液力变矩器与发动机的计算机辅助程序A

【提要】液力变矩器是液力传动中的核心部件，其与发动机的共同工作下的匹配状态至关重要，是整机传动效能、稳定性、可靠性、耐用性的关键。针对以彳主匹配方法的缺点本文提供了一种计算机辅助匹配计算方法，对提高匹配精度、准确性起到了良好的作用。【关键字】液力变矩器、发动机、计算机辅助匹配一、引言液力变矩器因其自适应性强、过载保护性能好、传动平稳等诸多优点，广泛应用于工程机械及车辆传动等的传动系统。作为与发动机共同工作的部件而言，两者间匹配的合理性，直接影响到整个动力系统动牵引性能、经济性，作业能力等方方面面。以彳主在进行变矩器设计工作时，主要是由客户根据整机需要选择合适的变矩器产品或设计人员根据经验选择合适的变矩器产品，然后再采用人工计算或图解法计算出在几个特征点上的结果值，最后由设计者进行合理性判断。这些计算方法过程比较复杂，随机性较大、准确性差，较难掌握，费时耗力，由于方法所限无法对匹配的各方面综合考虑，会存在一定的不合理性。在引入了计算机辅助设计后，利用计算机强大的计算能力从多个目标进行匹配计算，既能提高匹配质量，又可通过与计算机程序的交互过程达到普通方法难以达到的优化匹配要求，通过程序设计的接口，数据还能很方便的输出，供设计应用或其他程序使用。二、匹配计算的基本原理简介在进行原理介绍前先介绍在计算过程中用到的两种曲线图，它们是匹配计算时的数据依据图1是发动机的速度特性曲线图，一般由*(n)、m(七)、g(七)ffffei三条曲线构成，分别代表发动机功率、扭矩、每小时燃料消耗量随发动机转速nf变化的关系。图1发动机的速度特性曲线图2为液力变矩器的原始特性曲线图，由Mbg(i)、K(i)、n(i)三条曲线构成，分别代表液力变矩器千转泵轮公称力矩、变矩比、效率随变矩器输入输出转速比i变化的关系。图2液力变矩器的原始特性曲线其中各参数由以下公式求得Mbg=MB/(n/10002K=Mt/MBn=KiMB——变矩器泵轮输入扭矩N・mMt——变矩器涡轮输出扭矩N-mnB 变矩器输入转速r/min2.原理根据已知的发动机特性曲线图，去除各种附件所消耗的功率、扭矩值就得到净特性曲线图。在变矩器原始特性图上选择一组工况点，根据图中的Mbg=f（i）曲线，求出工况点i下对应的Mbg值，根据公式MB=CnB2=MbgnB2/106得到一组负荷抛物线值，将其绘制在发动机净特性图上，即得到两者共同工作的输入特性曲线（图3）图3发动机与变矩器共同工作输入特性求取图中每一条负荷抛物线与Mf（nf）曲线的交点，计算以下参数后，绘制输出特性曲线图（图4）nT=inBMt=KMbNt=nNb=Mt「严5.3Get=G/NnB、nt——各工况共同工作变矩器输入、输出转速r/minNB、Nt——各工况共同工作变矩器输入、输出功率KwMb、Mt——各工况共同工作变矩器输入、输出扭矩N・mGet——各工况共同工作发动机每小时燃料消耗值g/h下面进行评价计算，评价计算包括两类指标（1） 非积分指标最大输出力矩：MTmax=MT0（i=0时）高效转速范围:d=n2/ntin、n为对应于高效范围i、i的涡轮转速；t2t1 1 2高效动力范围：dmt=Mti/Mt2Mt1、Mt2为对应于nti、nt2的涡轮扭矩值；（2） 积分指标全工作范围内平均输出功率：n=1/（〃一n）n（n）加iytpjq（2^tt1） t（^t）Untntt1高效范围平均输出功率:ntt2、ntt1对应于i=0、i=0.95的涡轮转速高效范围平均输出功率:Ntj=1/(nt2-nt1)JN(nt)加全工作范围内平均耗油量:nt1全工作范围内平均耗油量:ntt2Gepjq=1/(n2-n1)JGe(n)如ntt1高效范围平均耗油量:

nt2Gepjg=1/(n2-nt1)JGe(nt)dntnt1动力经济型综合指标 E=Ntpjg/Gepjg功率输出系数：9n=Ntpjq/NeNe为发动机额定功率高效功率输出系数9t=Ntpjg/Ne3.评价方法评价最佳匹配一般有三种方法（1） 人工选择根据计算的结果，由人工选择最佳匹配，主要原则是 MTmax、dm越大车辆适应性越好,9n、9t越大车辆动力性越好，效率高，Ge函、Gepjg越大车辆经济性越好。（2） 综合指标法用表示动力性、经济性的综合指标E评定，最大者为最佳。（3） 加权法用公式e=用公式e=eMtmax+e1Mt,Tmax1^mi+e'mt+eNmjgi.+°。epjgi3dmt1 4Nj 5Gepj求取MTmaxi、dmi、dmti、Nt晌、Gepjg.——比较中的各个匹配状态时间评价参数；MTmax1、dm1、dmt1、Ntpjg1、Gepjg1——比较中的第一种匹配的时间评价参数。4.计算过程中注意的问题:（1） 应使变矩器试验时工作在自模式区，以保证获得的原始特性曲线不受测试转速影响，使匹配结果准确。（2） 在将发动机特性曲线向净特性曲线转化时应考虑连接形式的影响。当发动机与变矩器作串联连接时，有直接连接、增减速连接、部分功率直接连接、部分功率增减速连接四种方式。计算时应针对实际情况，采用下面的通式解决，发动机与变矩器传动框图见摩MMEMfi式中Mfn和Nfn——发动机不同转速点功率和扭矩EMfi和ENfi——发动机和变矩器之间附件消耗功率及扭矩，包括发动机本身附件所消耗的功率和扭矩，各种辅助泵消耗功率和扭矩等。图5发动机与变矩器传动框图二、计算机辅助匹配程序实现程序概要由于发动机与液力变矩器的特性曲线图一般是由试验数据拟合得到多项式方程表示，方程阶数较高，既增加了求解难度，又难以保证解的唯一性，因此程序中直接采用试验得到的离散数据点进行设计计算，为保证结果的精度要求，对未知点采用一次差值法得到。考虑到数据输入的不便，采用了标准库的形式存放数据，简化了程序操作，每种型号的变矩器或发动机数据只需一次录入，无繁琐的数据准备工作。为方便数据的编辑，提供了类Excel表格式的编辑界面，数据更改可以由曲线图形式直观进行显示。为扩展程序的使用范围，提供对二维制图软件（如：EB2000）、办公软件（如：Word）及液力变矩器试验台试验软件试验数据格式的接口，使变矩器设计、试验验证及与发动机性能匹配计算验证的过程联系更加紧密。考虑到曲线图形的直观性、方便性，对原理中提到的主要曲线图提供多种图形显示支持并提供保存功能，方便用户进行交互操作。程序功能（1） 评价一种变矩器与不同发动机匹配的好坏；（2） 评价不同变矩器与一种发动机匹配的好坏；（3） 评价不同直径液力变矩器与发动机匹配的好坏；（4） 可用于液力变矩器、综合式液力变矩器、闭锁式液力变矩器与发动机的匹配计算与评价;

程序流程使用效果通过使用计算机辅助设计匹配液力变矩器和发动机使计算工作变得非常轻松，只需3分钟左右即可将匹配工作完成，大大提高了工作效率。现已为十几种型号变矩器、发动机进行了匹配收到了良好的效果。图5、图6为软件界面及实际匹配输出结果二、结论通过将计算机辅助设计用于变矩器与发动机的匹配可充分发挥计算机运算速度快、运算精度高的特点，通过人机交互的设计达到匹配结果的优化，把设计人员从繁杂的公式计算中解脱出来。这种辅助设计方法还可扩展到其他设计