工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配方法研究

高楊 張宏超（萊陽市疾病預(yù)防控制中心，山東 萊陽 265200）

在諸多工業(yè)建造領(lǐng)域當(dāng)中，采用工程機械設(shè)備來作為輔助產(chǎn)業(yè)管理運作的核心設(shè)備，因其以特有的技術(shù)性能，為實踐領(lǐng)域帶來強有力的技術(shù)支撐，極大地提升了產(chǎn)業(yè)運作及其管理的能效。與此同時，為了更好地提升工程機械發(fā)動機的動力性，則需要采用液力機械傳動的形式來與之匹配，憑借相關(guān)技術(shù)來強化液力變矩器裝置與工程機械發(fā)動機二者的適應(yīng)能力，對于降低機械設(shè)備所受振動沖擊以及維系發(fā)動機優(yōu)良特性都有著重要的作用。

1 淺析工程機械發(fā)動機和液力變矩器的特性

現(xiàn)階段，在國內(nèi)外的諸多工業(yè)生產(chǎn)及管理領(lǐng)域當(dāng)中，變矩器的應(yīng)用十分廣泛，隨著各類型項目的興建與發(fā)展，對于工程機械發(fā)動機性能的要求有所提高。通過研究工程機械發(fā)動機與液力變矩器的匹配原理，結(jié)合程機械液力傳動系統(tǒng)動力匹配計算的復(fù)雜特性，應(yīng)用Visual Basic編寫了動力匹配計算機輔助計算軟件，并提出了用Matrix VB編寫軟件的新方法。這一過程是對工程機械發(fā)動機和液力變矩器的特性的最佳驗證。[1]

1.1 工程機械發(fā)動機的特性分析

通常情況下，工程機械設(shè)備是以能源為主要動力來維持設(shè)備運行的。將柴油機作為動力裝置，發(fā)動機的性能主要包括啟動特性、速度特性、通用特性、空轉(zhuǎn)特性、使用特性等多個方面。

發(fā)動機的速度特性指的是發(fā)動機在供油量調(diào)節(jié)機構(gòu)保持不變的前提下，發(fā)動機的力矩、功率燃料消耗量、排氣溫度隨著轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生變化的關(guān)系。在柴油機中，如果將油門固定在標(biāo)定的位置，此時的速度特性就是發(fā)動機的外特性，主要反映的是發(fā)動機的最高動力特性。發(fā)動機的調(diào)速特性是發(fā)動機總體特性評價中的重要指標(biāo)之一，通過發(fā)動機調(diào)速率進(jìn)行表示。[2.3]調(diào)速率分為兩種類型，一種是穩(wěn)定調(diào)速率，另一種是瞬時調(diào)速率，兩者都通過柴油機突變負(fù)荷測試來進(jìn)行測定。在對發(fā)動機調(diào)速器性能進(jìn)行考核的過程中，不僅包含調(diào)速率這一個因素，而且包括不靈敏度、轉(zhuǎn)速波動率等因素。

1.2 液力變矩器的特性分析

液力變矩器是一種以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性扭矩變換器，是液力傳動中的基本元件之一。液力變矩器的性能參數(shù)變化規(guī)律主要通過外特性、原始特性、全特性、動態(tài)特性等進(jìn)行表示。

液力變矩器工作的原理為通過葉輪內(nèi)動量矩的變化實現(xiàn)能量的傳遞與改變。液力變矩器的主要組成部分包括泵輪、渦輪與導(dǎo)輪，這三個部分組成了封閉的液力循環(huán)系統(tǒng)。液力變矩器啟動之后，發(fā)動機帶動泵輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)動將能量傳遞到工作液中，帶動工作液的轉(zhuǎn)動，之后通過工作液將能量傳遞給渦輪，渦輪通過力矩形式實現(xiàn)功率輸出。[3]

液力變矩器的原始特性指的是幾何相似、運動相似、動力相似等變矩器泵輪力矩系數(shù)、變距系數(shù)、效率隨著鉆速比而變化的函數(shù)關(guān)系的總稱。當(dāng)液力變矩器在車輛加速、制動等非穩(wěn)定的狀態(tài)下，所呈現(xiàn)出來的原始特性就是動態(tài)原始特性。液力變矩器的輸入特性指的是依據(jù)泵輪力矩系數(shù)繪制的泵輪力矩與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系曲線。

1.3 工程機械發(fā)動機和液力變矩器二者相匹配的重要性

液力變矩器與發(fā)動機裝置的合理匹配對于提升機械設(shè)備本身的動力性與經(jīng)濟(jì)性有著積極的影響，在以往的實踐過程中了解到，二者的匹配結(jié)果需要根據(jù)機械設(shè)備的各項性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化處理，進(jìn)而獲得相對優(yōu)良的設(shè)備性能。對于工程機械發(fā)動機與液力變矩器的匹配方案的設(shè)計而言，需要借助計算機軟件及相應(yīng)技術(shù)來加以完善，并在具體的實施過程中，對二者的匹配結(jié)果進(jìn)行測評，以備后續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化工程機械發(fā)動機性能做足準(zhǔn)備。

2 剖析工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配方法

2.1 工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配方法的基本思路分析

針對發(fā)動機萬有特性圖曲線數(shù)據(jù)很難利用的問題，研究如何讀取發(fā)動機萬有特性圖以快速準(zhǔn)確地得到發(fā)動機的外特性，得到比較準(zhǔn)確的發(fā)動機外特性數(shù)據(jù)，并利用軟件來實現(xiàn)，為以后的相關(guān)設(shè)計開發(fā)提供一個有效的工具。[4]

