液力變矩器效率

笨對(duì)于工程機(jī)棵械液力變矩犧器傳動(dòng)損失劈的研究更《液氣壓世桐界》200撈7年第3期絞孟亞巧/劉長(zhǎng)生/吹戴奇明/漢李勝健升閱讀次數(shù)皺：816墾餓摘要惹：液力變矩處器在現(xiàn)代工證程機(jī)械傳動(dòng)怪中被廣泛采念用，它不僅系可以傳遞力嶄矩而且可以宵改變力矩炕的大小。對(duì)想于現(xiàn)代大型航工程機(jī)械，曲其能耗非常貧大，但其效柔率往往比較饞低。因此偽，我們總?？芡軌虮M量雖地提高工程殃機(jī)械的效率典。因此，對(duì)排于液壓傳動(dòng)貝能量損失的鳥(niǎo)研究就顯蜜得尤為重要議了。作者從沫流體力學(xué)的議角度對(duì)現(xiàn)代擴(kuò)工程機(jī)械中拖液力變矩器伐的損失進(jìn)猛行了研究。福

蒼關(guān)鍵詞：工沸程機(jī)械液信力變矩器必液力損失帝機(jī)械損失馬容積損失

帳1前言

蓄<在工寺程機(jī)械傳動(dòng)妨系中，一般肌采用液力機(jī)籠械式傳動(dòng)，站它能夠滿足捎現(xiàn)代工程機(jī)咐械要求的牽加引力大、速尺度低、牽鴉引力和行駛石速度變化范荒圍大、進(jìn)退峽自如等特點(diǎn)覺(jué)。而在液力介機(jī)械式傳動(dòng)況中加裝了液弄力變矩器，箏則具有自經(jīng)動(dòng)變矩、變脊速，防振隔灰振，良好的焰啟動(dòng)性能，毅和逝限矩保護(hù)恥的作用，更谷能適應(yīng)現(xiàn)代做工程機(jī)械的漸需要。

展流體在辭變矩器中沿腦泵輪、渦輪然、導(dǎo)輪組成膏的循環(huán)圓流櫻道流動(dòng)一周源，從泵輪獲脖得能量、并玩將能量傳努給渦輪。當(dāng)彈導(dǎo)輪不動(dòng)的穿時(shí)候，流體幣經(jīng)過(guò)導(dǎo)輪時(shí)曠沒(méi)有能量交踢換。但流體溝在循環(huán)圓中廊流動(dòng)具有黏納性，必然旬有摩擦損失撒，且損失大遷小與其速度危有直接關(guān)系蹦。工作輪流年道為非原型強(qiáng)斷面且有彎州曲、擴(kuò)散等稀，因此，馬其摩擦損失止比圓管流道峽要大得多。夫另外在非設(shè)放計(jì)工況，在發(fā)渦輪及導(dǎo)輪卷進(jìn)口處要產(chǎn)典生沖擊損失義。因此，一禍般液力變矩鋒器的效率最騎大為85%悟~92%骨[1]。而婦對(duì)于一般的帶工程機(jī)械，奸由于其負(fù)載潮大、作業(yè)條這件惡劣、禽零件磨損嚴(yán)撤重，其效率肆普遍比較低于。因此，對(duì)以于液力變矩晃器能量損失祥的研究具有港很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)團(tuán)意義。

匹2液力變煤矩器的工作腫原理

戀液力變械矩器的基本氧結(jié)構(gòu)如圖1肺所示。它主僚要由三個(gè)具斑有彎曲(敘空間曲面)領(lǐng)葉片的工作臘輪組成，即酬可旋轉(zhuǎn)的泵設(shè)輪4和渦輪銳3，以及固沈定不動(dòng)的導(dǎo)暑輪5。各墻工作輪常用富高強(qiáng)度的輕葛合金精密鑄改造而成。泵觀輪4一般與腰變恨矩器殼螞2連成一體罪，用螺栓固肅定在發(fā)動(dòng)機(jī)法曲軸1的黎連接盤(pán)上。聽(tīng)渦輪3經(jīng)從逆動(dòng)軸7傳出揚(yáng)動(dòng)力。導(dǎo)輪漫5固定在不希動(dòng)的套筒6眉上。所有的番工作輪在變爪矩器裝配哭完成后，共屑同形成環(huán)行保內(nèi)腔。

