内燃机车液力传动1

内燃机车液力传动主要内容内燃机车液力传动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。第三章液力偶合器内燃机车液力传动偶合器的结构特点、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。第四章液力传动装置内燃机车液力传动液力传动装置分类、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

第五章液力制动液力制动（液力制动器、液力制动特性）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。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机车轮周功率柴油机功率、辅助功率、传动效率不随车速变，则有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+双曲线内燃机车液力传动——绪论——传动装置最大速度、最低持续速度VminVmax干线货运机车：20~30100~140干线客运机车：30~40120~160调/小机车：5~1030~40/80~100内燃机车液力传动柴油机特性柴油机的调速特性——全程式调速器柴油机的外特性（额定供油量）柴油机的调速特性——两极式调速器由此看来，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。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。内燃机车液力传动对传动装置的要求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压元件液压元件液力变矩器液力偶合器缸阀泵泵马达内燃机车液力传动机车传动装置的分类类型干线内燃机车电力传动静液压传动液力传动机械传动小型内燃机车、窄轨内燃机车动力传动形式：内燃机车液力传动第二章液力变矩器2.1.1变矩器的基本结构2.1变矩器的工作原理变矩器有三个叶轮：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2.1.3变矩器的特性曲线JQB2型变矩器：试验条件nB=1150rpm；22号透平油；油温90～100○C；供油压力0.07MPa

液力变矩器外特性图

变矩器的特性曲线特点：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

内燃机车液力传动2.2变矩器的基本几何参数

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）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）：叶片进出口处的叶片法向厚度：叶轮叶片数：Z1，Z2叶片节距：叶片阻塞系数：a内燃机车液力传动平均回转曲面内燃机车液力传动流动分析及叶轮方程无粘定常一元流动无粘定常二元简化：欧拉束流理论五个基本假定：1、定常流动（无叶流道内绝对运动+叶轮流道内相对运动）2、总流动=无数个回转曲面上的流动之和（互相不逾越）3、平均回转曲面上的流动其它所有回转曲面上的流动4、叶片无限多、叶片无限薄（轴对称）5、不计摩擦阻力（流体间、流体与壁面）指导思想：先理想化推出结论修正假定定常分层引用压缩压缩非定常粘性三元流动分层压缩压缩

内燃机车液力传动简化过程示意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出口偏离的修正——假定4：叶片无限多的修正内燃机车液力传动叶片阻塞修正——假定4：叶片无限薄的修正内燃机车液力传动速度三角形的计算公式B,T,D

摩擦力影响修正在流量Q的计算中内燃机车液力传动无叶流道速度三角形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内燃机车液力传动变矩器的压头变化内燃机车液力传动变矩器的流动损失及其计算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通流损失冲击损失通流损失冲击损失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：AC<0,Q=f(i)为双曲线45向心涡轮变矩器：AC>0,Q=f(i)为椭圆12轴流涡轮变矩器：C=0,Q=f(i)为抛物线：若同时B=0，为近似水平线3液力力矩：前面计算公式轴力矩：考虑轴上的摩擦力矩、圆盘摩擦力矩后的力矩内燃机车液力传动变矩器的外特性及其分析外特性的前提条件：泵轮转速一定确定的变矩器工作油温一定供油压力一定是指变矩器泵轮力矩、涡轮力矩、效率与涡轮转速的关系，实际上是变矩器的输出特性。

为什么能变矩？外特性曲线的变化趋势？导轮分析三条曲线分析导轮力矩曲线液力力矩：前面计算公式轴力矩：考虑轴上的摩擦力矩、圆盘摩擦力矩后的力矩内燃机车液力传动变矩器的外特性是指变矩器泵轮力矩、涡轮力矩、效率与涡轮转速的关系，实际上是变矩器的输出特性。

内燃机车液力传动变矩器的外特性分析——泵轮力矩已知：机车运转变矩器的为线性关系近似为直线因几乎不变几乎不变所以近似水平（变化平缓）假设不变先看对的影响再看的变化内燃机车液力传动变矩器的外特性分析——涡轮力矩不变但时，内燃机车液力传动变矩器的外特性分析——涡轮力矩不变但变化时，从负变到正，则，从大变小内燃机车液力传动变矩器的外特性分析——导轮力矩内燃机车液力传动变矩器的外特性分析——效率内燃机车液力传动变矩器的外特性曲线族外特性：外特性曲线族：外特性曲线族是同一个变矩器在工作油的品种和油温不变的情况下，把在不同的泵轮转速下所得到的各个外特性，集中绘制在一个图上，得到一组特性曲线图。

