我的位置:首页 >> 数字电能表

对于工程机械液力变矩器传动损失的研究弯曲机

发布时间:2022-09-17 16:18:38 来源:亚适五金网

对于工程机械液力变矩器传动损失的研究

对于工程机械液力变矩器传动损失的研究 2011: 摘 要:液力变矩器在现代工程机械传动中被广泛采用,它不仅可以传递力矩而且可以 改变力矩的大小。对于现代大型工程机械,其能耗非常大,但其效率往往比较低。因 此,我们总希望能够尽量地提高工程机械的效率。因此,对于液压传动能量损失的 研究就显得尤为重要了。作者从流体力学的角度对现代工程机械中液力变矩器的损 失进行了研究。 关键词:工程机械 液力变矩器 液力损失 机械损失 容积损失 1 前言 在工程机械传动系中,一般采用液力机械式传动,它能够满足现代工程机械要求的牵引力大、速 度低、牵引力和行驶速度变化范围大、进退自如等特点。而在液力机械式传动中加装了液力变矩器, 则具有自动变矩、变速,防振隔振,良好的启动性能,和限矩保护的作用,更能适应现代工程机械的 需要。 流体在变矩器中沿泵轮、涡轮、导轮组成的循环圆流道流动一周,从泵轮获得能量、并将能量传 给涡轮。当导轮不动的时候,流体经过导轮时没有能量交换。但流体在循环圆中流动具有黏性,必然 有摩擦损失,且损失大小与其速度有直接关系。工作轮流道为非原型断面且有弯曲、扩散等,因此, 其摩擦损失比圆管流道要大得多。另外在非设计工况,在涡轮及导轮进口处要产生冲击损失。因此,一般液力变矩器的效率最大为85%~92% [1]。而对于一般的工程机械,由于其负载大、作业条件恶劣、 零件磨损严重,其效率普遍比较低。因此,对于液力变矩器能量损失的研究具有很强的现实意义。 2 液力变矩器的工作原理 液力变矩器的基本结构如图1所示。它主要由三个具有弯曲( 空间曲面)叶片的工作轮组成,即可旋转的泵轮4和涡轮3,以及固定不动的导轮5。各 工作轮常用高强度的轻合金精密铸造而成。泵轮4一般与变矩器壳2连成一体,用螺栓固定在发动机 曲轴1的连接盘上。涡轮3经从动轴7传出动力。导轮5固定在不动的套筒6上。所有的工作轮在变矩 器装配完成后,共同形成环行内腔。 液力变矩器工作时,储存于环行内腔的工作液除随变矩器作圆周运动( 即牵连运动)之外,还在循环圆沿箭头图1中所示方向作循环流动( 即相对运动)。液体离开泵轮时,以一定的绝对速度进入涡轮、冲击涡轮叶片,将力矩从泵轮传递给涡轮。

1.发动机曲轴 2.变矩器壳 3.涡轮 4.泵轮 5.导轮 6.固定套筒 7.从动轮 图1 液力变矩器结构原理

3 液力变矩器的能量损失 综上所述,液力传动的过程中,必然伴随着能量的损失。液力变矩器的能量损失一般分为三种: 液力损失、机械损失和容积损失。 3.1 液力损失 液力损失分为两类:一类为摩擦阻力损失,另一类为局部阻力损失。 1.摩擦阻力损失 工作液体在循环圆内流动的过程中,各流层间和液体与流道壁间有一定的相对速度,由于液体有 粘性,就会出现摩擦阻力,流速慢的流层对流速快的流层起阻碍作用。单位质量的液体为了克服这种 阻力而损失的能量叫做摩擦阻力损失。在文献[2]中,通常以液流的速度头v2/2g的百分数来表示摩擦阻 力损失的大小。液力传动中,液体质点相对叶轮的运动是相对运动,故摩擦阻力损失以相对速度ω的速度头表示。

式中:L—流道的长度,m;λ—摩擦阻力系数; Rn—流道的水力半径,其数值等于过流断面面 积与湿周之比,m。 由于泵轮、涡轮和导轮在传动过程中均存在摩擦现象,所以,摩擦损失的总和应该是三者的总和, 即: Σhm=hmB+hmT+h mD (2) 2.局部阻力损失 (1)冲击损失 一般情况下,液流在叶轮进口处并不与叶片骨线进口方向一致。这样就会引起旋涡损失以及脱流区 使流道收缩而引起的附加摩擦损失。进口的相对速度ω 0与骨线间的夹角Δβc为冲角,见图2。 Δβc有正负之别。ω0流向叶片工作面时, Δβc正;ω0流向叶片背面时, Δβc负。叶片工作面压力高、背面的压力低。

a 泵轮进口冲角 b 涡轮进口冲角图2 进口冲角

相对速度ω0与叶片骨线偏离时,往往会在叶 片的表面形成脱流区,使流道在脱流区收缩,冲击损失与冲击损失速度和冲击损失系数有关,冲击损失速度如图3所示。

图3 冲击损失速度

式中:hc—冲击损失能头,m; φc—冲击损失系数; ωc—冲击损失速度,m/s 同理,泵轮、涡轮和导轮同样有冲击损失,所以中的冲击损失为: Σhc=hcB+hcT+h cD (3) (2)突然扩大和突然收缩的损失 叶轮进口前无叶片区的过流断面大于进口后的过流断面。叶轮出口过流断面小于出口后无叶片区的过流断面。在叶轮进口处有突然收缩的损失, 而在出口处有突然扩大的损失。这是叶片排挤而引起的。这些损失根据文献 [3]的公式计算:

