液力变扭器

液力变扭器（共11篇）

液力变扭器 篇1

液力缓速器是利用耦合叶轮搅动油液产生阻力形成制动作用,结构如图1。它主要由定子、转子、控制阀以及电子控制系统等组成,定子和转子共同组成工作腔。缓速器制动力矩的大小取决于工作腔内介质(机油)的压力和数量以及传动轴的转速。当要进行缓速时,控制系统将油槽中的介质(机油)泵入定子与转子之间的工作腔,由于转子与车辆传动轴相连,而定子固定在缓速器的外壳上,转子受传动轴驱动带动介质一起旋转。介质的粘性作用使转子受到定子的凝滞阻力而降低转速,从而也使传动轴转速慢下来。随着传动轴转速下降,车速也慢下来产生缓速作用。当解除缓速作用时控制系统将油释放出油格,在结构上保证工作腔无油时也不会有阻尼,保证缓速器不会在车辆行驶时产生阻力多消耗燃料。

由于液力缓速器与发动机共用一个冷却系统,它的安装就没有电涡流缓速器那么多样。一般情况下,液力缓速器安装在变速箱的后端,如图2所示。

1.缓速器2.热交换器3.变速器4.发动机5.冷却水泵6.节温器7.发动机风扇8.水温传感器9.油温传感器

液力缓速器与发动机共用一个冷却系统,水路的安装要求较高。例如,必须使冷却水先经过发动机,后经过缓速器;水路中的冷却水必须100%的馈入缓速器,并要保证足够的流量和可靠的通风。

使用液力缓速器,可使制动更平衡,安全性更好。因为液力缓速器是无机构磨擦,采用逐步增加制动力矩的方式,使得高速行驶的车辆制动更平衡,安全性更好;可提高车辆运行的经济性,由于其独立于原制动系统,可降低轮毂、轮胎的温度,下降幅度可达30-40%,减少爆胎,轮毂、轮胎寿命可延长3倍以上。

使用液力缓速器还可增加制动力,使制动的反应时间更短,紧急制动的距离缩短。

与同扭矩的其他缓速器比较,液力缓速器体积小,养护费用低。

安装液力缓速器后,车辆的制动操作并无改变。司机只需预先体验一下制动响应时间和制动强度即可。维护方面主要是检查缓速器的工作介质油面的高度。使用液力缓速器应注意以下问题:

1.一般情况下液力缓速器的脚控开关是打开的,踩下制动踏板,缓速器即可自动工作,无需司机另行介入。

2.当车辆空载或行驶在冰雪等湿滑路段时,由于车轮与地面附着力较低,使用手动控制时升挡不能太快,以免缓速器制动力矩过大引起后轮打滑(装有ABS装置例外)。

3.车辆在下长坡路段时,只要将手动开关放在恒速挡,控制系统就会自动控制车速恒速下坡,这样可减轻司机工作强度;当遇到急转或较险的路段时,配合汽车制动系统使用来控制车速。

4.车辆运行一段时间后,必须清洗粘附在缓速器上的灰尘和泥浆等,以保证其良好的散热性。

5.车辆停止使用时必须切断电源总开关。

液力缓速器体积小、重量轻、效率高,其平稳柔和的制动,将为广大客车乘客提供安全、舒适的乘车环境。

液力缓速器的无触点控制方式和无摩擦设计,能使制动刹车蹄片和轮胎的使用寿命延长。当发生故障后,可临时切断缓速器的工作,而不影响车辆继续营运。

液力变扭器 篇2

很多人也许不知道，在煤矿使用调速型液力偶合器的时候，选型是需要注意一些事项的，那么，在选型的时候，需要注意些什么事项呢?且看下面分解！

一、具有防爆性能，且取得煤安标志证明

偶合器本身虽然属于本质安全型的，但所配仪器仪表、电加热器和辅助润滑系统驱动电动机等需要防爆，且要求煤安证。包括电动执行器、电动操作器、铂热电阻、压力变送器、电加热器等均要有煤矿安全标志证明。

二、确定是否是多动力机驱动，是否提供群控装置

如果是多动力机驱动，则需注意以下几点：

1、是否需要提群控装置;

2、驱动站是一侧布置还是双侧布置还是双侧对面布置，如果一侧布置，则旋向相同;如果是双侧布置，则旋向一反一正，要确定仪表盘和进出油法兰的位置;

3、多动力机驱动的偶合器在采购电动执行器时，应要求同一组的电动执行器应同步(即电动机转速相同)。

三、确定电动执行器及其他控制仪表及电加热器电源电压

煤矿常用660V电压，控制仪表常用127V电压，这与其他场合不同。而电动执行器大都为220V，如果选型匹配时忽视对电源电压的确定，就可能铸成大错，在现场无法使用。

四、确定有无冷却水，确定冷却器形式

有的煤矿井下没有冷却水，如果在选型匹配时没有询问清楚，误选了水冷却器，则偶合器无法冷却，也就无法使用。还有的脱离实际盲目选冷却器(主要是风冷式冷却器)以至于造成冷却器在巷道中无法安装，因此在选型匹配时，对冷却器的形状、安装尺寸及冷却水源一定要搞清楚。

五、没有煤安证明别盲目供货

煤矿用偶合器要求较严，如果没有取得煤安标志证明，千万别盲目供货，以避免无法验货而造成损失。

六、确定调速时间

《液力传动装置》教学设计及反思 篇3

【关键词】情景导入;揭示课题;问题;猜想;反思

【中图分类号】G714【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)09-0280-02

教材内容分析:

《液力传动装置》是中职规划类教材《自动变速器维修》第一章自动变速器构造与工作原理中的第二单元内容,本单元是从汽车上采用的液力传动装置:液力耦合器与液力变矩器,引领学生探究其结构和工作原理。本课从学生学习过第一章液力传动工作原理引出本节课研究的内容:“液力耦合器与液力变矩器结构上有何区别?液力变矩器如何增扭和提高传动效率?”的问题。作为本单元的起始课,《液力传动装置》的学习首先引导学生研究液力耦合器与液力变矩器之间的关系和特点,为本单元的后续研究奠定了认知的基础。

教学目标:

1.目的与要求:

(1)掌握液力耦合器、液力变矩器的结构和工作原理。

(2)熟悉液力耦合器与液力变矩器的区别。

(3)掌握带锁止离合器的液力变矩器的工作原理。

2.过程与方法:

(1)从液力耦合器到三元件的液力变矩器结构分析,逐渐推出四元件、五元件的液力变矩器结构并得出合理结论。

(2)用多媒体手段和实物相结合教学。

教学重点:带锁止离合器的液力变矩器的工作原理。

教学难点:液力变矩器的传动特性

教学准备:多媒体教学工具及课件,液力变矩器实物,教材。

一、情境导入,揭示课题。

⒈课件出示液力耦合器与液力变矩器图片

师:同学们,请看大屏幕,我们观察一下液力耦合器与液力变矩器,它们有什么共同特点和不同点?