佛液力變鬼矩器工作時(shí)浩，儲(chǔ)存于環(huán)仗行內(nèi)腔的工胞作績(jī)液除隨堂變矩器作圓稈周運(yùn)動(dòng)(兵即牽連運(yùn)動(dòng)稼)綱之外，還在機(jī)循環(huán)圓沿箭敞頭圖1中所插示方向作循怕環(huán)流動(dòng)(惡即相對(duì)運(yùn)動(dòng)您)。液體離練開(kāi)泵輪時(shí)，麗以一定的絕制對(duì)速度進(jìn)入訓(xùn)渦輪、沖擊遞渦輪葉片，參將力矩從泵襯輪傳遞給渦頓輪。斃

悠

慮

佩

極

研

狐

膠

愚

1.發(fā)摔動(dòng)機(jī)曲軸竿2.變命矩器殼使3.渦輪剃

捧

福

格

箏

撓

屈

關(guān)

嶄

神4.泵輪沿5.導(dǎo)輪蔬6.固定套厚筒7.從臭動(dòng)輪

鐘

健

腎

放

致

周

脅

畫(huà)

始

之圖1液力食變矩器結(jié)構(gòu)籠原理

逝3液力變跟矩器的能量筆損失

文綜上所博述，液力傳竭動(dòng)的過(guò)程中雜，必然伴隨姿著能量的損鈔失。液力變伍矩器的能量搏損失一般分局為三種：克液力損失、鉆機(jī)械損失和渴容積損失。傅

歉3.1液吊力損失

敵液力損錦失分為兩類(lèi)鞋：一類(lèi)為摩牛擦阻力損失妥，另一類(lèi)為噸局部阻力損穩(wěn)失。

掉1.摩擦阻艱力損失

娃工作液解體在循環(huán)圓也內(nèi)流動(dòng)的過(guò)愧程中，各流隆層間和液體舅與流道壁間今有一定的相月對(duì)速度，由估于液體有干粘性，就會(huì)兼出現(xiàn)摩擦阻營(yíng)力，流速慢鄉(xiāng)的流層對(duì)湖流速快治的流層起害阻礙作用。謎單位質(zhì)量的碌液體為了克庫(kù)服這種阻號(hào)力而損失的支能量叫做摩翠擦阻力損失冶。在文獻(xiàn)[易2]中，通希常以液裁流的速度頭飼v2/2g繩的百分?jǐn)?shù)來(lái)息表示摩擦阻夸筍力損失盛的大小。液厘力傳動(dòng)中，題液體質(zhì)點(diǎn)相丈對(duì)葉輪的運(yùn)腐動(dòng)是相對(duì)運(yùn)團(tuán)動(dòng)，故摩擦聚阻力損失以偏相對(duì)速度ω莫的速度頭表驢示。

卻式中：L—店流道的長(zhǎng)度移，益m;λ就—摩擦阻力瞇系數(shù);

都Rn堅(jiān)—流道的水戰(zhàn)力半徑，其態(tài)數(shù)值等于過(guò)撇流斷面面毒積與濕周之泥比，m。

惑由于泵額輪、渦輪和鋼導(dǎo)輪在傳動(dòng)故過(guò)程中均存茄在摩擦現(xiàn)象撥，所以，摩漆擦損失的總?cè)绾蛻?yīng)該是三澆者的總和，萌即：

懂

延青Σhm襪=億hmB+h陵mT+h脊戴mD駕(2)

雕

屠2.局部孕阻力損失

痛(1)沖擊程損失

哲一般情勞況下，液流延在葉輪進(jìn)口句處并不臂與葉片骨線螞進(jìn)口方向一罰致。這樣就饑會(huì)引起旋渦千損失以及脫衛(wèi)流區(qū)使流毯道收縮而引情起的附加摩記擦損失。進(jìn)裳口的相對(duì)速濫度ω0與而骨線間的夾蕩角Δβc為練沖角，見(jiàn)圖事2。Δβ殼c有正負(fù)之送別。ω0流抖向葉片工作心面時(shí)，Δ概βc正;ω懇0流向葉片杜背面時(shí)，撤Δβc負(fù)。道葉片工作面夕壓力高、背指面的壓力低妹。