外特性是某个变矩器在一定工作条件下在试验台上测出或理论计算出来的，相应的叫试验外特性或预期外特性，其工作条件是变矩器的几何参数（即某个确定的变矩器）、泵轮转速、工作油的品种（即密度）和工作温度。因此在外特性曲线表中均要注名工作条件。内燃机车液力传动变矩器的全外特性前面是变矩器在牵引工况（B、T同向）下的外特性牵引工况：位于第一象限正常应用情况涡轮反转制动工况：位于第二象限相当于爬坡时下滑涡轮超越工况：位于第四象限。

相当于下坡惰行全外特性：是变矩器在全部工况，即牵引工况、涡轮反转制动工况、涡轮超越工况这三种工况下的外特性组成的完整的特性曲线，它们分别位于第一、第二和第四象限。

内燃机车液力传动变矩器的全外特性各种外特性的条件：某变矩器，内燃机车液力传动变矩器的无因次特性无因次特性：根据相似理论对外特性进行无因次化所计算出的特性泵轮力矩系数随转速比（工况）变化的特性，又叫能容特性。

变矩比随转速比变化的特性，简称变矩特性。

效率随转速比变化的特性，简称经济特性。其中一个条件改变了，外特性也跟着变。内燃机车液力传动相似理论可以概括为：如果两个变矩器满足几何相似、运动相似、动力相似，则他们的无因次特性相同。几何相似应满足对应的循环圆几何尺寸为同一个比例——相似比，而叶片数和叶片倾斜角对应相等；运动相似是在几何相似，且满足速比相等的条件下，两变矩器内部的流动运动相似，即速度方向相同、大小为同一比例；动力相似是在运动相似，且满足雷诺数相等的条件下，对应空间点上的流体质点所受同名力的多边形相似，由此可导出两变矩器具有相同的无因次特性。

无因次特性的意义无因次特性具有两层含义：两个循环圆直径大小不等，但循环圆几何相似（即一个是另一个的放大或缩小）的变矩器，只要满足雷诺数相等的条件，那么，在同一速比下的各无因次参数对应相等；同一个变矩器（可视为相似比为1），由不同工作条件下的外特性导出的无因次特性相同。因此说，无因次特性是实物与模型、或不同工作条件下的外特性之间的联系