学情预设:

生:有泵轮和涡轮

生:有飞轮和外壳

生:有泵轮、涡轮和导轮

⒉液力耦合器与液力变矩器之间的关系

师:由液力耦合器的结构和工作原理可知,液力偶合器的传动效率等于其传动比,而传动比随两轮的转速差变化。

汽车起步时,nw为零,η也就等于零,此时虽然涡轮轴上获得的扭矩最大,但无功率输出。

在汽车起步加速过程中,nw逐渐升高,η也随之升高,但传递的扭矩在减小,且η永远无法达到100%。

由于液力偶合器不能改变扭矩的大小,它虽能使汽车平稳起步、加速,减少传动系的冲击载荷,但结构复杂、成本高、效率低,而且不能完全切断动力,必须装有离合器才能平顺换挡,所以很少采用。

而液力变矩器当在泵轮和涡轮中安装了导轮后,当涡轮转动时,从涡轮流出的自动变速器油ATF有残留的动能,通过导轮加在泵轮上从而增大扭矩。

泵轮与涡轮的转速差越大,扭矩增大也越快。

⒊揭示课题

师:液力变矩器之所以能起变矩作用,就是由于结构上比液力偶合器多了一个导轮。在自动变速器油ATF循环流动的过程中,固定不动的导轮给涡轮一个反作用力矩,使涡轮输出的扭矩不同于泵轮输入扭矩。

二、提出问题,学生猜想

1、研讨液力变矩器变矩作用与什么因素有关。

师:同学们想一想,液力变矩器变矩作用与那些因素有关呢?下面小组同学讨论讨论。

⒉学情预设:

生:导轮

生:转速差

生:涡流

生:环流

⒊小结:

同学们都很善于思考,我们今天就先来研究液力耦合器与液力变矩器之间的关系,对于其他问题我们在以后的学习中继续研究。

三、合理探究、进行实验。

(一)研究液力耦合器与液力变矩器之间的特点

⒈猜测

师:首先我们研究液力耦合器与液力变矩器之间的关系。你们认为导轮给涡轮一个反作用力矩,使涡轮输出的扭矩不同于泵轮输入扭矩?(学生回答:导轮加在泵轮与涡轮之间的转速差改变,扭矩改变。)

⒉小组设计方案

师:我们用两台电风扇实验作形象描述:一台电风扇接通电源就像变矩器中的泵轮,另一台电风扇不接电源就像变矩器中的涡轮。将两台电风扇对置,当接通电源的电风扇旋转时,不接电源的风扇会怎样?下面就请各小组设计一个你们的实验方案。同时考虑实验中哪些条件改变,哪些条件不改变。

⒊各小组进行讨论。

⒋学生汇报

师:同学们讨论的都很热烈,哪个小组愿意先来汇报你们的实验方案?

学情预设:

生:两个电风扇就组成了偶合器,它能够传递扭矩,但不能增大扭矩。

生:没有电源的电风扇回流到有电源的电风扇叶片背面。这样会增加有电源电风扇吹出的气流,起增力作用。

师:在他们的研究方案中我们应该注意哪些条件是变化的,哪些条件是不变的?

学情预设:

生:当接通电源的电风扇旋转时,产生的气流可以吹动不接电源的风扇使其转动。

生:两个风扇转动的速度不同。

生: 如果添加一个管道,空气就会从后面通过管道,从没有电源的电风扇回流到有电源的电风扇叶片正面会降低有电源电风扇吹出的气流,起阻尼作用。

生:电风扇(有电源)与没有电源的电风扇用一个轴连接在一起,此时两个电风扇同速转动。

师:我们设计好了实验方案。

5.实验

师:下面各个小组就用两个风扇,按你们的实验方案进行实验。从你们所做的实验数据中观察有什么发现?一会我们交流。

电控液力自动变速技术 篇4

由于计算机能存储、处理多种换档规律, 电液式控制系统不仅可以按汽车行驶的需要选择相应的档位, 而且能实现更复杂、更合理的控制, 可得到更理想的燃料经济性和动力性。此外, 电液式控制系统还可简化液压系统, 提高控制精度和反应速度, 并可实现与整车其他控制系统的匹配, 如发动机控制、巡航控制等。因此, 现在几乎所有的轿车自动变速器都采用电液控制系统。

1 电控液力式自动变速器结构

电子控制自动变速器由液力变矩器、行星齿轮系统、液压控制系统和电子控制系统组成, 如图1所示。

1.1液力变矩器

液力变矩器安装在发动机和变速器之间, 以液压油 (ATF) 为工作介质, 起传递转矩、变矩、变速及离合的作用, 它有转矩放大、失速、耦合工作特性。液力变矩器有3个主要元件:泵轮、涡轮和导轮。它们都是由铝合金精密制造或钢板冲压而成, 在它们的环状壳体中径向排列着许多叶片。变矩器工作时, 壳体内充满液压油, 发动机带动外壳旋转, 外壳带动泵轮旋转, 在液压油的作用下, 涡轮工作, 从而实现动能和转矩的变化。典型的液力变矩器有三元件液力变矩器、四元件液力变矩器、带有锁止机构的液力变矩器。

1.2行星齿轮系统

液力变矩器可以在一定范围内自动无级地改变转矩比和传动比, 以适应行驶阻力的变化, 但变矩系数小, 不能完全满足汽车使用的要求, 必须与齿轮变速器组合使用, 扩大传动比的变化范围, 才能满足汽车行驶要求。目前, 绝大多数自动变速器都采用行星齿轮系统与液力变矩器组合使用, 行星齿轮系统由行星齿轮机构和执行机构组成, 执行机构有多片离合器、单向离合器和制动器3种形式, 执行机构根据自动变速器控制系统的命令放松或固定行星齿轮机构的某个元件, 通过改变动力传递路线得到不同的传动比。

1.3液压控制系统

液压控制系统由液压泵、阀体、储压器、离合器、制动器以及连接管路组成, 系统根据车辆状态, 将液压泵建立起来的压力经调压后作用于液力变矩器、离合器和制动器, 如图2所示。

1.4电子控制系统

电子控制系统通过电子式自动变速装置把液压控制装置的换档操纵机构改为电子操纵机构, 即以车速和加速踏板开度的电子信号作为输入, 用微机确定换档点, 由换档信号使换档阀工作而进行自动换档, 从而精确地控制换档时机和品质。电子控制系统由传感元件、电控单元、控制软件和执行元件 (电磁阀) 组成, 电子控制框图如图3所示。

传感元件一般包括车速传感器、节气门位置传感器、发动机水温传感器、空档起动开关、制动灯开关、超速开关、模式选择开关等, 用来检测节气门开度、车速、水温及其它相关状态, 以电信号形式输入到电控单元。电控单元有的采用专用电控变速器微机 (ECT) , 有的和汽油喷射发动机共用一个控制微机。电控单元根据各传感元件输入的信号确定换档和锁定时机, 发出信号, 控制执行元件, 电磁阀动作, 完成电控单元下达的换档、锁止等命令 电磁阀包括换档电磁阀、调油压电磁阀、变矩器锁止电磁阀、加力电磁阀、冬天驾驶防滑阀等。电子控制系统带有自诊断装置, 并且具有在发生故障时使车辆继续行驶的失效防护功能。

2 电控液力式自动变速控制技术

2.1工作原理

电液式控制系统中有多个传感器, 常用的有节气门位置传感器、发动机转速传感器、车速传感器、输入轴转速传感器和油温传感器。电子控制系统通过电子式自动变速装置把液压控制装置的换档操纵机构改为电子操纵机构, 即以车速和加速踏板开度的电子信号作为输入, 用微机确定换档点, 由换档信号使换档阀工作而进行自动换档, 从而精确地控制换档时机和品质。

2.2控制方法

自动换档的控制系统 (换档点的选择及换档信号的发生) 是由微电脑或称微处理器来完成的。此时, 车速、加速度、节气门、选档范围等控制换档的信号变为相应电信号。

2.3控制机理及控制流程

汽车在行驶时, 微电脑根据模式开关和档位开关的信号从存储器中选出相应的自动换档图, 再将车速传感器、节气门位置传感器测得的车速、节气们开度与所选的自动换档图进行比较。如在一定节气门开度下行驶的汽车达到设定的换档车速时, 微电脑便向换档电磁阀发出电信号, 由电磁阀的动作决定压力油通往各操纵元件的流向, 以实现档位的自动变换, 如图4所示。

2.4控制功能

1) 换档控制。

换档控制是根据电控单元发出的换档指令, 通过控制换档电磁阀的开、关, 驱动执行机构动作, 实现自动升档或降档的过程控制。选择最佳的时刻换档, 可使汽车的动力性和经济性最佳。