鳳

眾

誠(chéng)

息

磚

叛

妨

初

釘a泵輪進(jìn)貿(mào)口沖角b鋼渦輪進(jìn)口稿沖角

貫

駛

合

疾

庭

宣

歐

抬

勤

抵

寺圖2進(jìn)煎口沖角

焰相對(duì)速優(yōu)度ω0與葉雅片骨線偏離播時(shí)，往往會(huì)暑在葉片的西表面形成脫嫂流區(qū)，使流輛道在脫流區(qū)光收縮，沖擊著損失與沖擊幫損失速度和判沖擊損失系蔑數(shù)有關(guān)，沖瞇擊損失速度映如圖3所示陷。

競(jìng)圖3沖擊克損失速度

火式中：畢hc?！獩_擊損失炸能頭，m;收

注φc隱—沖擊損失禁系數(shù);

藏ωc盈—沖擊損失禾速度，m/叉s

激同理，兼泵輪、渦輪失和導(dǎo)輪同樣著有沖擊損失橡，所以中的座沖擊損失為接：

頌Σhc龜=橫hcB+h思cT+h進(jìn)梳cD近(3)

資(2)突然侮擴(kuò)大和突然跟收縮的損失柜

扯葉輪進(jìn)問(wèn)口前無(wú)葉片阻區(qū)的過(guò)流斷下面大于進(jìn)口圣后的過(guò)流斷凍面。葉輪出污口過(guò)流斷面腐小于出口后披無(wú)葉片區(qū)的塑過(guò)流斷面。渾在葉輪進(jìn)口狗處有突然收迷縮的損失，疑而在出口鄙處有突然擴(kuò)寶大的損失。薦這是葉片排親擠而引起的費(fèi)。這些損失敬根據(jù)文獻(xiàn)配[3]的公累式計(jì)算：

食式中：防htk編—突然斷擴(kuò)大的單位瀉能量損失，穴m;

屈hts尾—突然景縮小的單位趁能量損失，內(nèi)m;

慌ξts副—突然貞縮小的損失劫系數(shù)，=0雀.4~0.志5;

塑vm3—葉述輪剛出口的搜軸面速度，全m/s;

扒vm0—葉杜輪剛要進(jìn)口粘的軸面速度弓，m/s。非

漲因此，總的叢擴(kuò)大和縮小弟的能量損失井為：

背Σht守=拼htK+h澡tS蘿(6)

扶(3)擴(kuò)散靜損失

吉對(duì)液力換傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，繭存在擴(kuò)散管諸狀的流道，償如泵輪內(nèi)的米流道，渦輪罪內(nèi)流道的前鳳半段，綜合滾式液力變針矩器導(dǎo)輪前竿半段流道等樹(shù)。擴(kuò)散管的舞損失計(jì)算如倉(cāng)下：

野式中：旱vm1—擴(kuò)傘散管道起始懸斷面的軸面機(jī)速度;

乒vm2業(yè)—擴(kuò)散管末汽端斷面的軸鉆面速度;

蹈在φk擴(kuò)—擴(kuò)散損失坑系數(shù)。

預(yù)由上可惡知，對(duì)于總腹的液力損失腳為：

情溝Σh隙=完Σhm+Σ售hc+Σh話t衫+歸Σhk共(8)

坦3.2機(jī)悄械損失

克動(dòng)力經(jīng)鎮(zhèn)液力傳動(dòng)傳旋遞時(shí)伴隨著勁機(jī)械損失，察這種機(jī)械損夸失包括泵輪銅軸的軸承和撿密封的損失霉，泵輪圓景盤(pán)摩擦損失各——泵輪外妄表面與液體窯的摩擦損失猜，渦輪圓盤(pán)賀摩擦損失—誕—渦輪外表伯面與液體的忌摩擦損失物。所有這些盤(pán)機(jī)械損失都握要消耗動(dòng)力崇機(jī)的能量，儀影響液力傳保動(dòng)的尖效率。

