發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的合理匹配研究

陳超

摘要：通過對(duì)液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的合理匹配，能夠進(jìn)一步提升石油機(jī)械的燃油的燃燒效率，在提升動(dòng)力的同時(shí)也減少了尾氣的排放。因?yàn)橐毫鲃?dòng)有著操作便捷和適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以得到了十分廣泛的應(yīng)用。但液力傳動(dòng)的研究內(nèi)容中，實(shí)現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)的情況，同時(shí)也要研究出怎樣進(jìn)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(dòng)機(jī)的特點(diǎn)充分的發(fā)揮，需要對(duì)兩者進(jìn)行有效的匹配，從而提升石油機(jī)械工作的環(huán)保型和經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器的合理匹配進(jìn)行研究是非常有意義的。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);液力變矩器;合理匹配

0 ?引言

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

1 ?液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械動(dòng)能和液體動(dòng)能進(jìn)行相互之間的有效轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到動(dòng)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(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)有效的減振和隔振，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械摩擦損耗的情況，能夠?qū)κ蜋C(jī)械的性能進(jìn)行有效的改善，所以液力變矩器在石油機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械的動(dòng)力性有著重要的影響，同時(shí)也大幅度的提升了經(jīng)濟(jì)性。液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的匹配問題研究，需要以發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)裝置的石油機(jī)械，其所具備的性能不但分別和液力變矩器以及發(fā)動(dòng)機(jī)有著重要的關(guān)聯(lián)，同時(shí)也與液力變矩器以及發(fā)動(dòng)機(jī)之間相互的匹配程度有著重要的關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器是否匹配，首先需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線和液力變矩器的輸入曲線進(jìn)行計(jì)算，并從中找到二者相互之間的交點(diǎn)，看其是否與輸出特性相互匹配，能夠達(dá)到相關(guān)的特性要求。液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作點(diǎn)就可以通過特性曲線來進(jìn)行確定，具體如圖1所示。

另外，發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器之間的匹配原則主要包括以下幾個(gè)方面：首先，為了能夠使得石油機(jī)械得到更好的性能，液力變矩器應(yīng)該在石油機(jī)械低檔位運(yùn)行時(shí)所呈現(xiàn)出的負(fù)荷拋物線能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩點(diǎn)進(jìn)行相交。其次，為了能夠切實(shí)提升石油機(jī)械的應(yīng)用效率，需要能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器共同工作的范圍中，盡可能的將發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)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(fù)荷拋物線與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩點(diǎn)進(jìn)行相交。最后，要確保石油機(jī)械應(yīng)用燃油的經(jīng)濟(jì)性，在發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器兩者之間的共同工作范圍中，讓發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗掉接近最低值。

2 ?液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配優(yōu)化研究

石油機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)到一定程度時(shí)，利用對(duì)液力變矩器的傳動(dòng)比、泵輪力矩系數(shù)、循環(huán)園直徑等方面的改變來對(duì)兩者之間的匹配合理性進(jìn)行提升，對(duì)于兩者之間的匹配進(jìn)行優(yōu)化，具體是指對(duì)旋轉(zhuǎn)范圍、動(dòng)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(biāo)函數(shù)，并將循環(huán)圓直徑作為設(shè)計(jì)中的變量，從而計(jì)算出平均的輸出最大功率。將對(duì)液力變矩器循環(huán)圓直徑進(jìn)行優(yōu)化為主要的目的，根據(jù)石油機(jī)械的情況及正常和極限的聯(lián)合工作情況來進(jìn)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(jī)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(biāo)函數(shù)，通過遺傳算法來對(duì)液力變矩器循環(huán)圓直徑合理的優(yōu)化，進(jìn)而得到更高的啟動(dòng)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(shí)際情況的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)進(jìn)行相交。對(duì)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(jìn)行液力變矩器的有效設(shè)計(jì)，并根據(jù)導(dǎo)論進(jìn)口角和泵輪出口角來對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，按照遺傳算法來實(shí)現(xiàn)兩者之間的優(yōu)化匹配。