2) 油压控制。

电控变速器微机主要根据节气门的开度、档位、液压油温及换档等信号, 计算出相应的主油路油压值, 并通过输出相应的占空比脉冲信号来控制油压, 调整电磁阀的开、关比率, 实现对油压的控制。

3) 自动模式选择控制。

电控变速器采用微机自动模式变换控制。微机根据各个传感器的信号测得汽车的行驶状态和驾驶员的操作方式, 经过判断后自动选择经济模式、正常模式或动力模式进行换档控制, 以满足不同行车条件的驾车要求。

4) 锁止离合器控制。

电控变速器的微机中储存有不同工作条件下的最佳锁止离合器控制程序。工作中微机根据档位、换档模式等工作条件, 选择相应的最佳锁止离合器控制程序, 并与当前的车速和节气门开度进行比较, 当车速及其他因素都满足变扭器锁止条件时, 微机就向锁止离合器电磁阀输出控制信号, 使锁止离合器接合, 实现变扭器的锁止。

5) 发动机制动控制。

电控变速器的微机根据变速器操纵手柄、车速、节气门开度信号, 判断汽车的行驶状态, 是否需要制动, 当这些参数达到了设定值, 微机便向制动电磁阀输出控制信号, 使其通电工作, 使变速器能逆向传递动力, 通过发动机的转动阻力制动滑行的汽车。

6) 发动机转速与转矩控制。

电控变速器的微机根据实际换档要求发出相应点火时间或喷油量控制的信号来改变发动机的转速和转矩, 此时可减小换档冲击和输出轴的波动。

3 结束语

汽车变速器的自动变速技术的发展是随着车辆技术的发展而发展的, 车辆自动变速系统的发展将朝着控制系统智能化, 车辆电子一体化, 开发工具通用化, 开发手段先进化的方向发展。电控液力式自动变速控制技术克服了机械式变速器、普通液力自动变速器的某些不足, 但成本相对较高, 性能也有待于进一步完善。

摘要：电控液力自动变速系统换档准时、平稳、加速性能好, 具有自诊功能、保护功能和报警功能。介绍电控液力自动变速系统与普通液压式自动变速器控制系统的区别, 电控液力自动变速器的基本组成和各组成部分的概念特点, 电控液力自动变速器的工作原理、控制方法、控制机理及控制流程和控制功能。

关键词：电子控制,液压控制,自动变速器,结构

参考文献

[1]陈勇.自动变速器技术的最新动态和发展趋势[J].汽车工程, 2008 (10) :26-27.

[2]薛庆文.汽车变速器技术及未来发展趋势[J].汽车维修与保养, 2008 (10) :17-18.

[3]张梅, 黄如君.电控自动变速器的应用与发展[J].中国高新技术企业, 2008 (17) :29-30.

[4]汪俊, 郭洲权, 张南峰.凯美瑞电控自动变速器检修一例[J].汽车维修与保养, 2007 (9) :46-49.

分析液力刹车制动系统的瞬态理论 篇5

摘 要：本文提出一种新的分离机的制动方案，具体指的是通过液力涡轮回收转鼓能量的分离机液力来实现刹车制动的目标，在此基础上设计出一整套能够运用在型胶乳分离机中的液力刹车制动系统，在此基础上进行理论分析系统原理，指出了液力涡轮在液力制动系统中的停机过程主要由液力涡轮特性决定，从而发现了液力制动系统处在停机时会出现流量减小转速减慢的现象，以此推断出具有指导性的液力刹车制动系统的详细参数，瞬态理论的提出在以后对开发新型分离机液力刹车制动系统有着巨大的应用价值。

关键词：液力制动系统；大惯量；能量比；参数

中图分类号： THI17 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-188-2

0 引言

液力制动系统指的是依靠液力制动涡轮把系统运行设备本身的机械能变为液力系统的机械能量，从而达到回收利用的目标。根据有关数据显示，液力制动对于高速旋转中的制动效果较强，反而是对于转速较低的制动效果会降低。液力制动系统在应用到实际设备中，针对高速运转的较大功率的设备的制动磨损相对而言更小，寿命长，更具有实用价值，因此液力刹车制动系统的瞬态理论研究对传输停机过程的应用与设计具有一定的指导意义。

1 液力刹车制动系统的研究现状

液力制动系统主要有射流制动、液力涡轮制动和流体摩擦制动，当前，液力制动系统主要运用在下行的运输机以及下坡车辆的制动系统中，由于其本身所具有的可靠性、稳定性强和使用寿命长等优势，因而在现如今的制动系统中具有很广泛的应用范围。由于离合器的实效属于碟式分离机的范畴，当系统启动时，离心摩擦离合器就会一直存在于打滑的状态中，因此就会发生磨损。一旦磨损超过临界点，碟式分离机的运行效率就會降低，直到失效。液力刹车制动系统就是为了解决摩擦离合器的失效问题而诞生，从而实现在其频繁离合工作过程中达到平稳可靠、分离彻底的效果。

2 液力刹车制动系统停机瞬态过程理论分析

2.1 系统瞬态分析模型的建立

依据液力刹车制动系统的设计中所具有的理念来看，分离机转动的作用在于能够转化能量，以此来达到利用管路摩擦与局部阻力等方法来消耗能量，最终达到及时刹车制动的目标。若忽略掉分离机系统自身的机械磨损，那么制动停机行为将会由流动系统管路自身所具备的特性来做出判断。液力刹车制动系统的组成部分包括流动系统和分离机系统，其中，流动系统中容纳了液力涡轮、管路以及水箱等重要组成部分，而分离机系统则主要是作为分离机转鼓的控制系统。当去掉分离机本身的能耗以及液力刹车制动系统中液体经过水箱的耗损时，分离机转鼓就会连接到液力条轮，如图（a）所表现的就是液力刹车制动系统的一种简易版的示意图。液力刹车制动系统核心是液力涡轮，分离机的作用主要是对流动系统产生影响。更简化的表现系统构成，则可以直接不计液体介质对液力刹车制动系统产生的作用，那么如图（b）所表示的就是流动系统的几何模型。

2.2 系统停机过程瞬态分析

2.2.1 液力刹车系统停机过程流量方程

由公式可以直接看出，系统流量衰减速度在很大程度上取决于能量比θ，若θ值不断增加，就会使得流动系统能量消耗不断增加，进而整个系统的流量衰减速度就会变快，直接会加速整个汽车的停机进程。

3 结束语

通过建立液力刹车制动系统理论分析简化模型，液力刹车系统停机过程中，系统瞬时流量的变化主要受液力涡轮提供的压头及重力等方面的影响；载转动与液力涡轮转动惯量直接影响着液力涡轮瞬时转速的变化。结合理论推导给出液力涡轮转速衰变与停机过程系统流量两者间的一般性规律，笔者提出了一个能量比参数，该参数能够直接决定液力刹车系统停机快慢，并且这个参数还被转子负载转动惯量、受停机初始离心泵参数及管路系统液体几何惯量影响。

参 考 文 献

[1] 张鹏鹏.液力刹车制动系统瞬态理论分析及试验研究[D].浙江大学，2013.

