【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 給定外特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況，用數(shù)值方法進(jìn)行匹配計(jì)算，需要將沒(méi)有函數(shù)關(guān)系的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性曲線(xiàn)以擬合的方式用解析式表示，以便求解發(fā)動(dòng)機(jī)凈外特性曲線(xiàn)與變矩器輸入特性曲線(xiàn)(有解析表達(dá)式)的交點(diǎn)，即二者共同工作點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性曲線(xiàn)分為外特性段和調(diào)速特性。外特性段為單凹曲線(xiàn)，可以近似用二次曲線(xiàn)表示。調(diào)速特性段為直線(xiàn)，可用直線(xiàn)方程表示。如果己知特性曲線(xiàn)上的若干離散點(diǎn)(，Mei)(i=l，2，…)，采用分段最小二乘擬合，曲線(xiàn)方程如公式41：≤時(shí): Me= a0+a1ne+a2ne2 ＞時(shí): Me= b0+b1ne (41) 式中：Me, ne分別為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；為外特性曲線(xiàn)與調(diào)速特性交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；a0, al, a2, b0, b1分別為待定系數(shù)。并采用了拋物線(xiàn)二次插值，使這些離散數(shù)據(jù)得到光滑處理和格式統(tǒng)一，并保留其原有變化特性。第二種方法是給定額定功率及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速、最大扭矩及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速，在此情況下，外特性區(qū)段用二次拋物線(xiàn)近似，而在調(diào)速區(qū)段近似用直線(xiàn)表示，如公式42?！軙r(shí): = ()()2/()2＜＜時(shí)：= ()/() (42)式中: ,——發(fā)動(dòng)機(jī)任意轉(zhuǎn)速,及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩；,——發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率工況時(shí)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；,——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩工況時(shí)的轉(zhuǎn)速和扭矩；——發(fā)動(dòng)機(jī)最大空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。在變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的計(jì)算中，通常使用發(fā)動(dòng)機(jī)凈扭矩曲線(xiàn)，即扣除功率分流裝置消耗功率之后的凈扭矩特性曲線(xiàn)。對(duì)于裝載機(jī)，在挖掘和裝載作業(yè)中，工作泵往往要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)很大一部分轉(zhuǎn)矩和功率，約占額定功率的35%～40%，為了兼顧其他作業(yè)的需要，可以扣除20%的發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)矩和功率作為消耗在工作泵上的轉(zhuǎn)矩和功率進(jìn)行與變矩器的匹配。由于在裝載機(jī)的工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)向泵與變速泵和工作泵相比使用頻率相對(duì)較少，計(jì)算中可以忽略?？鄢兯俦煤凸ぷ鞅孟牡呐ぞ睾凸β屎?，得到發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用外特性再與液力變矩器進(jìn)行匹配。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)考慮采用第二種方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，采用MATLAB得到圖43所示發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩?cái)M合曲線(xiàn):圖43 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線(xiàn) 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸入輸出特性液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合進(jìn)行工作后，牽引車(chē)使用性能的好壞，除與液力變矩器的特性有關(guān)外，更主要的則取決于兩者的合理配合。很可能液力變矩器的原始特性很理想，但因直徑等選得不合適，致使其共同工作的特性很不好(即匹配得不好)而導(dǎo)致?tīng)恳?chē)的使用性能差。