内燃机车液力传动无因次特性的用途无因次特性模型变矩器实物变矩器几何相似、D不同同系列：具有一个无因次特性内燃机车液力传动变矩器的透穿性不同系列：不相似、无因次特性不同，但变化趋势相近b)正透穿c)负透穿d)复合透穿透穿性的物理意义：变矩器输出端负载的变化透过变矩器对柴油机影响透穿度：0.9~1.1a)非透穿最高效率、高效率范围、起动变矩比、透穿度、泵轮力矩系数、最高效率工况内燃机车液力传动变矩器特性的评价指标无冲击工况:起动变矩器0.45运转变矩器0.85最高效率：目前0.88~0.93高效率范围：~2.5起动变矩比:6.5泵轮加于柴油机的负载力矩：内燃机车液力传动变矩器与柴油机的共同工作变矩器泵轮轴看柴油机输出轴看输入特性输出特性匹配输出特性调节内燃机车液力传动柴油机特性柴油机的调速特性——全程式调速器柴油机的外特性（额定供油量）柴油机的调速特性——两极式调速器匹配：把柴油机与变矩器按一定的指导原则，用一定的方法联在一起，使输出具有理想的动力性能、经济性能或满足一些特殊要求，使两者获得最佳共同工作。匹配可以范指这一设计计算中的过程。内燃机车液力传动共同工作的输入特性——匹配图共同工作点：柴油机额定净力矩特性曲线与变矩器加到柴油机曲轴的负荷特性曲线的交点。匹配原则：①泵轮平均吸收功率最大，常用λB(i)曲线下面积最大的方法来确定匹配点。②燃油消耗要少，以提高整机的经济性，把额定负荷特性曲线通过柴油机万有特性的最小油耗区以内。③在柴油机最大供油量时，不能过度压缩转速，允许的转速压缩率y一般控制：‰④起动变矩器零速工况负载力矩特性过柴油机额定点，以提高起动加速性能（采用变矩器—偶合器传动方案、发动机采用二极调速器时，有实际意义。）内燃机车液力传动共同工作的输入特性——匹配图正负内燃机车液力传动共同工作的输入特性——匹配图非匹配举例：1音响功放输出。2玩具电机-螺旋桨内燃机车液力传动共同工作的输入特性——匹配⑤变矩器最高效率工况负载力矩特性过柴油机额定点，以提高经济性水空气水水匹配方法：根据柴油机的性能、变矩器的无因次特性，制定出一个或几个匹配方案，然后绘制输入特性和输出特性，分析其动力性能和经济性能，修改匹配方案。①改变增速比iZz通过改变柴油机输出轴与变矩器泵轮轴之间的增速比来实现合理匹配是最方便的。例如在内燃动车组液力传动箱中，采用不同的增速比来改变泵轮转速，使传递功率随要求而变，适应不同编组对单元功率的要求。内燃机车液力传动匹配方法②采用类比法设计变矩器这种方法是根据功率和转速的要求，把模型变矩器放大或缩小，使其满足匹配要求。。内燃机车液力传动匹配方法模型实物内燃机车液力传动匹配方法③选用系列化的变矩器所谓变矩器的系列化，通常指由不同的循环圆直径形成若干个尺寸等级（系列），在一个尺寸等级中有若干种叶轮组合，更换叶轮（其它尺寸不变），可得到不同的泵轮力矩系数（可在1.6~2.0倍范围内变化），从而实现不同的传递功率。对大功率内燃机车或调车内燃机车来说，由于车型品种少，仅靠改变增速比或把原变矩器放大缩小就能满足要求，故没有必要形成多种规格和系列，但在内燃动车组液力传动装置中，由于单元（机组）功率可大可小，如200~500千瓦，如采用改变增速比iz还不能达到宽范围功率覆盖时，则可以在其它尺寸不变的情况下，只重新安装另一组叶轮。但这种方法的前提是已经有了在试验研究基础上形成的若干组叶轮组合即形成了系列化。内燃机车液力传动匹配方法④改变泵轮力矩系数更换泵轮、导轮切削泵轮出口：减小切削导轮出口：增大试验确定输出特性：把共同工作点的数据换算成变矩器涡轮轴输出转速合力矩，内燃机车液力传动共同工作的输出特性内燃机车液力传动共同工作的输出特性调节输出特性的调节：由外特性曲线族可知，改变变矩器的泵轮转速可得到不同的外特性，现在改变柴油机的转速就可得到部分负荷下的输出特性。调节柴油机特性：由外特性曲线族可知，改变变矩器的泵轮转速可得到不同的外特性，现在改变柴油机的转速就可得到部分负荷下的输出特性。调节泵轮转速：改变变矩器的泵轮转速，可在柴油机和变矩器间加滑差离合器调节变矩器充液率：改变变矩器循环圆内的液体量采用可调叶片改变变矩器循环流量：改变叶片角度——回转叶片采用双泵轮变矩器（两种泵轮力矩系数）：主泵轮、辅泵轮（空转、同转）各种各样的结构类型适应不同的机械内燃机车液力传动变矩器的分类及结构正反转变矩器：正转变矩器：B、T同向

反转变矩器：B、T反向（不需强迫反转）内燃机车液力传动变矩器的分类单相多相变矩器：单相变矩器：只有一种变矩器功能

多相变矩器：兼有两种以上变矩器、或变矩器+偶合器功能闭锁非闭锁变矩器：需要时可将B、T连成一体，功率不经液体，直接由Ｂ到Ｔ，单级涡轮多级涡轮变矩器：单级：只有ＢＴＤ三叶轮（一般ＴＤ成对）多级；有2个以上涡轮（刚性连在一起）离心涡轮变矩器：铁路机车