液力透平的选择及应用 篇6

液力透平是一种能量回收装置。透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械能的机器, 又称涡轮机。透平是英文turbine的音译, 源于拉丁文turbo一词, 意为旋转物体。其基本工作原理是:流体所具有的能量在流动中, 经过透平喷管时转换成动能, 流过叶轮时流体冲击叶片, 推动叶轮转动, 从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械, 输出机械功。透平机械的工质可以是液体、蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体。以液体为工质的透平称为液力透平。作为一个节能的装置, 液力透平是近几年才兴起来的。在使用上, 常常以反转离心泵作液力透平, 这样更经济。作为能量回收的液力透平属于泵系统节能的范畴, 因为液力透平本身就是一台泵, 并且其动力输出端往往驱动的是另一台泵。

随着能源的消耗和费用的不断上涨, 如何更有效利用工艺流程中有压力下降的液体中的能量, 已是节能工作的课题之一。

1 液力透平应用领域

液力透平可以对工艺流程中产生的高压液体进行再利用, 是一种能量回收装置, 目前广泛应用于石油化工加氢裂化、渣油加氢、加氢精致装置、大型合成氨装置以及海水淡化装置等, 是具有长远经济效益的节能装置。液力透平是用液体驱动设备回收能量, 也就是回收液体能量, 一般采用泵反转来充当透平。

(1) 加氢裂化、渣油加氢、加氢精致装置中, 高压分离器的物流至低压分离器过程, 就可以设置液力透平回收功率, 并和电机联合驱动进料泵 (见图1) 。在铂重整装置中, 利用抽提塔至汽提塔的液流压差也可设置液力透平。

(2) 大型合成氨装置中也有较多剩余能量可回收利用。如合成氨装置脱碳工序中的富液可通过液力透平进行能量回收, 其回收功率可高达1300多千瓦 (见图2) 。液力透平回收的功率可用于驱动半贫液泵。

(3) 在反渗透海水淡化系统中, 反渗透膜的工作压力为5.8-8.0MPa, 排放的浓盐水的压力为5.0-6.0MPa, 按40%的回收计算, 有较大的回收价值。

(4) 在气体工艺流程中, 为去掉多余成分, 用高压碳酸钾溶液或氨水来洗涤原料气体, 为循环使用碳酸钾溶液或氨水, 必须降低压力, 故可安装液力透平。

2 液力透平结构和布置形式

2.1 液力透平结构

透平的工作条件和所用工质不同, 所以它的结构型式多种多样, 但基本工作原理相似。一般使用的能量回收透平主要有两种:泵反转式透平和佩尔顿水轮机。佩尔顿水轮机的优点是从小流量到大流量都能有高效率, 入口处设计的控制阀方便调整负荷。但出口侧必须进行排气, 因此使用的液体有限制, 因叶片要承受高速喷流, 所以易受腐蚀。泵反转式透平的优点是不用打开出口侧, 对使用的液体没有限制。因为压力能是在涡壳以及叶轮内部逐步转换成运动能, 所以不易腐蚀。缺点是小流量时效率低, 低于一定流量时会产生负荷, 所以必须设置单向离合器, 因此装置要比佩尔顿水轮机占的空间大些。像海水淡水化是将减压的液体送回海里, 此类液体能与空气接触的装置, 多数使用佩尔顿水轮机。而石油化工里的装置因输送的介质多是易燃、易爆或有毒的, 所以一般使用泵反转式透平。

离心泵反转液力透平按结构分为单级和多级形式。根据回收介质的流量、压力, 各种形式的泵都可以充当液力透平, 如OH2型、BB1型、BB2型、BB4型、BB5型等。泵的出口是透平入口, 泵的入口是透平的出口, 泵的叶轮反向旋转 (见图3) 。

2.2 液力透平布置形式

液力透平一般有两种布置形式:

1) 液力透平作为辅助原动机和主原动机 (电机或汽轮机) 串联共同驱动泵。主驱动机的额定功率应在无液力透平的协助下能驱动机组, 即主驱动机 (电机或汽轮机) 应按全功率选取。在液力透平与电机串联的机组中, 电机采用双轴伸, 在电机和液力透平间带单向离合器 (见图4) 。以便在液力透平维修或液力透平的工艺流体管路接通之前, 被驱动设备可正常运转。如果流往液力透平的流量可能大幅度或频繁变化, 当流量降到额定流量的大约40%时, 液力透平将停止输出功率, 且对主驱动机产生阻尼。对此, 也应设置单向离合器。

2) 液力透平作为主驱动机单独驱动泵 (见图5) 。这种形式与液力透平双驱动相比, 减少了全功率电机或汽轮机及其配套设施、一台超速离合器的维护、维护工作量也减少, 机组所占空间较小。此外, 单驱动的两个转子串联与双驱动的四个转子串联相比, 机组的运行稳定性提高。但这种情况下, 为了保证透平的转速需要调速装置, 对工艺和监控系统的要求较高。当前液力回收透平技术发展的趋势是尽量用单驱动取代双驱动。只要工艺、系统和机泵三个专业密切配合, 可以实现液力透平单驱动泵, 取消主驱动机, 使液力透平回收的功率能全部被利用, 并节省投资。加拿大一家公司正在试验在不改动原装置设计参数的前提下, 串联同流量的小功率泵, 实现单驱动节能的新方案。

3 液力透平的选型和设计

3.1 液力透平的选型

一般来讲, 合理选择液力透平应首先考虑其经济性, 计算是否可以在合理的时间内回收其设备投资。这就要求充分考虑工艺流体是否有足够的流量、压差及流体的特性。在选择液力透平前, 应掌握以下信息:液体的物理、化学特性;可回收的流量、扬程范围;透平的进出口压力、操作温度;被驱动主机的种类和转速及机组的配置要求。

1) 液体特性, 工艺专业提交的条件中, 应指出液力透平进口处的工艺流体中是否含有蒸汽或气体, 如有, 应给出其组分、密度和体积百分比。或者在流体降压期间才有蒸汽或气体的逸出时, 应给出液力透平出口处蒸汽或气体的体积百分比, 以及闪发的蒸汽的压力和温度。至于在液力透平的叶轮流道中, 不同压力下蒸汽或气体的体积百分比以及密度, 通常在泵制造厂的试验装置上测定, 或根据泵制造厂的工程经验来确定。因此, 对于有蒸汽或气体析出的工艺流体, 液力透平中的流体为气液两相流, 不同于普通的液力透平或水轮机。

2) 参数确定, 液力透平流量应按照实际可能操作时间最长的量考虑, 否则将来开车流量不足, 液力透平扬程将远远偏离设计值, 不仅不能启到能量回收的效果, 还使透平出口压力高于设计数值, 既损坏透平机械密封, 又损坏低压分离器。

3) 配置要求, 如果液力透平的进口液体中富含吸收的气体, 或液体流经液力透平时会部分闪蒸时, 出现的超速可能会比使用水时的超速高出几倍, 因此应按API610标准C.3.3条款的要求, 配置超速脱扣设施。典型的超速脱扣转速是额定转速的115%-120%。为了避免缩短机械密封的寿命, 应考虑密封冲洗流体中气体的逸出和汽化问题。如果这种可能性存在, 应避免用自冲洗液, 一般推荐采用外来液体作为密封冲洗液。此外, 在用户现场还需配置必要的流量调节阀、旁通阀和安全阀以保护机组和系统。

对于选用液力透平的经济性, 应根据具体单位的使用情况确定回收能量原则。建议以3年左右回收其设备投资为参考标准。根据目前使用过的液力透平经验认为单级液力透平回收功率大于22k W, 多级液力透平回收功率大于75k W时, 是经济可行的 (见图6) 。

经济性判定原则参见以下公式:

式中:K———经济系数;BHP———输出功率, k W;M1———电费, 元/k W·h;M2———透平一次性设备投资+3年预计维护费用, 元。

液力回收透平的研究主要是来自专业泵制造厂, 泵和液力回收透平的性能换算和系数确定主要是由工厂大量试验得出来的, 国内尚无有关液力透平的专门研究机构。理想的设计流量点应位于泵最高效率点稍右侧。液力透平工况和泵工况性能参数间的关系见图7。

由图7可知:

1) 透平工况的效率稍高于泵工况效率, 在大流量区域高效范围宽。

2) 透平工况水头曲线很陡。

3) 透平工况的流量为泵工况流量的60%以下时, 透平的水头和出力很小 (等于零) 。

4) 最高效率点 (相同转速)

