發(fā)動機與液力變矩器的合理匹配研究

陳超

摘要：通過對液力變矩器和發(fā)動機之間的合理匹配，能夠進一步提升石油機械的燃油的燃燒效率，在提升動力的同時也減少了尾氣的排放。因為液力傳動有著操作便捷和適應(yīng)能力強等特點，所以得到了十分廣泛的應(yīng)用。但液力傳動的研究內(nèi)容中，實現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動機之間的合理匹配是其中的關(guān)鍵性問題，不但要考慮到兩者一起工作時的情況，同時也要研究出怎樣進行兩者之間的配合才能夠獲得更好的性能。為了能夠?qū)⒁毫ψ兙仄骱桶l(fā)動機的特點充分的發(fā)揮，需要對兩者進行有效的匹配，從而提升石油機械工作的環(huán)保型和經(jīng)濟性。因此，對于發(fā)動機與液力變矩器的合理匹配進行研究是非常有意義的。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;液力變矩器;合理匹配

0 ?引言

目前在石油機械當中液力傳動裝置已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，為液力傳動裝置提供動力的是發(fā)動機，通過液力變矩器和傳動部件來將動力傳遞給驅(qū)動輪。通過利用液力變矩器，不僅僅能夠?qū)κ蜋C械牽引特性進行改善，同時也能夠使得石油機械適應(yīng)劇烈載荷的能力增強，另外也能夠有效的降低開裂施工所受到的沖擊和震動，防止石油機械中的發(fā)動機出現(xiàn)熄火的情況。當前我國多個研發(fā)機構(gòu)已經(jīng)對液力變矩器和發(fā)動機兩者之間的匹配進行了研究，通過模型的建立和數(shù)據(jù)的分析來對石油機械的經(jīng)濟和動力等方面特性進行綜合性的評價，從而實現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動機的合理匹配。

1 ?液力變矩器和發(fā)動機的匹配原理和應(yīng)遵循的基本原則

液力變矩器主要是利用液體來作為主要的媒介，將機械動能和液體動能進行相互之間的有效轉(zhuǎn)換，從而達到動力傳遞的效果。液力變矩器有著非常好的自適應(yīng)性和低速性能，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)有效的減振和隔振，不會出現(xiàn)機械摩擦損耗的情況，能夠?qū)κ蜋C械的性能進行有效的改善，所以液力變矩器在石油機械中得到了廣泛的應(yīng)用。實現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動機之間的有效匹配，兩者所具備的共同輸出特性能夠?qū)κ蜋C械的動力性有著重要的影響，同時也大幅度的提升了經(jīng)濟性。液力變矩器和發(fā)動機之間的匹配問題研究，需要以發(fā)動機和液力變矩器泵輪的特性曲線描述為基礎(chǔ)，安裝了液力轉(zhuǎn)動裝置的石油機械，其所具備的性能不但分別和液力變矩器以及發(fā)動機有著重要的關(guān)聯(lián)，同時也與液力變矩器以及發(fā)動機之間相互的匹配程度有著重要的關(guān)系。發(fā)動機和液力變矩器是否匹配，首先需要對發(fā)動機特性曲線和液力變矩器的輸入曲線進行計算，并從中找到二者相互之間的交點，看其是否與輸出特性相互匹配，能夠達到相關(guān)的特性要求。液力變矩器和發(fā)動機的共同工作點就可以通過特性曲線來進行確定，具體如圖1所示。

另外，發(fā)動機和液力變矩器之間的匹配原則主要包括以下幾個方面：首先，為了能夠使得石油機械得到更好的性能，液力變矩器應(yīng)該在石油機械低檔位運行時所呈現(xiàn)出的負荷拋物線能夠與發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩點進行相交。其次，為了能夠切實提升石油機械的應(yīng)用效率，需要能夠在發(fā)動機和液力變矩器共同工作的范圍中，盡可能的將發(fā)動機最大功率進行應(yīng)用，同時也需要液力變矩器能夠在處于最高效率的狀態(tài)下呈現(xiàn)出的負荷拋物線與發(fā)動機扭矩點進行相交。最后，要確保石油機械應(yīng)用燃油的經(jīng)濟性，在發(fā)動機和液力變矩器兩者之間的共同工作范圍中，讓發(fā)動機燃油消耗掉接近最低值。

