象
平均回转曲面：叶轮内外侧回转曲面之间的一个假想的
回转曲面，均分内外侧流量
平均回转曲面上各叶轮
泵轮由动力机带动旋转，在其叶片作 用下，动力机的机械能转变成流体的 动能和压力能， 液流以较高的速度和压力流出泵轮， 随后紧接着进入涡轮，作用其叶片上， 推动涡轮旋转，流体的动能和压力能 再转变为机械能。 流体离开涡轮后再进入导轮，由于导 轮不动，故液体与导轮无能量交换， 在导轮叶片作用下，液流又以一定方 向流回泵轮，重复前面的过程，循环 不止。
内燃机车液力传动
出口偏离的修正——假定4：叶片无限多的修正
Vm2

Q Am2
Fra Baidu bibliotek
W2

Vm1
sin 2
Vu 2 B

B (R2B
B

Q Am 2 B
ctg2B )
Vu 2

R2


Q Am 2
ctg2
, 2 2 ,
T,D
内燃机车液力传动
叶片阻塞修正——假定4：叶片无限薄的修正