在相同转速下, Qp/QT和Hp/HT的比值是液力透平选型和设计最重要的数值。到目前还不能从理论上给出准确的值, 对此, 试验和设计经验很重要。根据一些泵厂的试验结果, 在相同转速Np=NT时, 给出以下经验公式 (供参考) :

3.2 液力透平的设计

所有的离心泵基本上都可以作为能量回收液力透平使用, 特别是许多低、中比转速的离心泵。炼油厂泵类设计通常采用API610标准, 液力透平也同样适用。不过, 由于泵的反转效应, 轴承润滑系统、密封系统都有相应的变化, 包括泵轴有螺纹的部件, 如螺母的防松设施等都应充分考虑。并对轴的许用强度等进行校核, 防止超负荷。另外对轴承的可靠性要进行验算, 因为当泵作为液力透平使用时, 将对叶轮产生更高的压差和径向力。泵作为液力透平使用, 叶片出口变为透平进口, 为减小冲击损失, 出口边和盖板相应修圆 (呈流线型) , 如图8所示。

除了将泵的叶轮直接用于反转, 液力透平还可以按泵的设计方法进行设计, 但应考虑液力透平工况的特点加以调整。

1) 为降低液力透平进口流速, 减小撞击损失, 转轮进口宽度b2应比泵的b2稍大。

2) 适当加大泵转轮进口冲角△β, 相当于加大液力透平工况的出口角, 提高透平工况的过流能力。

3) 叶片6-9枚, 包角取稍大值。

) 4液力透平的试验

(1) 当预期的性能不需要设置回流且压力能量完全回收时, 按照API610附录规定的允许误差进行考核。

(2) 当预期的性能曲线不能实现流量和压力的完全回收时, 以更多的回收能量为考核, 而不能死搬API610的规定允差。

(3) 液力透平应在制造厂的试验装置上进行机械运转试验和水力性能试验。通常用水做试验, 对工艺流体中含有蒸汽或气体, 或者在降压时有蒸汽或气体逸出的流体, 性能试验误差可能很大, 这是API610标准尚未解决的难题。

(4) API610标准中对离心泵的性能试验偏差 (额定流量点的扬程、功率、NPSHR) 的规定, 对液力透平不适用。API610标准推荐的液力透平的性能试验允差是:当液力透平的额定转速运行时, 应在额定流量的95%-105%范围内达到额定的扬程和功率, 见API610标准图C.2液力透平的性能试验允差。

(5) 在制造厂的试验装置上验证HPRT的超速脱扣装置时有益的。可以考虑在水试验期间确定飞逸转速, 但是对富含气体的流体, 飞逸速度无法通过水试验确定。

(6) 液力透平在工厂试验布置见图9所示。

5 我国液力透平的应用情况

液力透平技术在中国石化的首次应用是在天津分公司80万吨/年加氢裂化装置上, 该装置是1998年开车成功, 采用了热高分油驱动的液力透平泵。随后1999年12月31日开车成功的中国石化茂名分公司200万吨/年渣油加氢装置其胺液泵也采用电机和液力透平泵驱动。上海高桥加氢裂化装置等相继在新装置建设中使用了液力透平。液力透平技术通过多年的应用考核, 运行可靠, 节能明显。

2005年底中国石油大庆石化分公司加氢裂化装置引进的热液力透平安全平稳高效运行。海南炼化2006年底建成投产的310万吨/年原料预处理、120万吨/年加氢裂化两套高压装置, 均是从日本EBARA公司引进的, 在装置额定运行工况下, 液力透平出力为主泵功耗的25%左右。液力透平技术的应用, 有效地回收了反应生成油从热高分至热低分的压力能和热能, 降低装置的功耗。

随着国家对节能减排政策的重视和推广, 国家对装置单位炼油能力的能耗比的限制越来越严格。这就促使各炼油厂越来越多地采用液力透平装置进行能量回收。从目前炼油厂的使用情况看, 液力透平十分有潜力, 并且越大规格的液力透平会有更大的使用空间。到目前为止, 中石油中石化主要靠进口, 进口机组主要是荏原和FLOWSERVE公司的产品。部分地方炼油厂大胆采购国内产品, 如格尔木炼厂, 庆阳石化及山东一些炼油厂已有成功运行业绩。

摘要：本文介绍了透平的定义及工作原理, 液力透平的应用领域及分类, 重点介绍了泵反转液力透平的结构形式、选型设计、试验方法及应用情况。随着社会及企业节能意识的提高, 促使各炼油厂越来越多地采用液力透平装置进行能量回收, 液力透平得到了大力推广。

关键词：液力透平,能量回收,选择,应用

参考文献

[1]关醒凡.现代泵理论与设计[J].北京:中国宇航出版社, 2011.

[2]API610石油、重化学和天然气工业用离心泵[J].

液力传动机械不能行走故障浅析 篇7

1 故障分类

TY220推土机, 不能行走或跑偏是该机系列中最常见的故障之一。

不能行走按液力机械传动的油温高低可分为热车和冷车两种状态:冷车不能行走即是指冷车启动发动机进行开机前磨合后中速运转。然后挡行走, 推土机不能立即起步, 热车不能行走即是指推土机在正常作业过程中, 随着油温的不断升高, 推土机行走越来越困难, 此时发动机动力正常, 最后在无负荷的情况下能行走。在油温下降后又能继续行走。

2 故障诊断方法

推土机在出现不能行走故障的时候, 无论是在冷机还是在热机状态, 必须首先将发动机油门控制在中高速运转状态, 尔后拆开驾驶室内的左边脚踏板, 在运转状态中观察其变矩器输出轴是否转动, 如果该轴转动, 再观察挂档后变矩器输出轴是否仍然转动, 与此同时, 还应注意分辨挂档前发动机、变矩器、变速器是否有异常的变化。如果挂挡后, 变矩器输出轴不转动, 明显说明该机故障来自变矩器, 如果变矩器密封不好或变矩器缺油等, 如果挂挡前后变矩器输出轴均能转动, 则排除了变矩器有故障, 故障有可能出现在变速器、转向离合器、制动系统等。

在故障诊断过程中, 为了判断是油路系统的故障还是机械传动部分的故障, 我们可以拧松变速箱的细滤器上面的排气螺栓, 视其是否有空气排出, 如果存在空气且空气无法排尽, 则证明吸油口到变速泵之间存在泄漏空气现象, 为了寻找漏气部位, 可以继续拧松细滤器上面的放气螺栓, 如果有空气, 则说明进气部位存在于吸油口到粗滤器之间, 因为这一段油路是变速与转向共用的, 如果无空气, 则证明进气的地方是在粗滤器后到变速泵之间。如果变速器的细滤器、转向器的细滤器上的排气螺栓均无空气, 则证明漏气故障不在变速、转向油路系统, 应在变速器、转向离合器或制动器等系统处。

3 故障诊断实例分析

3.1 冷车不能走路的故障分析

在工程单位路基施工中, 有一台TY220推土机冷车在启动发动机后, 挂挡后该车不能立即走路, 起步时间由原来的5分钟逐渐增加到现在的15分钟左右, 把变速器上的排气螺栓拧松进行检查, 发现没有气泡, 但有油溢出, 再观察变矩器输出轴, 该轴可以传动, 该现象可以在热机一切正常的情况下排出另一个故障原因, 不能起步的原因应在变速操纵阀, 拆下变速器盖上的压板, 该压板下面有一个测试压力的油堵螺栓, 对该处进行压力测试, 接上0～5MPa的压力表, 启动发动机并在该机溢流状态 (发动机在最大油门处) , 将操纵杆分别在一、二、三档三个状态下进行压力测试, 得出的压力值分别是0.23MPa, 0.45MPa, 0.55MPa, 由日常测试数据分析证明, 压力明显不够 (正常情况下压力数据分别为1.2 5 M P a, 2.5 MP a, 2.5 MP a) , 在2 0分钟以后, 该机基本能走路, 在该状态下再次进行压力测试, 测得数据值分别是1.1MPa, 2.1MPa, 2.2MPa。根据该现象可以判断故障存在之一是该机操纵阀有泄漏的地方。