帖對(duì)于軸坐承和密封的衫損失，通過(guò)牌提高配合精擴(kuò)度、適當(dāng)?shù)囟苓x取潤(rùn)滑油際和密封材料枕，可以把這尊種在額定己的工況下控自制在1%以河下[4]。飼而機(jī)械摩擦限損失重要翅是泵輪、渦育輪等旋轉(zhuǎn)件國(guó)的圓盤(pán)摩擦哭損失。當(dāng)相集對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)較高郵時(shí)，圓盤(pán)摩線擦損失較大運(yùn)。另外，并壘非所有的邪圓盤(pán)摩擦都豆消耗功率，突必須對(duì)其進(jìn)真行具體分析駕。

悟3.3容缸積損失

呀由于泵圾輪出口的絕早大部分液體雪流進(jìn)渦輪，牧這部分液體悉再由渦輪流奶進(jìn)導(dǎo)輪，然敲后又回到泵賀輪，筆起傳遞力建的作用。泵秤輪進(jìn)口與導(dǎo)僵輪出口的內(nèi)泛環(huán)間有比較檢小的環(huán)行間潤(rùn)隙，同樣的帽間隙存在與稠渦輪出口和景導(dǎo)輪進(jìn)口內(nèi)舍環(huán)間。這種伴間隙使葉輪蹤互相不接觸走，使葉輪部之間相互沒(méi)謝有機(jī)械摩擦貓。但是，這鐮種環(huán)行間隙潔的兩端壓力情不等，有一描部分液體就刑要通過(guò)這些盒間隙由高槽腔流向低腔晴。泵輪出口際的壓力高于蓬泵輪進(jìn)口的雙壓力也高于孫渦輪出口的紛壓力，故液朋流由泵輪出辜口經(jīng)環(huán)行倡密封再流到驕泵輪進(jìn)口，切繞泵輪內(nèi)環(huán)腰流動(dòng)。從水卵泵研究表明寨，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)陡在100~誼200時(shí)，擦容積損失所志占比重不輔足1.5%朱[4]。與缺液力損失相悶比要小得多退，故該項(xiàng)繳在計(jì)算時(shí)也壽可忽略，即慈認(rèn)為ηv≈球1。

奴3.4效醬率分析

眉當(dāng)泵輪糾轉(zhuǎn)速n1不烘變時(shí)，沖擊紋損失主要取毀決于譽(yù)渦愧輪轉(zhuǎn)速n圖2。變矩器離的效率廳ηPTD校應(yīng)為輸出功槽率與輸入燥功率之比，誘即：

禮顯然，槳當(dāng)n2=0晨時(shí)，位ηPTD肌=0;當(dāng)?shù)莕2=n2煮0時(shí)候，因瞧M2=0，完則濫ηPTD磨=0。效率刪ηPTD殘隨n2變?yōu)a化的曲線見(jiàn)較圖4。

繁圖4液力荒變矩器效率陜曲線

伏變矩器尸使用過(guò)程中慶，如果工況困變化較大，例而對(duì)設(shè)計(jì)工嚷況轉(zhuǎn)速比華沒(méi)什么特殊晉要求，由于凳變矩器最高虎效率只有8惕5%~92名%，當(dāng)啟牌動(dòng)變矩系數(shù)聚K0要求較貝大，則最高警效率對(duì)應(yīng)的幻轉(zhuǎn)速比一般可小于0.孟6，而當(dāng)廉iTB辟>(掛iTB渡)K=1三后，其效率遍會(huì)很快下降塊。為了在高呈轉(zhuǎn)速比工況炕下有圣較高的效率罵，我們可以西采用綜合績(jī)式液力變矩灣器或閉鎖式建液力變矩器厭。

擋(1)綜合奸式液力變矩圍器

散特點(diǎn)：探導(dǎo)輪通過(guò)單閑向離合器裝縫在固定不動(dòng)偶的導(dǎo)輪座上南，結(jié)構(gòu)布置伍上泵輪與渦希輪對(duì)稱布置艇。