向心涡轮变矩器：汽车、工程机械

轴流涡轮变矩器：工程机械内燃机车液力传动变矩器的结构轴承密封叶轮叶片：单曲——径流叶轮：D,T,运转变矩器B——切削加工——仿形铣

双曲——混流叶轮：起动变矩器B————精密铸造（冲压镶焊）内燃机车液力传动JQB2型机车起动变矩器内燃机车液力传动JQB2型机车起动变矩器内燃机车液力传动JIB2型机车运转变矩器内燃机车液力传动JIB2型机车运转变矩器内燃机车液力传动JQB2+JIB2内燃机车液力传动JQB2、JIB2的区别变矩器的类型——单相变矩器的类型——综合式综合式变矩器的导轮单向离合器外星轮滚子式楔块式变矩器的类型——综合式变矩器的导轮变矩器的类型变矩器的类型变矩器的类型变矩器的试验变矩器试验的重要性变矩器试验的类型特性试验专题试验可靠性试验外特性试验内特性试验共同工作特性试验轴向力试验供油压力、振动变矩器的试验变矩器的试验的工作液体：矿物油内燃机车液力传动变矩器的工作液体基本要求：密度：800~900kg/m3

粘度：闪点：凝点：酸性：颜色：抗泡性：

种类：内燃机车液力传动油，6#,8#,20#液力传动油、22#气轮机油密度：871kg/m3

粘度：23.6cst闪点：>197度凝点：-25度酸性：1.03mgKOH/g颜色：浅黄透明抗泡性：

10mL/2个气泡内燃机车液力传动变矩器工作液体的补偿系统补偿系统（循环供油系统）1补偿变矩器的泄露、维持一定压力（0.7~1MPa）、保证充满2热交换：带走功率损失产生的热量。工作平均效率0.75~0.85，维持油温90～110度内燃机车液力传动变矩器工作液体的补偿系统偶合器的结构与性能内燃机车液力传动第三章液力偶合器内燃机车液力传动3.1偶合器的结构特点作牵引偶合器或风扇偶合器时在结构和性能上均与变矩器不同，在结构上主要有以下特点：（作液力制动器使用时参见液力制动）①只有泵轮和涡轮，无导轮；②泵轮、涡轮面对面近似对称布置（偶合器也由此得名）；③泵轮（或涡轮）与轮罩相连，形成旋转外壳，无固定壳体；④叶片多为平面、径向、直叶片，制造简单。液力偶合器（Hydrodynamiccoupling）是液力传动系统的另一液力元件，在内燃机车上可用作牵引主传动、液力制动或辅助传动中的风扇驱动。分别称为牵引偶合器、液力制动器和风扇偶合器。内燃机车液力传动①无变矩作用，泵轮与涡轮力矩始终相等。只能把输入轴得到的力矩无改变地传递给输出轴，故又被称为“液力联轴器”。②液力效率恒等于转速比，即由于偶合器的机械效率很高（不增速时ηM≥0.99，有增速齿轮时ηM=0.975~0.98），故偶合器实际传动效率也基本上等于转速比。③在正常牵引工况，泵轮和涡轮的转向总是相同的，因涡轮总是直接由泵轮流出的液体推动旋转的，不像变矩器中可以把导轮放在涡轮之前，通过改变泵轮出口液流方向来推动涡轮反向转动，做成反转变矩器（见反转变矩器）。④在正常牵引工况下，泵轮转速恒大于涡轮转速，即i<1，故η<1，这是因为涡轮总必需克服自身的阻力矩才能对外输出，从另一方面看，一旦nB=nT，循环圆内的流体就不再循环流动了，涡轮也就无力矩产生了。

偶合器的性能特点内燃机车液力传动①偶合器的不稳工况内燃机车液力传动3.2偶合器的特性参数外特性无因次特性性能参数标定工况：对应于发动机标定点的偶合器转速比，为使效率高，取0.95~0.98力矩系数：标志着该系列偶合器的能容大小过载系数：与透穿度相似，最大过载系数零速过载系数内燃机车液力传动3.2偶合器与柴油机的共同工作内燃机车液力传动3.2偶合器与异步电机的共同工作内燃机车液力传动3.3偶合器的结构类型及性能对性能的要求：要大、曲线要陡减小D要小、曲线要陡过载保护内燃机车液力传动3.3偶合器的结构类型及性能对性能的要求：要大、曲线要陡减小D要小、曲线要陡过载保护芯环：叶片倾斜角：平面、径向、直叶片/斜叶片叶片数：少：出口偏离大、传递力矩能力下降多：Am下降、阻力大、Q下降、传递力矩能力下降最佳叶片数直径比：D不变，D0小，M大，一般0.5轴向相对宽度：B/D小，M大轴向相对间隙：循环圆：内燃机车液力传动3.5偶合器的结构类型及性能——循环圆形状内燃机车液力传动3.5偶合器的结构类型及性能——循环圆形状内燃机