既然是变速操纵阀有泄漏的地方, 以下就是拆下变速操纵阀总成进行检查, 检查后发现操纵阀上的O形密封圈已被压变形, 该平面已低于接触平面, 面且失去弹性, 特别是缸体上五个进油孔处的两个黑色O形圈老化特别严重。为了进一步查明故障的真实性, 用打气泵高压气管分别向五个进油孔通气, 除在一挡位置外, 该处没有行星齿轮架, 全封闭, 主从动摩擦片不外露。其余前进倒退, 二、三挡都能看到活塞推动主从动摩擦片移动, 断气时能听到活塞在弹簧作用下回位的响声, 在一挡回位时弹性小, 活塞回位时响声较弱, 从而可以推断变速器的密封性能良好。从而将证实故障原因在操纵阀上, 更换操纵阀上各O形圈后。冷车不能走路的故障消除。

该故障在我们的TY220推土机中均出现过, 只有一台日本小松原装推土机上近十年未出现过该毛病, 证明该系统的O形密封圈质量要求很严格, 所以在更换该系统的O形密封圈时, 必须购买质量有保障的O形圈。

3.2 T Y 22 0热车不能走路的故障分析

在路基施工中推土机使用频率较高, 在单位的四台TY220推土机中, 就有三台推土机出现过热车不能走路的毛病, 其中有两台推土机在工作5000小时左右, 冷车可以起步行走, 推土机正常工作, 但是在工作一小时后, 随着液压油温的不断升高, 推土机越来越无力, 甚至在无负荷状态下, 连走路都比较困难, 但发动机动力目前是正常工作的。如果在休息两小时后, 等待油温下降后, 再次重复原来的工作。该机的起步、推土均又恢复正常了, 当油温升高后, 推土机又出现原来的无力行走状态。此时必须进行检修, 寻找故障原因。拆开驾驶室边上的脚踏板, 观察变矩器输出轴是否转动, 发现变矩器输出轴仍然转动, 拧松变矩细滤器上的排气螺栓, 发现排出的液压油中有气泡, 而且长时间排放不干净, 既存在有空气进入的地方, 可以判断, 无论是热车还是冷车都应该存在不能走路的故障, 况且冷车状态同样应出现热车状态中出现的不能行走的毛病。但是事实上冷车走路, 而且热车不能走路, 所以可以判断低压油路部分没有故障源, 密封性能良好。热车的高压油路进空气, 导致不能走路, 主要原因是低压油路真空度过大引起的。检查后发现, 吸油口与粗滤器之间的橡胶管被吸瘪, 发动机转速越高, 吸瘪的程度越厉害, 导致油路不畅通, 主要原因是:橡胶管内层随使用时间的增加引起老化起泡。随着油温的升高, 起泡越大, 从而堵塞了进油通道, 导致真空度过大, 更换橡胶管后, 故障排除, 如果不存在真空度过大的现象时, 此时应检查变速泵的毛病了。在单位一台TY220工作中, 同样是热车不走路, 以前的检查手段均用过, 未发现故障原因。最后将变速泵拆下, 发现该泵扫堂严重, 由于冷车时油温较低, 液压油的粘度大, 而热车时油温高, 液压油的粘度小, 引起内泄现象严重, 最后更换变速泵后, 故障排除。

摘要：不能行走在液力传动机械常见故障中是比较常见的, 本文通过以TY220推土机为例对不能行走故障分别做出了分类、诊断方法的阐述, 并结合实例做出了相应的探讨。

液力缓速器的维护与保养 篇8

液力缓速器是液力耦合器的一个派生类型, 它并非传动元件, 而是耗能减速的制动元件。液力缓速器利用耦合叶轮搅动油液产生阻力, 形成制动作用, 它依靠工作轮腔内液流循环流动对定轮叶片的冲击作用将车辆动能转化为液体热能, 再通过一定的冷却散热方式将热能散发出去, 从而实现对车辆的减速制动。

1. 液力缓速器的日常检查

车辆每次行驶后, 都要对缓速器进行例行检查, 检查内容包括:

●检查缓速器各个结合面、输入端或输出端是否有油液渗漏。

●检查各接线端子、传感器接头是否有松动及踩踏损坏等情况。

●检查缓速器控制盒的保险装置, 确保其工作正常。

●检查手动及脚动开关能否正常工作, 并确保其动作时驾驶室内的缓速器工作灯可正常显示。

●检查连接电缆是否正确固定, 有无因磨损及受热造成的损坏。

●检查电磁阀及进、排气管路是否漏气, 管道过滤器滤芯是否有严重的污染情况。

●检查冷却水路是否有老化裂纹及渗漏现象。

●检查轴向窜动量, 保证其与传动轴及变速器的连接支架上的螺栓没有松动、脱落现象。

2. 液力缓速器清洗注意事项

●刚停车时缓速器的温度很高, 严禁用手触摸, 以防烫伤, 同时严禁在高温时冲洗缓速器, 以防止其变形。

●禁止使用腐蚀性及挥发性溶剂清洗缓速器。

●可使用高压水枪清洗, 但水压不能超过0.23MPa, 并应避免清洗液进入传感器、线束及气管接头等部位。

●洗时必须断开电源总开关, 缓速器的控制盒、比例阀等不可用高压清洗器 (蒸气清洗设备) 直接喷射。

3. 油位及油质的检查

检查油位时, 液力缓速器的温度必须高于60℃ (工作温度) 。检查方法如下:

●起动车辆并将缓速器完全开动 (最高制动档) , 约5s后关掉, 重复3~5次。

●车辆保持水平状态, 关掉缓速器, 等待5min后, 通过量油尺及液面观察孔检查油位。

●将油液收集槽放在缓速器下方, 拧下放油螺塞, 取下密封圈, 将油液排出。

当发现油液有如下情况时, 必须进行维修并换油。

●油液为黑褐色并伴有刺鼻的气味, 用手指轻轻磋磨可感到明显的粘稠感觉, 说明缓速器工作中温度过高, 引起油液氧化变质。

●油液为乳白色浑浊状, 可初步判断为油内进水。取10ml左右的油液装入烧杯中, 在电炉上加热, 若能听到“噼啪”的响声, 或看到烧杯上部有水蒸气凝结, 即可确定为油液中混入水分。

●油液中有铁屑及铝屑, 说明缓速器的旋转件与固定件间有摩擦干涉, 应尽快联系厂家进行拆解维修。

4. 液力缓速器的保养换油

要想正确无误地操作液力缓速器, 重要的是遵守保养换油的规定 (详见厂家提供的保养换油表) , 并使用技术规范中规定的相应使用条件下的油液, 应根据车辆的行驶工况和环境温度选择适当型号的工作油液。

一般来说, 重载及过度使用的车辆其换油周期为4.5~6.0万km, 轻载及正常使用的车辆其换油周期为9.0万km左右。换油周期一般不应超过一年。此外, 每次换油时都应按部就班地完成以下保养工作:

●清洗管道及过滤器。

●查看整个液力缓速器是否密封良好。

●检查传动轴螺丝是否在正确位置, 必要时予以紧固 (注意方向和规定力矩) 。

●以规定的拧紧力矩拧紧缓速器基本组件和热交换器的所有螺旋塞。

●排出油时缓速器油温要高于60℃。在整个换油期间, 要确保缓速器没有控制压力 (必须关闭缓速器) 。

5. 循环冷却水路的维修与养护

●必须确保冷却水路中的全部冷却水均能馈入缓速器中。

●由于特定原因必须排出车中的冷却水时, 应先将热交换器从缓速器中拆除, 并将油液完全排空 (在油液大量消耗的情况下也要执行此操作) , 然后用新密封圈将热交换器重新安装好。