所以，無(wú)論是選擇還是設(shè)計(jì)一個(gè)液力變矩器都必須進(jìn)行與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的校驗(yàn)，以評(píng)定液力變矩器的特性和有效直徑是否合適，能否使整機(jī)獲得良好的性能。研究?jī)烧吖餐ぷ鞯募褐獥l件是：①液力變矩器結(jié)構(gòu)形式以及它的無(wú)因次特性曲線(xiàn),液力變矩器的有效直徑D。②發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線(xiàn)。當(dāng)液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作時(shí)，在變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的特性之間存在一定的相互制約關(guān)系。這種關(guān)系可以用變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸入特性表示。根據(jù)公式，ρ、g、D為常數(shù)，故，轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)是一條二次拋物線(xiàn)。對(duì)可透性的變矩器來(lái)說(shuō)，因?yàn)棣薭隨i的變化較大，所以不同傳動(dòng)比的負(fù)載拋物線(xiàn)相距就較遠(yuǎn)，它們所包括的工況區(qū)就較寬。不可透的變矩器情況就有所不同，λb基本上不隨i的變化而變化，它們所包括的工況區(qū)范圍和可透的變矩器相比就顯得相當(dāng)狹窄。 λb隨i的變化而變化，在液力變矩器的特性曲線(xiàn)上，我們可以選取不同的i值，從而對(duì)應(yīng)有不同的λb值。選定一個(gè)i值后，又對(duì)應(yīng)有不同的值，這樣在一個(gè)i值下，可以得到一組Mb的值，在發(fā)動(dòng)機(jī)原始特性曲線(xiàn)上，用光滑曲線(xiàn)將這些Mb值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)連接起來(lái)，考查其與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)的交點(diǎn)是否滿(mǎn)足匹配的要求。若滿(mǎn)足，進(jìn)行復(fù)選:若不滿(mǎn)足，則排除。MBg圖44 YJ320液力變矩器原始特性曲線(xiàn)由圖44可查出i=0~，公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩MBg是指當(dāng) =1000rmin－1，時(shí)動(dòng)力機(jī)傳給液力變矩器泵輪的轉(zhuǎn)矩。首先根據(jù)公式λB=MBg/ρg10002D5 (式中g(shù)=，ρ=103kgm3，D=)，計(jì)算出λb的值。再根據(jù)公式MB=ρgnB2D5取 =1400,1600,1800,2000,2200,2400,2600,2800,3000九個(gè)值，計(jì)算可得出九組不同轉(zhuǎn)速下的值。相應(yīng)的可在發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線(xiàn)圖上做出泵輪在不同傳動(dòng)比下的轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)，如圖45所示。由圖中共同包圍的區(qū)域大致可知發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作工況。由圖45可知，液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的工況點(diǎn)基本符合最大功率點(diǎn)和最大力矩點(diǎn)，其工作區(qū)包括范圍廣，符合要求，故可進(jìn)行下一步復(fù)選。i=i=i=0轉(zhuǎn)矩 800700600500400300200100600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 轉(zhuǎn)速 圖45 ZL50裝載機(jī)與YJ320液力變矩器共同工作輸入特性 液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸出特性 經(jīng)MATLAB計(jì)算繪圖，得到液力變矩器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的輸出特性曲線(xiàn)如圖46所示。η渦輪功率5（KW）渦輪扭矩（Nm）圖46 ZL50裝載機(jī)與YJ320液力變矩器共同工作輸出特性發(fā)動(dòng)機(jī)一變矩器匹配的特征參數(shù)如下：最大輸出扭矩(Nm): 最大輸出功率(kw)/對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速(rpm)：最高效率工況輸出功率(kw)/對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速(rpm) ：平均輸出功率(kw) ： 由此可以看出，最大輸出功率工況對(duì)應(yīng)的功率及轉(zhuǎn)速與變矩器最高效率工況對(duì)應(yīng)功率及轉(zhuǎn)速，這兩個(gè)工況比較接近，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)的功率得到充分利用，即匹配比較合理。 匹配設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題①額定工況點(diǎn)應(yīng)在內(nèi)燃機(jī)的功率最大點(diǎn)。