3 ?液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配方法和評(píng)價(jià)體系探究

對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配設(shè)計(jì)研究方面，主要需要考慮的是對(duì)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(hào)等內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)對(duì)工況的準(zhǔn)確判斷，將不同工況點(diǎn)位的建立作為匹配控制過程中的重要原則，通過石油機(jī)械中的轉(zhuǎn)速感應(yīng)裝置來對(duì)油門開度進(jìn)行隨時(shí)調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和液力變矩器泵輪之間實(shí)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(dòng)機(jī)的匹配指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一性的處理，獲得匹配性能價(jià)值的構(gòu)建，同時(shí)也包括用戶方對(duì)于匹配情況的滿意程度，按照目標(biāo)函數(shù)來對(duì)液力變矩器循環(huán)園直徑進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作曲線的擬合，來對(duì)其中的共同工作點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，從而提升計(jì)算的接近程度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀圖的有效構(gòu)建。合理的運(yùn)用匹配方法，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)石油機(jī)械經(jīng)濟(jì)性等方面的要求來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器進(jìn)行匹配。同時(shí)，利用相關(guān)軟件來對(duì)匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)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(dòng)機(jī)的共同工作點(diǎn)算法探析

對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)這兩者的共同工作點(diǎn)進(jìn)行明確，是對(duì)石油機(jī)械傳動(dòng)裝置進(jìn)行有效優(yōu)化和對(duì)前兩者之間進(jìn)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(duì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線和負(fù)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(duì)于共同工作點(diǎn)的問題進(jìn)行解決，可將其定義為解答一元多次方程的問題。可利用縮小變量區(qū)間來進(jìn)行共同工作點(diǎn)的計(jì)算。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線進(jìn)行擬合通過直接求根的方法或者牛頓法來對(duì)兩者的匹配電位進(jìn)行計(jì)算，并通過線性擬合來對(duì)共同的工作點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行消除。通過對(duì)液力傳統(tǒng)裝置模型進(jìn)行建立，以動(dòng)力學(xué)方程組為基礎(chǔ)，利用符號(hào)算法來獲得發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器的共同工作點(diǎn)，這種方式的實(shí)用性更強(qiáng)。

5 ?液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配軟件設(shè)計(jì)探究

以往對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配進(jìn)行計(jì)算主要是應(yīng)用解析和作圖的方法來實(shí)現(xiàn)，這兩種計(jì)算方法無論是在準(zhǔn)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(jì)算能力來實(shí)現(xiàn)液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配度精確計(jì)算，這種計(jì)算的方式有著更高的精確性，同時(shí)計(jì)算起來也更加的直觀和方便，能夠?qū)ζヅ涞慕Y(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)匹配方案的有效優(yōu)化。通過線性的方式來對(duì)兩者的特性進(jìn)行擬合，利用matlab軟件中的繪圖功能和編寫計(jì)算功能，來進(jìn)行液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而生成相應(yīng)的文件，使其能夠在電腦上進(jìn)行正常的運(yùn)行，從而為人們的操作帶來更加方便快捷的體驗(yàn)。其中的內(nèi)容包括了非積分和積分參數(shù)程序的計(jì)算和編寫，同時(shí)也包括對(duì)于匹配指標(biāo)的定義，另外還包括了計(jì)算程序和匹配界面的編寫。除此之外，也可以利用Access來對(duì)液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(jìn)行混合性的變成，以Excel為主要的數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行匹配計(jì)算軟件的開發(fā)。

6 ?液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配的仿真模型構(gòu)建

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

7 ?結(jié)束語

本文首先對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配原理和應(yīng)遵循的基本原則進(jìn)行闡述，同時(shí)對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配優(yōu)化、匹配方法和評(píng)價(jià)體系進(jìn)行探究，從而對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)算法和匹配軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，最后對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配仿真進(jìn)行研究。在對(duì)匹配方法和匹配優(yōu)化的內(nèi)容研究當(dāng)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(diǎn)時(shí)，實(shí)際上進(jìn)行工作點(diǎn)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(jì)算機(jī)計(jì)算或者方針的方式來獲得匹配的動(dòng)態(tài)特性。通過試驗(yàn)的方式來進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)際上是理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式。另外，在不同的石油機(jī)械或者是在不同的工作狀況下，對(duì)于液力變矩器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間匹配研究有著十分重要的意義，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工作情況來進(jìn)行兩者之間匹配問題的思考，從而選擇更為適用的發(fā)動(dòng)機(jī)和液力變矩器之間的匹配方式。希望通過本文，能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)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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