●必须保证冷却水管接头无毛刺或裂纹。

●保证冷却水管的布置不超过发动机的最高点, 并保持与驾驶员座舱有一定空间。

液力传动车辆匹配计算软件开发 篇9

关键词：液力变矩器,液力传动,车辆,匹配计算

1 引言

随着液力传动技术的发展, 液力传动越来越多地被现代汽车所采用。液力变矩器与发动机及整车的合理匹配是液力传动车辆是否具有良好的动力性和燃油经济性的关键。当液力变矩器与发动机组合后, 可视为一种新的动力源, 具有新的外特性和万有特性, 其输出的外特性和万有特性的好坏直接影响着整车的动力性和燃油经济性。而液力变矩器与发动机合理匹配的计算机仿真计算是进行液力传动车辆动力性和燃油经济性计算的基础, 是液力传动车辆动力传动系匹配及优化设计的前提。

由于匹配计算过程涉及诸多因素, 通常采用的作图与手工计算相结合的方法不仅费时费力, 而且计算精度不高。因此, 研究并开发液力传动车辆匹配计算软件在实际的匹配计算中具有重要意义。为提高计算软件的开发效率和质量, 本文采用VB可视化编程语言与MATLAB相结合的方法, 充分利用MATLAB强大的数值运算功能和VB开发界面简单方便的特点进行混合编程, 同时以Microsoft Excel作为后台数据库, 设计开发了一套液力传动车辆匹配计算软件。

2 匹配软件设计

2.1 软件设计思想

利用VB语言强大的界面设计功能进行软件的操作界面设计, 界面简单明了, 操作简便。

利用MATLAB强大的数值计算功能实现各仿真计算的程序编写, 由于可以调用大量的库函数, 使得软件程序编写简单、计算速度快、精度高。

利用Microsoft Excel作为后台数据库, 采用VB直接调用Microsoft Excel电子表格的方法对原始数据进行输入、修改、保存、删除、调用以及计算结果数据的输出, 操作简单明了。

2.2 软件功能

本匹配计算软件要实现的功能有如下几项: (1) 对数据库中的数据进行实时添加、修改、删除等操作。 (2) 液力变矩器与发动机的匹配特性计算, 主要包括共同工作输入输出特性计算、零速工况对应的发动机转速和扭矩计算等。 (3) 整车动力性计算, 包括最高车速、最大加速度、原地起步连续换挡加速时间、超车加速时间以及最大爬坡度等。 (4) 整车燃油经济性计算, 包括循环工况百公里燃油消耗量、循环工况发动机工作点分布图、等速工况百公里燃油消耗量等。

3 匹配软件总体结构及程序计算流程

3.1 软件总体结构

按不同功能要求, 液力传动车辆匹配计算软件包括数据输入、仿真计算和仿真结果输出三大模块。其中仿真计算模块又包括了液力变矩器与发动机的匹配特性计算、整车动力性计算、整车燃油经济性计算三大核心功能子模块;仿真结果输出模块包括了匹配特性结果输出、整车动力性结果输出、整车燃油经济性结果输出三个子模块。

3.2 程序计算流程

3.2.1 数据输入

数据输入包括输入、查看、修改发动机万有特性、发动机部分负荷特性、液力变矩器原始特性、油泵及附件消耗发动机扭矩特性、变速箱换挡控制规律、液力变矩器闭锁控制规律、循环工况选择、整车的相关参数、变速箱的相关参数等。计算流程如图1所示。

利用VB程序直接调用Microsoft Excel电子表格的方法直接在Microsoft Excel电子表格中进行数据的输入、修改、保存和删除操作, 把数据输入这一复杂的过程变得简单、方便、明了。

3.2.2 液力变矩器与发动机匹配特性计算

液力变矩器与发动机匹配特性计算包括液力变矩器和发动机原始数据的提取及拟合、共同工作输入输出特性的计算。通过共同工作输入特性的计算获得发动机怠速工况液力变矩器零速工况泵轮输入扭矩、液力变矩器零速工况对应的发动机转速以及共同工作输入特性图, 通过以上输出结果可以直观地判断发动机怠速液力变矩器零速工况泵轮输入扭矩是否合理、液力变矩器零速工况对应的发动机转速是否在经验转速范围内、共同工作范围是否覆盖了发动机的经济油耗区域等。通过共同工作输出特性的计算获得液力变矩器最大输出扭矩以及共同工作输出特性图, 共同工作输出特性即为发动机与液力变矩器组合后形成的新的动力源的外特性, 它将是进行整车动力性计算和燃油经济性计算的基础。计算流程如图2所示。

3.2.3 整车动力性计算

整车动力性计算包括最高车速、加速度和爬坡度的计算。最高车速包括最高挡最高车速、次高挡最高车速及对应的发动机转速;加速度包括各挡行驶加速度、原地起步连续换挡加速时间及超车加速时间;爬坡度包括各挡爬坡度及车辆所能达到的最大爬坡度。计算流程如图3所示。

3.2.4 整车燃油经济性计算

整车燃油经济性计算包括不同循环工况的百公里燃油消耗量计算以及等速百公里燃油消耗量计算。通过计算可以获得不同工况下车辆百公里的具体油耗值以及循环工况发动机的工作点分布图, 通过分析发动机的工作点分布图可以知道发动机的主要工作区域是否落在发动机的经济油耗区域, 如果发动机的主要工作区域严重偏离发动机的经济油耗区, 则表明该车的燃油经济性不好, 需要重新进行选型匹配。计算流程如图4所示。

4 实例计算

为了验证软件的计算性能和计算精度, 本文以某装配了排量为1.5L发动机与HY216液力变矩器的整车为例, 分别利用本文开发软件和AVL Cruise软件进行匹配计算, 以AVL Cruise软件的计算结果作为标杆来验证本文开发软件的正确性。

4.1 原始参数

该车所选用的发动机、液力变矩器、变速器和整车参数如表1、2、3、4所示。

4.2 整车动力性计算

根据相关参数, 利用该软件的整车动力性计算模块和AVL Cruise软件分别计算出整车的最高车速、加速时间、最大加速度和最大爬坡度等, 计算结果如表5所示。

对比表5中AVL Cruise软件与本文开发软件的计算结果可以看出最高车速、原地起步连续换挡加速时间、最大加速度的计算误差均小于2%, 一挡最大爬坡度的计算误差也只有4.02%, 该误差对于仿真计算而言是完全可以接受的。超车加速时间的误差稍微偏大, 最大值为8.8%, 导致两个软件超车加速时间计算结果误差偏大的原因可能是由于目前对超车加速时间还没有一个统一的定义, 存在本文开发软件对超差加速的理解与AVL Cruise软件不一致的可能。

4.3 整车燃油经济性计算

根据相关参数, 利用该软件的整车燃油经济性计算模块和AVL Cruise软件分别计算出整车的工况油耗和等速油耗等, 计算结果如表6所示。

对比表6中AVL Cruise软件与本文开发软件的计算结果可以看出市区油耗与低速时等速油耗偏差略大, 最大偏差为30km/h时的等速油耗, 偏差值为5.13%, 其余偏差均不超过3%。总体而言, 对于仿真计算的结果该误差完全可以接受。

5 结语

本文软件的开发, 为液力传动车辆传动系统的优化匹配提供了计算分析工具和手段, 大大提高了车辆动力性和燃油经济性计算及传动系合理匹配计算的效率。通过与目前非常成熟的AVL Cruise软件进行实际算例的计算对比, 本文开发的软件偏差很小, 表明其计算精度已能够满足实际工程应用的要求, 可以应用于液力变矩器产品的开发和匹配选型中。同时经该实例验证, 本软件运行稳定、性能可靠, 且界面简洁人性化, 便于操作。

参考文献

[1]朱经昌.液力变矩器的设计与计算[M].北京:国防工业出版社, 1991.