2 ?液力變矩器和發(fā)動機的匹配優(yōu)化研究

石油機械的發(fā)動機功率達到一定程度時，利用對液力變矩器的傳動比、泵輪力矩系數(shù)、循環(huán)園直徑等方面的改變來對兩者之間的匹配合理性進行提升，對于兩者之間的匹配進行優(yōu)化，具體是指對旋轉(zhuǎn)范圍、動力范圍、輸出功率、平均油耗以及渦輪軸輸出功率等方面來目標函數(shù)，并將循環(huán)圓直徑作為設(shè)計中的變量，從而計算出平均的輸出最大功率。將對液力變矩器循環(huán)圓直徑進行優(yōu)化為主要的目的，根據(jù)石油機械的情況及正常和極限的聯(lián)合工作情況來進行有效的約束，從而得到最大輸出功率。另外，也可以將石油機械中的輸出功率和轉(zhuǎn)矩作為主要的優(yōu)化內(nèi)容，并建立相應(yīng)的目標函數(shù)，通過遺傳算法來對液力變矩器循環(huán)圓直徑合理的優(yōu)化，進而得到更高的啟動扭矩和輸出功率以及渦輪功率。為了能夠真正符合工況的需求，最為合理的狀態(tài)就是液力變矩器特性曲線和按照工況實際情況的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩點進行相交。對于不同的工況要采用相應(yīng)的匹配優(yōu)化方式，從而得到不同的變矩器循環(huán)園直徑。按照維束流理論來進行液力變矩器的有效設(shè)計，并根據(jù)導(dǎo)論進口角和泵輪出口角來對模型進行優(yōu)化，按照遺傳算法來實現(xiàn)兩者之間的優(yōu)化匹配。

3 ?液力變矩器和發(fā)動機的匹配方法和評價體系探究

對于液力變矩器和發(fā)動機的匹配設(shè)計研究方面，主要需要考慮的是對兩者之間匹配的影響因素，以及所采用的匹配方式。利用主油泵壓力和換擋信號等內(nèi)容來實現(xiàn)對工況的準確判斷，將不同工況點位的建立作為匹配控制過程中的重要原則，通過石油機械中的轉(zhuǎn)速感應(yīng)裝置來對油門開度進行隨時調(diào)節(jié)，發(fā)動機扭矩和液力變矩器泵輪之間實現(xiàn)自適應(yīng)的狀態(tài)中，從而獲得更好的匹配效果。把液力變矩器和發(fā)動機的匹配指標進行統(tǒng)一性的處理，獲得匹配性能價值的構(gòu)建，同時也包括用戶方對于匹配情況的滿意程度，按照目標函數(shù)來對液力變矩器循環(huán)園直徑進行優(yōu)化。通過對液力變矩器和發(fā)動機共同工作曲線的擬合，來對其中的共同工作點進行計算，從而提升計算的接近程度，實現(xiàn)網(wǎng)狀圖的有效構(gòu)建。合理的運用匹配方法，能夠根據(jù)設(shè)計者對石油機械經(jīng)濟性等方面的要求來對發(fā)動機和液力變矩器進行匹配。同時，利用相關(guān)軟件來對匹配數(shù)據(jù)進行處理，并對方法進行驗證，從而得出該匹配方法是否足夠的正確和可行。

4 ?液力變矩器和發(fā)動機的共同工作點算法探析

對于液力變矩器和發(fā)動機這兩者的共同工作點進行明確，是對石油機械傳動裝置進行有效優(yōu)化和對前兩者之間進行合理匹配的重要條件。如果去看這兩者的特性曲線，主要就是對對發(fā)動機特性曲線和負荷拋物線之間的相交，所使用的方式包括了解析、優(yōu)化和幾何近似等算法。對于共同工作點的問題進行解決，可將其定義為解答一元多次方程的問題?？衫每s小變量區(qū)間來進行共同工作點的計算。通過對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩特性曲線進行擬合通過直接求根的方法或者牛頓法來對兩者的匹配電位進行計算，并通過線性擬合來對共同的工作點進行求解，利用這種方式可將數(shù)據(jù)擬合過程中產(chǎn)生的誤差進行消除。通過對液力傳統(tǒng)裝置模型進行建立，以動力學(xué)方程組為基礎(chǔ)，利用符號算法來獲得發(fā)動機和液力變矩器的共同工作點，這種方式的實用性更強。