發(fā)動機與液力變矩器的匹配指的是兩者在共同工作的過程中為獲得理想性能而采用的配合方式。一般情況下，會依據(jù)發(fā)動機的特性對液力變矩器進(jìn)行選擇。為了實現(xiàn)發(fā)動機與液力變矩器匹配效果最佳，提供給車輛良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性，兩者在匹配的過程中應(yīng)該滿足的原則包括：第一，在液力變矩器的工作范圍之內(nèi)實現(xiàn)發(fā)動機最大有效功率的充分利用；第二，發(fā)動機與液力變矩器的共同工作范圍處于燃油消耗量的最低值，在同等功率條件下實現(xiàn)尾氣排放最少；第三，車輛在起步的過程中應(yīng)盡量實現(xiàn)輸出扭矩的最大化。

2.2 工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配方法的具體操作過程

在以往所架設(shè)的工程機械發(fā)動機設(shè)備性能指標(biāo)測算的基本框架上，編寫實用的動力匹配軟件。針對動力匹配程序開發(fā)的復(fù)雜性，本文提出了利用Matrix VB輔助編寫動力匹配計算機輔助計算軟件的新方法，使軟件的開發(fā)過程更加簡捷高效。新方法同樣適用于其它的涉及復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的軟件編制。[5]軟件的編制思路為：第一，在ACCESS數(shù)據(jù)庫中輸入所有型號的發(fā)動機與液力變矩器數(shù)據(jù)，按照不同的字段對其進(jìn)行分別命名，為程序調(diào)用奠定基礎(chǔ)。第二，在實事求是的基礎(chǔ)上實現(xiàn)程序曲線的繪制，發(fā)動機外特性曲線采用二次擬合，液力變矩器原始特性曲線采用五次擬合。第三，實現(xiàn)軟件通用性的增強，在設(shè)計的過程中實現(xiàn)界面可輸入液力傳動車輛傳動系統(tǒng)重要參數(shù)，從而確保在大多數(shù)的液力傳動車輛中實現(xiàn)軟件的應(yīng)用。第四，某些發(fā)動機只有萬有特性圖，缺乏相應(yīng)的具體數(shù)據(jù)，軟件中必須開發(fā)萬有特性圖讀圖模塊，實現(xiàn)對發(fā)動機外特性數(shù)據(jù)的讀取工作，第五，軟件中開發(fā)力矩系數(shù)計算模塊，實現(xiàn)液力變矩器泵輪力矩系數(shù)的計算，實現(xiàn)液力變矩器數(shù)據(jù)利用的最大化。

3 工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配優(yōu)化策略最終結(jié)果呈現(xiàn)

經(jīng)研究分析可知，構(gòu)建一種較為快速且有效的發(fā)動機與液力變矩器的匹配方式對于實踐操作的價值較高，能夠明顯改進(jìn)工程機械設(shè)備的性能。實質(zhì)上，優(yōu)化方案的提出是建立在高功率扭矩點位發(fā)動機設(shè)備模型測算的基礎(chǔ)上而來的，憑借理論上的公式計算，以及針對實例的優(yōu)化分析結(jié)果，總結(jié)出一套極佳的工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配的方法，為實踐操作提供有價值的依據(jù)。[6]經(jīng)測評后，能夠確定基于該匹配方法的工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配結(jié)果科學(xué)、合理，且具備一定的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

總而言之，通過研究工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配方法，能夠更加明確優(yōu)化工程機械動力特性的可行性技術(shù)手段，并結(jié)合工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配策略的構(gòu)建模型的設(shè)計，得到一種最佳的工程機械發(fā)動機與液力變矩器匹配的方案，實現(xiàn)工程機械最大輸出轉(zhuǎn)矩以及低能源消耗的目標(biāo)，極大地改善了工程機械發(fā)動機的整體性能，為實踐領(lǐng)域注入新的動能。無論從理論研究還是從實踐測試中都能夠了解到，基于多目標(biāo)匹配優(yōu)化的工程機械發(fā)動機設(shè)計項目及其實際應(yīng)用具備一定的可行性與經(jīng)濟(jì)性，值得在同類型產(chǎn)業(yè)管理過程中借鑒實施。

[1]閆清東，劉樹成，楊匯斌，等.基于改進(jìn)雷達(dá)圖法的變矩器匹配評價[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2013，06（06）：1513-1516.

[2]孫德臣，周斌，支琪.MatrixVB在發(fā)動機與液力變矩器動力匹配中的應(yīng)用[J].機電信息，2011，09（18）：159-160.

[3]王建超，吳仁智，韓同杰，等.基于MATLAB的液力變矩器與發(fā)動機匹配的計算與分析[J].建筑機械，2011，12（23）：119-121+19.

[4]李宣秋，侯文軍，張立銀，等.工程機械閉鎖式液力變矩器閉鎖點的計算與選取[J].建筑機械，2012，08（15）：86-87+16.

[5]王心宏，鄭琦巍，胡高嵩.某城市客車自動變速器的液力變矩器熱負(fù)荷的計算[J].客車技術(shù)與研究，2013，03（03）：19-20.

[6]李春芾，陳慧巖，鄭廣軍，等.液力機械自動變速器動力性換擋點算法研究[J].汽車技術(shù)，2010，04（04）：43-45.