②啟動(dòng)工況(i=0)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大越好，即最好通過(guò)內(nèi)燃機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)。③共同工作要求有較寬的高效區(qū)，即nt2/nt1的值越大越好，而且在高效區(qū)范圍內(nèi)，要有較低的比燃油消耗，即柴油機(jī)在該區(qū)間運(yùn)行有較好的經(jīng)濟(jì)性。比較柴油機(jī)加上液力變矩器的傳動(dòng)特性與單獨(dú)使用(即不加變矩器)的動(dòng)力特性，可得：①發(fā)動(dòng)機(jī)加上液力變矩器后使其工作范圍大大地?cái)U(kuò)大了。②液力變矩器與柴油機(jī)組合后，可提高柴油機(jī)穩(wěn)定工作的轉(zhuǎn)速范圍。柴油機(jī)單獨(dú)工作時(shí)，工作機(jī)轉(zhuǎn)速低于柴油機(jī)的最低轉(zhuǎn)速時(shí)，柴油機(jī)就會(huì)熄火，而加上變矩器后，由于變矩器泵輪是柴油機(jī)的直接負(fù)載，所以即使工作機(jī)轉(zhuǎn)速很低甚至為零，變矩器處于制動(dòng)工況，但柴油機(jī)仍然帶動(dòng)變矩器泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)，即柴油機(jī)不會(huì)熄火。③雖然柴油機(jī)單獨(dú)工作時(shí)，對(duì)拋物線(xiàn)性負(fù)載在任何工況點(diǎn)都是穩(wěn)定工況點(diǎn)，但對(duì)恒轉(zhuǎn)矩性負(fù)載則可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工況。而加上液力變矩器以后，無(wú)論是拋物線(xiàn)負(fù)載還是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在任何工況點(diǎn)都是穩(wěn)定的。④加上液力變矩器后，雖然使工作范圍有較大的拓寬，但由于液力變矩器本身效率不太高，所以通過(guò)液力變矩器以后輸出的功率要比柴油機(jī)功率有所下降。但由于液力變矩器具有自適應(yīng)性，可以無(wú)級(jí)變速，能免去機(jī)械變速等造成的損失，同時(shí)也簡(jiǎn)化了操作，故其損失掉的功率可相應(yīng)得到補(bǔ)償。第5章 新傳動(dòng)系的參數(shù)及特點(diǎn) ZL50輪式裝載機(jī)主機(jī)和傳動(dòng)系的基本參數(shù)1）輪距：2240 mm軸距：2760 mm 輪胎：～25輪胎氣壓：前輪：～ MPa, 后輪：～動(dòng)力半徑：前輪： mm， 后輪： mm滾動(dòng)阻力系數(shù)：額定載重量：5000 kg各擋行駛速度要求：VF1= 0～ km/h VF2= 0～12 km/hVF3= 0～22 km/h VF4= 0～40 km/h驅(qū)動(dòng)形式：全橋四輪驅(qū)動(dòng)2) 發(fā)動(dòng)機(jī)原始參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速：2200 r/min額定功率：154 KW最大輸出扭矩：771 ～1500r/min3）液力變矩器設(shè)計(jì)參數(shù)：最高輸入轉(zhuǎn)速： 2600 r/min最大輸入扭矩： 640 循環(huán)圓直徑： D=355mm渦輪制動(dòng)工況最大輸出扭矩： 零速變矩比：K0=進(jìn)口壓力：～ MPa出口壓力：～ MPa4）變速箱采用前進(jìn)四擋、倒退四擋，各擋速比為：iF1=，iF2=，iF3=，iF4= iR1=，iR2=，iR3=，iR4=總傳動(dòng)效率為：η=5）附件（工作泵、轉(zhuǎn)向泵、變速泵）變速泵型號(hào)：BCB1352 齒輪泵，排量q 1為 63 ml / r，工作壓力為 ～ MPa轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油泵型號(hào)：CBG2080 齒輪泵，額定流量 150L/min,工作壓力為 工作泵型號(hào)：CBG3160，排量q 2為 160 ml / r，工作油壓為 MPa 新傳動(dòng)系的特點(diǎn)在傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)中，采用了一些新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，與原傳動(dòng)系相比較主要有下列不同：1）總體來(lái)說(shuō)，原 ZL50 裝載機(jī)從傳動(dòng)系形式來(lái)看，屬于液力—機(jī)械串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)。采用的雙渦輪變矩器，屬于將液力變矩器與機(jī)械傳動(dòng)元件組合起來(lái)的功率內(nèi)分流的力機(jī)械變矩器，在高速輕載工況下，自由輪機(jī)構(gòu)脫開(kāi)，第一渦輪空轉(zhuǎn)，動(dòng)力自第二渦輪單獨(dú)傳遞；在低速重載工況下，自由輪機(jī)構(gòu)鎖緊，兩個(gè)渦輪共同傳遞功率，從而使變矩系數(shù)加大，K0 =，最高效率高。由于雙渦輪作用，其變矩系數(shù)曲線(xiàn)由兩段不同斜率的曲線(xiàn)組成，因此隨著外載荷變化時(shí)變矩器本身可進(jìn)行一定量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。