5 ?液力變矩器和發(fā)動機的匹配軟件設(shè)計探究

以往對于液力變矩器和發(fā)動機匹配進行計算主要是應(yīng)用解析和作圖的方法來實現(xiàn)，這兩種計算方法無論是在準確性上，還是在工作量上都存在一定的缺陷。所以可以通過使用matlab這種軟件所具備的用戶界面性能和矩陣計算能力來實現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動機的匹配度精確計算，這種計算的方式有著更高的精確性，同時計算起來也更加的直觀和方便，能夠?qū)ζヅ涞慕Y(jié)果進行進一步的分析，從而實現(xiàn)對匹配方案的有效優(yōu)化。通過線性的方式來對兩者的特性進行擬合，利用matlab軟件中的繪圖功能和編寫計算功能，來進行液力變矩器和發(fā)動機的匹配界面進行設(shè)計，從而生成相應(yīng)的文件，使其能夠在電腦上進行正常的運行，從而為人們的操作帶來更加方便快捷的體驗。其中的內(nèi)容包括了非積分和積分參數(shù)程序的計算和編寫，同時也包括對于匹配指標的定義，另外還包括了計算程序和匹配界面的編寫。除此之外，也可以利用Access來對液力變矩器和發(fā)動機的數(shù)據(jù)庫進行建立，通過MatrixVB來完成匹配軟件的編寫，也可以利用VB語言與Matla來進行混合性的變成，以Excel為主要的數(shù)據(jù)庫來進行匹配計算軟件的開發(fā)。

6 ?液力變矩器和發(fā)動機合理匹配的仿真模型構(gòu)建

在對匹配情況進行仿真的過程中，通過使用AMESim軟件來實現(xiàn)多個轉(zhuǎn)速感應(yīng)模型的構(gòu)建，從而實現(xiàn)對具體類型作業(yè)載荷的模擬，從而實現(xiàn)仿真的計算過程和建模過程。利用ADAMS軟件為基礎(chǔ)，來對閉鎖裝置、液力變矩器和發(fā)動機的模型進行構(gòu)建，并將其組合成為能夠共同開展工作的虛擬機，從而實現(xiàn)有效的仿真控制過程，進而真正獲得兩者共同工作過程中所呈現(xiàn)出的動態(tài)特征。

7 ?結(jié)束語

本文首先對于液力變矩器和發(fā)動機的匹配原理和應(yīng)遵循的基本原則進行闡述，同時對于液力變矩器和發(fā)動機的匹配優(yōu)化、匹配方法和評價體系進行探究，從而對于液力變矩器和發(fā)動機共同工作點算法和匹配軟件設(shè)計進行分析，最后對于液力變矩器和發(fā)動機的匹配仿真進行研究。在對匹配方法和匹配優(yōu)化的內(nèi)容研究當中，液力變矩器中的循環(huán)圓直徑是其中十分關(guān)鍵的變量，在選擇工作點時，實際上進行工作點區(qū)域的求解就等于多元次方程的求解過程，所以可以利用計算機計算或者方針的方式來獲得匹配的動態(tài)特性。通過試驗的方式來進行驗證實際上是理論與實踐相結(jié)合的方式。另外，在不同的石油機械或者是在不同的工作狀況下，對于液力變矩器和發(fā)動機之間匹配研究有著十分重要的意義，應(yīng)該根據(jù)實際的工作情況來進行兩者之間匹配問題的思考，從而選擇更為適用的發(fā)動機和液力變矩器之間的匹配方式。希望通過本文，能夠為發(fā)動機與液力變矩器的合理匹配研究提供一些參考和幫助。

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