工程机械发动机与液力变矩器匹配方法研究

2022-09-10

在诸多工业建造领域当中, 采用工程机械设备来作为辅助产业管理运作的核心设备, 因其以特有的技术性能, 为实践领域带来强有力的技术支撑, 极大地提升了产业运作及其管理的能效。与此同时, 为了更好地提升工程机械发动机的动力性, 则需要采用液力机械传动的形式来与之匹配, 凭借相关技术来强化液力变矩器装置与工程机械发动机二者的适应能力, 对于降低机械设备所受振动冲击以及维系发动机优良特性都有着重要的作用。

1 浅析工程机械发动机和液力变矩器的特性

现阶段, 在国内外的诸多工业生产及管理领域当中, 变矩器的应用十分广泛, 随着各类型项目的兴建与发展, 对于工程机械发动机性能的要求有所提高。通过研究工程机械发动机与液力变矩器的匹配原理, 结合程机械液力传动系统动力匹配计算的复杂特性, 应用Visual Basic编写了动力匹配计算机辅助计算软件, 并提出了用Matrix VB编写软件的新方法。这一过程是对工程机械发动机和液力变矩器的特性的最佳验证。[1]

1.1 工程机械发动机的特性分析

通常情况下, 工程机械设备是以能源为主要动力来维持设备运行的。将柴油机作为动力装置, 发动机的性能主要包括启动特性、速度特性、通用特性、空转特性、使用特性等多个方面。

发动机的速度特性指的是发动机在供油量调节机构保持不变的前提下, 发动机的力矩、功率燃料消耗量、排气温度随着转速的变化而发生变化的关系。在柴油机中, 如果将油门固定在标定的位置, 此时的速度特性就是发动机的外特性, 主要反映的是发动机的最高动力特性。发动机的调速特性是发动机总体特性评价中的重要指标之一, 通过发动机调速率进行表示。[2.3]调速率分为两种类型, 一种是稳定调速率, 另一种是瞬时调速率, 两者都通过柴油机突变负荷测试来进行测定。在对发动机调速器性能进行考核的过程中, 不仅包含调速率这一个因素, 而且包括不灵敏度、转速波动率等因素。

1.2 液力变矩器的特性分析

液力变矩器是一种以液体为工作介质的一种非刚性扭矩变换器, 是液力传动中的基本元件之一。液力变矩器的性能参数变化规律主要通过外特性、原始特性、全特性、动态特性等进行表示。

液力变矩器工作的原理为通过叶轮内动量矩的变化实现能量的传递与改变。液力变矩器的主要组成部分包括泵轮、涡轮与导轮, 这三个部分组成了封闭的液力循环系统。液力变矩器启动之后, 发动机带动泵轮进行转动, 通过转动将能量传递到工作液中, 带动工作液的转动, 之后通过工作液将能量传递给涡轮, 涡轮通过力矩形式实现功率输出。[3]

液力变矩器的原始特性指的是几何相似、运动相似、动力相似等变矩器泵轮力矩系数、变距系数、效率随着钻速比而变化的函数关系的总称。当液力变矩器在车辆加速、制动等非稳定的状态下, 所呈现出来的原始特性就是动态原始特性。液力变矩器的输入特性指的是依据泵轮力矩系数绘制的泵轮力矩与转速之间的函数关系曲线。

1.3 工程机械发动机和液力变矩器二者相匹配的重要性

液力变矩器与发动机装置的合理匹配对于提升机械设备本身的动力性与经济性有着积极的影响, 在以往的实践过程中了解到, 二者的匹配结果需要根据机械设备的各项性能指标进行优化处理, 进而获得相对优良的设备性能。对于工程机械发动机与液力变矩器的匹配方案的设计而言, 需要借助计算机软件及相应技术来加以完善, 并在具体的实施过程中, 对二者的匹配结果进行测评, 以备后续进一步优化工程机械发动机性能做足准备。