與之相配的變速器為有兩個(gè)行星排構(gòu)成的行星傳動(dòng)動(dòng)力變速器，通過(guò)三個(gè)操作件，即兩個(gè)制動(dòng)器和一個(gè)離合器，來(lái)實(shí)現(xiàn)前二后一共三個(gè)擋位。該液力變速器自上世紀(jì)六十年代為各主機(jī)廠(chǎng)家廣為使用，成為國(guó)內(nèi) ZL40/50 裝載機(jī)的通用型配置。但由于液力變矩器采用了雙渦輪，功率損失大，造成有效牽引功率、效率較低，高效區(qū)范圍較窄；超越離合器受力狀況和潤(rùn)滑條件較差，可靠性差；尺寸鏈較長(zhǎng)，不易保證，造成變速器噪音較大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件加工制造困難，維修不方便。新傳動(dòng)系的液力變矩器為單級(jí)、單相、三元件向心渦輪變矩器，制動(dòng)工況變矩系數(shù)K0 不小于 ，具有正透性，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，渦輪的轉(zhuǎn)速減小，循環(huán)圓流量增加，使泵輪負(fù)荷增加，反之亦然，這樣利于充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。由于采用了單級(jí)、單向向心渦輪變矩器，最高效率高于其他形式的變矩器，實(shí)測(cè)最高效率值為 ，且高效工作區(qū)較寬；最大的特點(diǎn)是零件易于加工制造。當(dāng)然，該變矩器的起動(dòng)工況（i=0）的變矩系數(shù)K0 較之原雙渦輪變矩器小，但因?yàn)榕渲昧怂俦确秶^大的前四后四動(dòng)力換擋變速器，同樣獲得了較大的速比范圍，不僅滿(mǎn)足了裝載機(jī)高速時(shí)的小速比和作業(yè)時(shí)的大速比要求，且能充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，制造工藝性較好，維修性較方便；配上電液操縱，在一定范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。新老傳動(dòng)系的主要不同點(diǎn)如下：(1)原傳動(dòng)系屬液力—機(jī)械串聯(lián)的復(fù)合傳動(dòng)；新傳動(dòng)系屬純液力傳動(dòng)。(2)原傳動(dòng)系變矩器為雙渦輪加超越離合器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；新傳動(dòng)系變矩器屬單級(jí)、單向、三元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(3)原傳動(dòng)系變矩器零速變矩比K0 =；新傳動(dòng)系變矩器零速變矩比K0 =。(4)原傳動(dòng)系變矩器最高效率 ；新傳動(dòng)系變矩器最高效率 。(5)原傳動(dòng)系變速器為前二后一三擋行星傳動(dòng)變速器；新傳動(dòng)系屬變速器前四后四八擋定軸式動(dòng)力換擋變速器。(6)原傳動(dòng)系最高車(chē)速為 37 km/h；新傳動(dòng)系最高車(chē)速為 40 km/h（實(shí)測(cè)值為 ）。(7)原傳動(dòng)系一擋最大牽引力為 146kN；新傳動(dòng)系一擋最大牽引力為 kN；(8)原液力變速器為機(jī)械換擋；新液力變速器為電液操縱動(dòng)力換擋，減輕了操縱強(qiáng)度。 本章小結(jié)本章對(duì)液力變速器進(jìn)行了研究。以ZL50 裝載機(jī)液力變矩器為例，分析討論了裝載機(jī)的實(shí)用調(diào)速特性、發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作的輸入、輸出特性，并對(duì)實(shí)際匹配曲線(xiàn)進(jìn)行了分析討論，得出匹配合理的結(jié)論；針對(duì)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了動(dòng)力換擋變速器，詳細(xì)討論了新的動(dòng)力換擋變速器的傳動(dòng)方案圖及擋位、速比、齒輪模數(shù)等主要參數(shù)的選擇和確定過(guò)程。最后就新傳動(dòng)系統(tǒng)與原系統(tǒng)系的區(qū)別進(jìn)行了闡述。參考文獻(xiàn)[1] (上下)[J].中國(guó)鐵道出版社,1986[2] [J].長(zhǎng)安大學(xué),2003[3] 李仁光，[J].人民交通出版社，1995[4] [M].人民交通出版社,1990[5] [M].科學(xué)出版社，2003[6] [M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003[7] 張光裕，[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1994[8] 孫恒，[M].高等教育出版社，1990[9] 孫桓，2009[10] [M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003第2版[11] 濮良貴，（第八版）.高等教育出版社,2009 [12] 干光瑜，（第三版）高等教育出版社,2009 [13] [M].機(jī)械工業(yè)出版社,1991[14] 楊曙東，（第三版）.華中科技大學(xué)出版社,2008[15] [M].機(jī)械工業(yè)出版社,1983[16] KOMATSU Co. 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