式中:htk—突然扩大的单位能量损失,m; hts—突然缩小的单位能量损失,m; ξts—突然缩小的损失系数,=0.4~0.5; vm3—叶轮刚出口的轴面速度,m/s; vm0—叶轮刚要进口的轴面速度,m/s。 因此,总的扩大和缩小的能量损失为: Σht=htK+htS (6) (3)扩散损失 对液力传动来说,存在扩散管状的流道,如泵轮内的流道,涡轮内流道的前半段,综合式液力变 矩器导轮前半段流道等。扩散管的损失计算如下:

式中:vm1—扩散管道起始断面的轴面速度; vm2—扩散管末端断面的轴面速度; φk—扩散损失系数。 由上可知,对于总的液力损失为: Σh=Σhm+Σhc+Σht +Σhk (8) 3.2 机械损失 动力经液力传动传递时伴随着机械损失,这种机械损失包括泵轮轴的轴承和密封的损失,泵轮圆 盘摩擦损失——泵轮外表面与液体的摩擦损失,涡轮圆盘摩擦损失——涡轮外表面与液体的摩擦损 失。所有这些机械损失都要消耗动力机的能量,影响液力传动的效率。 对于轴承和密封的损失,通过提高配合精度、适当地选取润滑油和密封材料,可以把这种在额定 的工况下控制在1%以下[4]。而机械摩擦损失重要 是泵轮、涡轮等旋转件的圆盘摩擦损失。当相对转数较高时,圆盘摩擦损失较大。另外,并非所有的 圆盘摩擦都消耗功率,必须对其进行具体分析。3.3 容积损失 由于泵轮出口的绝大部分液体流进涡轮,这部分液体再由涡轮流进导轮,然后又回到泵轮,起传 递力的作用。泵轮进口与导轮出口的内环间有比较小的环行间隙,同样的间隙存在与涡轮出口和导轮进口内环间。这种间隙使叶轮互相不接触,使叶轮 之间相互没有机械摩擦。但是,这种环行间隙的两端压力不等,有一部分液体就要通过这些间隙由高 腔流向低腔。泵轮出口的压力高于泵轮进口的压力也高于涡轮出口的压力,故液流由泵轮出口经环行 密封再流到泵轮进口,绕泵轮内环流动。从水泵研究表明,当比转数在100~200时,容积损失所占比 重不足1.5%[4]。与液力损失相比要小得多,故该项 在计算时也可忽略,即认为ηv≈1。 2.3.4 效率分析 当泵轮转速n1不变时,冲击损失主要取决于涡 轮转速n2。变矩器的效率ηPTD应为输出功率与输入 功率之比,即:

显然,当n2=0时,ηPTD=0;当 n2=n20时候,因M2=0,则 ηPTD=0。效率ηPTD随n2 变化的曲线见图4。

图4 液力变矩器效率曲线

变矩器使用过程中,如果工况变化较大,而对设计工况 转速比没什么特殊要求,由于变矩器最高效率只有85%~92%, 当启动变矩系数K0要求较大,则最高效率对应的转速比一般 小于0.6,而当iTB>(iTB)K=1 后,其效率会很快下降。为了在高转速比工况下有较高的效率,我们可以采 用综合式液力变矩器或闭锁式液力变矩器。 (1)综合式液力变矩器 特点:导轮通过单向离合器装在固定不动的导轮座上,结构布置上泵轮与涡轮对称布置。 当iTB1)时,M D=-MT-MB>0,此时,单向离合器在楔紧力的作用下无转动,故导轮 固定不动,这时是变矩器工况。而当iTB>(i TB)K=1时,MD(iTB)K=1时,比综合式液力变矩器效率高,但由于有鼓风损失, 虽然泵轮与涡轮刚性连接,其效率也不可能达到100%。而且当泵轮与涡轮不对称布置时,循环圆中会有流体流动,这也要消耗一些能量。

图6 单级闭锁变矩器结构简图及原始特性

另外,为了保证液力传动车辆能可靠地利用发动机只动或拖车启动发动机,除了可以利用闭锁式 的液力变矩器外,还可采用:①在内环中带有辅助径向叶片的液力变矩器;②安装液力减速器作辅助 制动装置。 4 工程机械液力损失特性 液力变矩器摩擦阻力损失的机理虽然简单,但数学模型不易得到,定量分析难以实现 [6]。通常工程机械转速较低,摩擦阻力损失相对较小,对工作 效率影响不大,且对不可透变矩器,由于相对流量为常数,所以摩擦阻力损失也是相对常量,即随工 况变化不大。如上所述,一般容积损失也可忽略。因而,液力变矩器冲击损失是影响工程机械效率的 主要因素。 对于某一个具体的叶轮,其冲击损失由式(12)决定。其数学模型为:

式中:i’——为最高效率时传动比。 可见,液力变矩器总的冲击损失在i≤iDH时, 是以纵坐标i=i’为对称的抛物线,在i>iDH时,近 似为常量,如图7所示。当i=i’时,Σhc=0,说明 在泵轮的转速与涡轮转速接近时,无冲击损失;当i=0时,冲击损失最大,这与工程机械的工作情况 相符。

图7 液力损失曲线

5 结论 通过以上对造成液力变矩器能量损失的分析可以得出,造成液力变矩器能量损失的主要因素是液 力损失中的冲击损失,对其特性进行了分析。并指出,当启动变矩系数K 0要求较大时,其效率一般较小,为了在高转速比工况下有较高的效率,可以采 用综合式液力变矩器或闭锁式液力变矩器来提高其功率。通过液力变矩器能量损失的研究,对于从事 工程机械液力传动设计、制造人员有指导意义。 参考文献 [1]唐经世等.工程机械(上册)[M].中国铁道出版社,1996. [2]郭楚问.工程流体力学[M].中国矿业大学出版社,2002. [3]张洪流.流体流动与传热[M].化学工业出版社,2002. [4]李有义.液力传动[M].哈尔滨工业大学出版社,2000. [5]马文星.液力传动理论与设计[M].化学工业出版社,2004. [6]藏发业.工程机械液力传动与特性[J].建筑机械化,2001,(4).(end)

上海皮肤病专科医院

太原正规清宫医院

保定好的男性

临沂看皮肤医院

泗水治儿童癫痫好的医院

相关阅读
最火佳速数控机床东莞国际模具及金属加工展圆满电信器材机械手农用机械铜管件轴承套Rra

佳速数控机床东莞国际模具及金属加工展圆满成功您光纤光缆当前位置:首页 企业佳速数控机床东莞国际模具及金属加工展圆满成功佳速数控机床东莞国际模具及金属加工展圆满成功来源:中国五金

03月22日 21:02
最火四川成为我国第二大轻稀土资源省保险座粉丝机精密锻造清远橡胶衬里Rra

四川成为我国第二大轻稀土资源省【铝道】 一○九,一个找到大矿的地质队 。走进四川省成都市龙泉驿区长柏路108号稀土大厦,每个人的目光都会被大门正上方这行大字所吸引。这行字,诉说的不

03月20日 22:35
最火过度保护使美光伏业雪上加霜电阻计即墨配电柜褪色笔专用机床Rra

过度保护使美光伏业终端箱“雪上加霜”【铝道】相关限制措施的出台,不仅给光伏产品全球正常贸易增加了不确定性,也无助于美国内光伏产业整体健康、均衡发展。中国商务部希望美调查机关严格

03月20日 19:03
最火海外市场上现货铝高溢价盛行吊装济南喷丝板外圆磨床锥度缩管机Rra

海外市场上现货铝高溢价盛弹簧螺钉行【铝道】事实上,如今海外市场上现货铝的高溢价盛行,嘉能可一方面将自有的铝锭锁在LME仓库中,使实体市场上的现铝供应维持低位,保证现货铝的高溢价状

03月14日 15:38
最火29日武汉市场热作模具钢价格行情标准气缸浮球绝缘电缆热交换器信号发生器Rra

29日武汉市场热作模具钢价格行情您当前位置:首”他指出页 价格行情2分别为时期上汽动力电临湘池有限公司与上汽时期动力电池系统有限公司9日武汉市场热作模具钢高周波机价格行情29日武汉市场

03月14日 01:52
最火选购地板五大诀窍地板身份需重视电机轴化州模拟仪陶瓷球阀直流电源柜Rra

选购地板五大诀窍地板身份需重视您当前位置:首页 法律和法规选购地板五大诀窍地板身份需重视选购地板五大诀窍地板身份需重视来源:中国五金商机日期:很多消费者在选购强化复合木地板时,常

03月13日 22:04
友情链接: 落锤试验机 订制工装 离婚律师 沈阳妇科医院 电子万能试验机 药品库 知名离婚律师事务所 北京起诉离婚律师服务 锦星服装定制 灰指甲除菌药哪个治疗的效果好 治灰指甲的时候注意的几个步骤 灰指甲用亮甲一次用多少好 灰指甲停药后复发的原因 指甲增厚用亮甲还是达克宁 脚藓会转变为灰指甲吗 灰指甲里面发黑是什么原因 寻医问药 七台河肿瘤医院 上海离婚诉讼律师 三门峡肿瘤专科医院哪家好 资深离婚案件律师 邢台肿瘤医院哪家好 咨询离婚律师 德州治疗肿瘤专科医院 海南男科 知识产权 Usage 可舒网 郑州定做工作服 Spring Testing Machine Massager 寻医问药 济南哪家医院精神科好 四川男科哪家医院好 湖南哪家医院看肿瘤好 昆明妇产好的医院 四川治疗牛皮癣哪个医院好 湖州资讯 Manufacturers