2 剖析工程机械发动机与液力变矩器匹配方法

2.1 工程机械发动机与液力变矩器匹配方法的基本思路分析

针对发动机万有特性图曲线数据很难利用的问题, 研究如何读取发动机万有特性图以快速准确地得到发动机的外特性, 得到比较准确的发动机外特性数据, 并利用软件来实现, 为以后的相关设计开发提供一个有效的工具。[4]

发动机与液力变矩器的匹配指的是两者在共同工作的过程中为获得理想性能而采用的配合方式。一般情况下, 会依据发动机的特性对液力变矩器进行选择。为了实现发动机与液力变矩器匹配效果最佳, 提供给车辆良好的动力性与经济性, 两者在匹配的过程中应该满足的原则包括:第一, 在液力变矩器的工作范围之内实现发动机最大有效功率的充分利用;第二, 发动机与液力变矩器的共同工作范围处于燃油消耗量的最低值, 在同等功率条件下实现尾气排放最少;第三, 车辆在起步的过程中应尽量实现输出扭矩的最大化。

2.2 工程机械发动机与液力变矩器匹配方法的具体操作过程

在以往所架设的工程机械发动机设备性能指标测算的基本框架上, 编写实用的动力匹配软件。针对动力匹配程序开发的复杂性, 本文提出了利用Matrix VB辅助编写动力匹配计算机辅助计算软件的新方法, 使软件的开发过程更加简捷高效。新方法同样适用于其它的涉及复杂数据处理的软件编制。[5]软件的编制思路为:第一, 在ACCESS数据库中输入所有型号的发动机与液力变矩器数据, 按照不同的字段对其进行分别命名, 为程序调用奠定基础。第二, 在实事求是的基础上实现程序曲线的绘制, 发动机外特性曲线采用二次拟合, 液力变矩器原始特性曲线采用五次拟合。第三, 实现软件通用性的增强, 在设计的过程中实现界面可输入液力传动车辆传动系统重要参数, 从而确保在大多数的液力传动车辆中实现软件的应用。第四, 某些发动机只有万有特性图, 缺乏相应的具体数据, 软件中必须开发万有特性图读图模块, 实现对发动机外特性数据的读取工作, 第五, 软件中开发力矩系数计算模块, 实现液力变矩器泵轮力矩系数的计算, 实现液力变矩器数据利用的最大化。

3 工程机械发动机与液力变矩器匹配优化策略最终结果呈现

经研究分析可知, 构建一种较为快速且有效的发动机与液力变矩器的匹配方式对于实践操作的价值较高, 能够明显改进工程机械设备的性能。实质上, 优化方案的提出是建立在高功率扭矩点位发动机设备模型测算的基础上而来的, 凭借理论上的公式计算, 以及针对实例的优化分析结果, 总结出一套极佳的工程机械发动机与液力变矩器匹配的方法, 为实践操作提供有价值的依据。[6]经测评后, 能够确定基于该匹配方法的工程机械发动机与液力变矩器匹配结果科学、合理, 且具备一定的经济性。

4 结语

总而言之, 通过研究工程机械发动机与液力变矩器匹配方法, 能够更加明确优化工程机械动力特性的可行性技术手段, 并结合工程机械发动机与液力变矩器匹配策略的构建模型的设计, 得到一种最佳的工程机械发动机与液力变矩器匹配的方案, 实现工程机械最大输出转矩以及低能源消耗的目标, 极大地改善了工程机械发动机的整体性能, 为实践领域注入新的动能。无论从理论研究还是从实践测试中都能够了解到, 基于多目标匹配优化的工程机械发动机设计项目及其实际应用具备一定的可行性与经济性, 值得在同类型产业管理过程中借鉴实施。

摘要：从液力传动在工程机械中的应用状况来看, 针对工程机械发动机与液力变矩器的动力匹配技术的研究, 是明确工程机械自身动力特性最关键问题, 本文就工程机械发动机与液力变矩器匹配方法及其优化进行研究。

关键词：工程机械,发动机,液力变矩器,匹配方法