降轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器的研發(fā)

賈俊禮，張慶武，雷福斗，何振魯，邢向飛，鹿海洋

(山推工程機械股份有限公司，山東濟寧 272073)

隨著礦產(chǎn)資源消耗的增加，其匱乏日益凸顯，石油等礦產(chǎn)資源價格隨之飛漲，因此，節(jié)能降耗成為生產(chǎn)和生活的一個重要方向。發(fā)動機節(jié)能降耗主要有兩種方法:渦輪增壓和降低額定轉(zhuǎn)速。渦輪增壓發(fā)動機提高了燃燒效率，但增加了后期的維護成本，比較而言，采用降低發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速方法實現(xiàn)油耗的降低更好。通過降低發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速來降低油耗，必須有與其相匹配的降轉(zhuǎn)速大能容的液力變矩器。文中設(shè)計了兩款變矩器［1］，具有大能容、寬高效區(qū)的特點。

1 大能容液力變矩器的研制

結(jié)合變矩器的原始特性，首先進行相似設(shè)計，通過大型綜合性CAD軟件CATIA進行三維建模，再使用ANSYS進行葉柵的流場分析及修正，得出符合設(shè)計要求的三維葉柵(見圖1—3)。大多設(shè)計者接下來開始手工或利用機床制作模具來生產(chǎn)實體葉輪，然后進行性能驗證，這樣做的缺點在于如果性能驗證后不符合要求就需要再次對葉柵進行分析、修正，周期長，難度大，成本高;而作者將葉柵數(shù)據(jù)直接通過快速成型加工中心(RP)進行樣件的快速加工，然后進行性能驗證，如果不符合要求，則根據(jù)文獻［2］提出的方法進行分析、修正，如果符合設(shè)計要求，則進行模具生產(chǎn)。在模具設(shè)計中使用CATIA進行CAD/CAM設(shè)計，避免了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來的數(shù)據(jù)失誤。通過此種方法，變矩器的研發(fā)周期大大縮短，難度相應(yīng)降低，成本大大降低。

圖1 葉柵線框

圖2 葉柵三維模型

圖3 劃分網(wǎng)格

2 性能試驗

利用該方法，研制了多款全新的液力變矩器，其中YJSW315-8A及YJZ340兩款降轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器最具代表性。YJSW315-8A變矩器應(yīng)用于ZL50裝載機，YJZ340變矩器應(yīng)用于ZL30裝載機。經(jīng)驗證，搭載YJSW315-8A及YJZ340液力變矩器的裝載機比未搭載該型號變矩器的裝載機節(jié)油均達到10%以上，并且整車性能也有非常大的提升。

圖4(a)所示為降轉(zhuǎn)速大能容雙渦輪變矩器YJSW315-8A與圖4(b)所示普通雙渦輪變矩器YJSW315-6C的性能曲線對比，表1為兩款變矩器性能參數(shù)的對比。

圖4 YJSW315-8A與YJSW315-6C性能曲線對比

表1 YJSW315-8A與YJSW315-6C性能及參數(shù)對比

結(jié)合圖4和表1，不難看出，YJSW315-8A變矩器通過改變?nèi)~柵的循環(huán)圓及流場，在零速工況工程力矩、高效工況工程力矩、最高效率、高效區(qū)范圍等方面都優(yōu)于YJSW315-6C變矩器，因此YJSW315-8A變矩器可以與低轉(zhuǎn)速發(fā)動機達到更佳的匹配效果。

圖5所示為降轉(zhuǎn)速大能容變矩器YJZ340與普通變矩器YJ315X的性能曲線，表2為兩款變矩器性能參數(shù)的對比。

圖5 YJZ340與YJ315X性能曲線對比

表2 YJZ340與YJ315X性能及參數(shù)對比

結(jié)合圖5及表2不難看出:YJZ340變矩器同樣也通過改變?nèi)~柵的循環(huán)圓及流場，在零速工況工程力矩、高效工況工程力矩、最高效率、高效區(qū)范圍等方面都優(yōu)于YJ315X變矩器;雖然YJZ340的變矩系數(shù)有所降低，然而其變矩后的效果要遠優(yōu)于YJ315X變矩器，并且YJZ340變矩器的設(shè)計上采用了可單向旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輪自由結(jié)構(gòu)，使其在跑車工況下避免了轉(zhuǎn)速傳遞上的損失，效率相對大大提升。經(jīng)驗證，搭載YJZ340變矩器與搭載其他變矩器的ZL30裝載機相比，在跑車工況下節(jié)油17%，負載作業(yè)工況下節(jié)油15%。

3 結(jié)論

(1)該變矩器開發(fā)方法相比以前大大縮短了開發(fā)周期，難度相應(yīng)降低，成本大大降低。

(2)通過實驗表明:YJSW315-8A和YJZ340這兩款變矩器能很好地匹配降轉(zhuǎn)速發(fā)動機，均節(jié)油10%以上。(3)由于變矩器流體模型的復(fù)雜性和理論水平的限制，文中沒能在理論層面總結(jié)歸納CFD流場分析和修正方法，今后的主要工作重點也將在此。

［1］陶曾香，徐成云，饒鴻才．大能容寬高效可調(diào)式變矩器設(shè)計實驗研究［J］．工程機械，1994(10):27－31．

［2］王彥，王玉鵬，馬文星．液力變矩器循環(huán)圓的綜合描述及導(dǎo)數(shù)修正法［J］．吉林大學(xué)學(xué)報:工學(xué)版，2002，32(1):?79－82．