蘿當(dāng)捕iTB橫<(自iTB梯)K=1(氏即K>1)康時(shí)，MD屯=-MT-敲MB>0，睡此時(shí)，單向箏離合器在雕楔悲緊力的作用舒下無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)，寨故導(dǎo)輪固廁定不動(dòng)，這疑時(shí)是變矩器畢工況。而當(dāng)望iTB證>(iT漠B)K=1泳時(shí)，MD<用0，這時(shí)導(dǎo)莫輪能夠轉(zhuǎn)動(dòng)琴，此時(shí)的變辭矩榜器變成端了偶合器維，有MB=首-MT，K消=1，η=畏iTB參珍見(jiàn)圖5。在赴高轉(zhuǎn)速比工雖況下，偶合應(yīng)器的效率要循高于變矩器釋的效率[殊5]，因此瑞綜合式液力呆變矩器有較盯大的高派效區(qū)津范圍，它適蔥合于轉(zhuǎn)速勺比變化較大家而且長(zhǎng)時(shí)間唉在高轉(zhuǎn)速比扮工況運(yùn)行的剝工作機(jī)傳動(dòng)郵。

短

肌

互

勞

顯

猶

助

精圖5綜合棵式液力變矩基器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖銹及其特性

參(2)債閉鎖式液力毫變矩器

尸渦輪通而過(guò)閉鎖離合涌器M與泵輪春相連，從特壇性曲線(如掠圖6)可知莫，閉鎖式液廳力變矩器在舊偶iTB送>(脂iTB眠)K=1時(shí)池，比綜合式碗液力變矩器好效率高，但猛由于有鼓風(fēng)斃損失，雖朝然泵輪與渦寬輪剛性連接柏，其效率也煙不可能達(dá)到悄100%。枕而且當(dāng)泵輪胃與渦輪不對(duì)騰稱布置時(shí)，榮循環(huán)圓中會(huì)奴有流體流動(dòng)橫，這也要消雨耗一些能量擴(kuò)。

躁

疾

違

違

它

植

烈

圖屠6單級(jí)草閉鎖變野矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易圖及原始特袋性

候另外，為了憐保證液力傳擔(dān)動(dòng)車(chē)輛能可拳靠地利用發(fā)催動(dòng)機(jī)只動(dòng)或袖拖車(chē)啟動(dòng)發(fā)夸動(dòng)機(jī)，除了柜可以利用閉拘鎖式的液南力變矩器外史，還可采用洲：①在內(nèi)環(huán)勝中帶有輔助墾徑向葉片的織液力變矩器破;②安裝液星力減速器作炊輔助制動(dòng)蓄裝置。

弦4工炒程機(jī)械液力怨損失特性

兇液力變嘆矩器摩擦阻孟力損失的機(jī)武理雖然簡(jiǎn)單撿，但數(shù)學(xué)模體型不易得到四，定量分析及難以實(shí)現(xiàn)叮[6]。扮通常工程障機(jī)械轉(zhuǎn)速較控低，摩擦阻社力損失相對(duì)遷較小，對(duì)工坡作效率影騾響不大，且敲對(duì)定不可透變矩化器，由于相硬對(duì)流量為?？蠑?shù)，所以摩斤擦阻力損失欲也是相對(duì)常漿量，即隨工養(yǎng)域況仆變化不大。描如上所述，超一般容積損洞失也可忽略蜘。因而，液皂力變矩器沖沫擊損失是影榴響工程機(jī)械載效率的主拳要因素。

翅對(duì)于某奧一個(gè)具體的號(hào)葉輪，其沖莊擊損失由式圾(12)決陪定。其數(shù)學(xué)保模型為：

永式中：跡i蔬’賤——為最高查效率時(shí)傳動(dòng)挑比。

招可見(jiàn)，靈液力變矩器挺總的沖擊損遞失在籍i≤iDH袋時(shí)，是以飄縱坐標(biāo)i=丟i撲’教為對(duì)稱的拋觸物線，在i狼>趨iDH蔥時(shí)，近似限為常量，如靜圖7所示。鞏當(dāng)i=i慘’探時(shí)，拿Σhc而=0，說(shuō)明和在泵輪的劉轉(zhuǎn)速與渦輪婆轉(zhuǎn)速接近時(shí)盤(pán)，無(wú)沖擊損庸失;當(dāng)i=戰(zhàn)0時(shí)，沖擊總損失最大，架這與工程機(jī)借械的工作情膚況相符。慌

損

塑