液力變矩器與發(fā)動機的計算機輔助程序A

【提要】液力變矩器是液力傳動中的核心部件，其與發(fā)動機的共同工作下的匹配狀態(tài)至關重要，是整機傳動效能、穩(wěn)定性、可靠性、耐用性的關鍵。針對以彳主匹配方法的缺點本文提供了一種計算機輔助匹配計算方法，對提高匹配精度、準確性起到了良好的作用?！娟P鍵字】液力變矩器、發(fā)動機、計算機輔助匹配一、引言液力變矩器因其自適應性強、過載保護性能好、傳動平穩(wěn)等諸多優(yōu)點，廣泛應用于工程機械及車輛傳動等的傳動系統(tǒng)。作為與發(fā)動機共同工作的部件而言，兩者間匹配的合理性，直接影響到整個動力系統(tǒng)動牽引性能、經(jīng)濟性，作業(yè)能力等方方面面。以彳主在進行變矩器設計工作時，主要是由客戶根據(jù)整機需要選擇合適的變矩器產(chǎn)品或設計人員根據(jù)經(jīng)驗選擇合適的變矩器產(chǎn)品，然后再采用人工計算或圖解法計算出在幾個特征點上的結果值，最后由設計者進行合理性判斷。這些計算方法過程比較復雜，隨機性較大、準確性差，較難掌握，費時耗力，由于方法所限無法對匹配的各方面綜合考慮，會存在一定的不合理性。在引入了計算機輔助設計后，利用計算機強大的計算能力從多個目標進行匹配計算，既能提高匹配質(zhì)量，又可通過與計算機程序的交互過程達到普通方法難以達到的優(yōu)化匹配要求，通過程序設計的接口，數(shù)據(jù)還能很方便的輸出，供設計應用或其他程序使用。二、匹配計算的基本原理簡介在進行原理介紹前先介紹在計算過程中用到的兩種曲線圖，它們是匹配計算時的數(shù)據(jù)依據(jù)圖1是發(fā)動機的速度特性曲線圖，一般由*(n)、m(七)、g(七)ffffei三條曲線構成，分別代表發(fā)動機功率、扭矩、每小時燃料消耗量隨發(fā)動機轉速nf變化的關系。圖1發(fā)動機的速度特性曲線圖2為液力變矩器的原始特性曲線圖，由Mbg(i)、K(i)、n(i)三條曲線構成，分別代表液力變矩器千轉泵輪公稱力矩、變矩比、效率隨變矩器輸入輸出轉速比i變化的關系。圖2液力變矩器的原始特性曲線其中各參數(shù)由以下公式求得Mbg=MB/(n/10002K=Mt/MBn=KiMB——變矩器泵輪輸入扭矩N?mMt——變矩器渦輪輸出扭矩N-mnB 變矩器輸入轉速r/min2.原理根據(jù)已知的發(fā)動機特性曲線圖，去除各種附件所消耗的功率、扭矩值就得到凈特性曲線圖。在變矩器原始特性圖上選擇一組工況點，根據(jù)圖中的Mbg=f（i）曲線，求出工況點i下對應的Mbg值，根據(jù)公式MB=CnB2=MbgnB2/106得到一組負荷拋物線值，將其繪制在發(fā)動機凈特性圖上，即得到兩者共同工作的輸入特性曲線（圖3）圖3發(fā)動機與變矩器共同工作輸入特性求取圖中每一條負荷拋物線與Mf（nf）曲線的交點，計算以下參數(shù)后，繪制輸出特性曲線圖（圖4）nT=inBMt=KMbNt=nNb=Mt「嚴5.3Get=G/NnB、nt——各工況共同工作變矩器輸入、輸出轉速r/minNB、Nt——各工況共同工作變矩器輸入、輸出功率KwMb、Mt——各工況共同工作變矩器輸入、輸出扭矩N?mGet——各工況共同工作發(fā)動機每小時燃料消耗值g/h下面進行評價計算，評價計算包括兩類指標（1） 非積分指標最大輸出力矩：MTmax=MT0（i=0時）高效轉速范圍:d=n2/ntin、n為對應于高效范圍i、i的渦輪轉速；t2t1 1 2高效動力范圍：dmt=Mti/Mt2Mt1、Mt2為對應于nti、nt2的渦輪扭矩值；（2） 積分指標全工作范圍內(nèi)平均輸出功率：n=1/（〃一n）n（n）加iytpjq（2^tt1） t（^t）Untntt1高效范圍平均輸出功率:ntt2、ntt1對應于i=0、i=0.95的渦輪轉速高效范圍平均輸出功率:Ntj=1/(nt2-nt1)JN(nt)加全工作范圍內(nèi)平均耗油量:nt1全工作范圍內(nèi)平均耗油量:ntt2Gepjq=1/(n2-n1)JGe(n)如ntt1高效范圍平均耗油量:

nt2Gepjg=1/(n2-nt1)JGe(nt)dntnt1動力經(jīng)濟型綜合指標 E=Ntpjg/Gepjg功率輸出系數(shù)：9n=Ntpjq/NeNe為發(fā)動機額定功率高效功率輸出系數(shù)9t=Ntpjg/Ne3.評價方法評價最佳匹配一般有三種方法（1） 人工選擇根據(jù)計算的結果，由人工選擇最佳匹配，主要原則是 MTmax、dm越大車輛適應性越好,9n、9t越大車輛動力性越好，效率高，Ge函、Gepjg越大車輛經(jīng)濟性越好。（2） 綜合指標法用表示動力性、經(jīng)濟性的綜合指標E評定，最大者為最佳。（3） 加權法用公式e=用公式e=eMtmax+e1Mt,Tmax1^mi+e'mt+eNmjgi.+°。epjgi3dmt1 4Nj 5Gepj求取MTmaxi、dmi、dmti、Nt晌、Gepjg.——比較中的各個匹配狀態(tài)時間評價參數(shù)；MTmax1、dm1、dmt1、Ntpjg1、Gepjg1——比較中的第一種匹配的時間評價參數(shù)。4.計算過程中注意的問題:（1） 應使變矩器試驗時工作在自模式區(qū)，以保證獲得的原始特性曲線不受測試轉速影響，使匹配結果準確。（2） 在將發(fā)動機特性曲線向凈特性曲線轉化時應考慮連接形式的影響。當發(fā)動機與變矩器作串聯(lián)連接時，有直接連接、增減速連接、部分功率直接連接、部分功率增減速連接四種方式。計算時應針對實際情況，采用下面的通式解決，發(fā)動機與變矩器傳動框圖見摩MMEMfi式中Mfn和Nfn——發(fā)動機不同轉速點功率和扭矩EMfi和ENfi——發(fā)動機和變矩器之間附件消耗功率及扭矩，包括發(fā)動機本身附件所消耗的功率和扭矩，各種輔助泵消耗功率和扭矩等。圖5發(fā)動機與變矩器傳動框圖二、計算機輔助匹配程序?qū)崿F(xiàn)程序概要由于發(fā)動機與液力變矩器的特性曲線圖一般是由試驗數(shù)據(jù)擬合得到多項式方程表示，方程階數(shù)較高，既增加了求解難度，又難以保證解的唯一性，因此程序中直接采用試驗得到的離散數(shù)據(jù)點進行設計計算，為保證結果的精度要求，對未知點采用一次差值法得到。考慮到數(shù)據(jù)輸入的不便，采用了標準庫的形式存放數(shù)據(jù)，簡化了程序操作，每種型號的變矩器或發(fā)動機數(shù)據(jù)只需一次錄入，無繁瑣的數(shù)據(jù)準備工作。為方便數(shù)據(jù)的編輯，提供了類Excel表格式的編輯界面，數(shù)據(jù)更改可以由曲線圖形式直觀進行顯示。為擴展程序的使用范圍，提供對二維制圖軟件（如：EB2000）、辦公軟件（如：Word）及液力變矩器試驗臺試驗軟件試驗數(shù)據(jù)格式的接口，使變矩器設計、試驗驗證及與發(fā)動機性能匹配計算驗證的過程聯(lián)系更加緊密?？紤]到曲線圖形的直觀性、方便性，對原理中提到的主要曲線圖提供多種圖形顯示支持并提供保存功能，方便用戶進行交互操作。程序功能（1） 評價一種變矩器與不同發(fā)動機匹配的好壞；（2） 評價不同變矩器與一種發(fā)動機匹配的好壞；（3） 評價不同直徑液力變矩器與發(fā)動機匹配的好壞；（4） 可用于液力變矩器、綜合式液力變矩器、閉鎖式液力變矩器與發(fā)動機的匹配計算與評價;

程序流程使用效果通過使用計算機輔助設計匹配液力變矩器和發(fā)動機使計算工作變得非常輕松，只需3分鐘左右即可將匹配工作完成，大大提高了工作效率?，F(xiàn)已為十幾種型號變矩器、發(fā)動機進行了匹配收到了良好的效果。圖5、圖6為軟件界面及實際匹配輸出結果二、結論通過將計算機輔助設計用于變矩器與發(fā)動機的匹配可充分發(fā)揮計算機運算速度快、運算精度高的特點，通過人機交互的設計達到匹配結果的優(yōu)化，把設計人員從繁雜的公式計算中解脫出來。這種輔助設計方法還可擴展到其他設計