[2]余志生.汽车理论[M].北京:清华大学出版社, 2002.

[3]孔跃东, 周萍, 邹敏, 等.发动机与液力变矩器匹配的计算机软件开发[J].汽车工程, 2004 (6) :20-22.

[4]边淑君.发动机与液力变矩器匹配计算的软件开发[J].计算机应用技术, 2007 (2) :38-52.

[5]AVL Cruise 3.0 User's Guide[Z].AVL LIST Gmbh, 2005.

液力变扭器 篇10

【关键词】 调速液力偶合器；带式输送机；应用前景

1 前 言

随着煤炭市场需求量的不断增大，煤矿产量的不断提高，带式输送机在原煤生产中应用越来越广泛，对带式输送机的要求越来越高，尤其是对驱动装置的要求更高。然而，我们以往使用的带式输送机的驱动装置中，通常选用的是限矩形液力偶合器。它是在设备运转以前，按照传递功率的大小，充入适量的工作液体来传递动力。虽然比钢性直接启动有很多的优点，但由于本身结构及性能的局限性，在实际使用中不能完全适应带式输送机驱动的需要，特别是对长距离、大运量、高带速的大功率带式输送机，问题就更为突出。人们不得不选择更合适的驱动元件。调速液力偶合器便是比较理想的驱动元件之一。

2 调速液力偶合器的工作原理

调速型液力偶合器的调速功能是通过连续改变流道中的充油度，来实现无级调速的。具体方法是在偶合器上增设外油室并设置导流管，流道中的工作液从泵轮的泄油孔泄入外油室，形成一个以泵轮的旋转速度旋转的油环，油环碰到不旋转的导流管的管口，由于自身存在动能便自动进入导流管，沿管路进入偶合器外的冷却器，通过排油器回到油箱。利用调整装置操纵导流管，使管口的位置发生变化，工作腔中就能得到不同的液面，从而实现无级调速。

3 目前带式输送机的驱动现状

3.1 平稳启动最有效的方法是延长启动时间

要达到平稳启动，必须降低启动加速度，延长启动时间，避免出现加速度峰值。但由于电机的热负荷限制了启动时间的延长，给驱动单元带来了新的问题。

3.2 多电机驱动，功率平衡比较困难

因输送带的弹性变形，减速机的效率差别，驱动滚筒的尺寸偏差及电机的力矩——转速特性的差异，造成电机的负荷很难平衡。

4 调速液力耦合器在带式输送机中的应用机理

4.1 是限软启动

带式输送机的启动角加速度

ε=I（M-Me）/J

式中：I—充油量；

J—输送机的总转动惯量；

M—液力偶合器的输入力矩；

Me—输送机的总阻力矩。

由角加速度公式可知：通过调节泵轮间工作腔的充液量大小即可调节偶合器的输出力矩。

在带式输送机启动前，先将导流管调整到工作腔的最外腔，保证启动时工作腔不充油，电机在“空载”下迅速启动。这样，降低了启动电流的持续时间，减少了对电网的冲击电流；待电机“空载”启动完毕，通过电控装置控制调速液力耦合器的导流管调整装置，操纵导流管在液力偶合器工作腔内的位置，调节工作腔内的充油量I，改变液力偶合器的输入力矩M的大小，不断调整启动角加速度，逐渐增加电动机的载荷，并调节电动机的负荷分配，使之趋于平衡。最后将工作腔油量充满，负荷到达额定速度运行，实现带式输送机负载启动的要求。

4.2 实现功率平衡

多机驱动时，各电机间的功率分配不均，会发生偏载现象，严重时会损坏电机。

带式输送机运行阶段，其电机功率

P=■UIncosφ

由上式可知，当采用同一型号的电动机时，其In、cosφ基本相同，电网电压U认为是定值，则各单台电动机电流In的大小基本反映了其功率的变化。在带式输送机运行过程中，以多电机的平均电流值I（I=∑In/n）为基准电流，确定基准电流范围I∑（基准电流范围I∑应符合多机驱动的功率不平衡精度）。取单台电动机电流In与基准电流范围I∑相比较，有电控装置控制调速液力偶合器的导流管调整装置，如In> I∑，则将导流管插入，以减小偶合器工作腔内充油量，降低电机的输出功率；如In

这样，无论带式输送机是否带载，均能使电动机“空载”迅速启动，而输送带则缓慢均匀加速，是启动加速度在0.1∽0.3m/S2范围内，调速范围：（1∽1/3）n。

5 使用调速液力偶合器的优越性

⑴能实现带式输送机的软启动。不但使输送机平稳启动，并能实现满载启动，从井下的实际使用效果看，满足启动的要求，且较为直观、维修操作方便，便于电动机频繁启、制动。

⑵能使电动机空载启动，且能利用其尖峰力矩作为启动力矩，提高其启动能力，缩短了电动机启动时间，而使工作机滞后于电动机启动，减少了设备启动对电网的冲击，与之相配的电器元件的容量及规格相对减少，有一定的节能作用。

⑶延长输送机的启动时间。使用调速液力耦合器后，输送机滞后于电機启动，且启动时间可在较大范围内变化，能大幅度的降低启动速度，从而降低输送带的启动张力，所以具有一定的经济意义。

⑷可实现输送机的平稳制动。在停机制动前，利用控制装置减少偶合器内的充油度，使输送带的速度降低到一定程度，制动器再上闸，降低了制动减速度，保证物料与输送带间有足够的摩擦力，防止物料打滑，使制动更加平稳。

⑸基于液力传动的特性，能阻隔扭矩，减缓冲击。当输送机发生过载时，能自动产生滑差而卸载，保护电机和传动部件不受损坏。

⑹通过对导流管口开度的调整，可进行无级调速和在多电机驱动及多级驱动时使各电机负荷分配合理，防止局部过载，并能实现多机顺序启动，减少对外界电网的冲击。

除此之外，还能方便的实现微机控制，满足现代化矿井的需要。

总之，选用调速型液力偶合器后带式输送机延长了输送机启动时间，使启动更平稳。并通过控制启动的加速度而大幅度降低带式输送机的动张力，减少输送带选用的强度，降低输送带的制造成本。多机驱动时，功率不平衡状况得到改善，减少了输送带的张力，延长了输送带的使用寿命，同时还消除输送带的“打滑”、“抖动”现象，提高了带式输送机的经济技术指标。因此，调速液力偶合器在带式输送机上具有很高的推广应用价值。

作者简介：寇斌，助理工程师，毕业于西安科技大学机械工程及自动化专业，现任神华宁夏煤业集团汝箕沟煤矿运输队队长

液力变矩器的循环圆设计 篇11

在刘仕平所著的《液力变矩器的数学模型、新型设计方法及内部流场研究》基础上[8],对文中推导出的轴面流线方程作进一步的简化,利用最小二乘法逼近理论曲线的方法将非圆曲线用三段相切的圆弧代替,同时利用该方法将非圆曲线用二段圆弧代替,并对比三段圆弧和二段圆弧与理论曲线的误差,为循环元的设计提供理论支持。

1 循环圆轴面流线的确定

参考《液力变矩器的数学模型、新型设计方法及内部流场研究》,轴面流线通用方程如下。图1给出了变矩器循环圆流线的关系图[8]。

当θ≠kπ时,

式( 1) 中ξ∈ ( - 1,1) ; ξ = - 1时为内环流线,ξ = 1时为外环流线;

δ = R / h,R是设计流线的几何半径,h是极点到旋转轴的距离;

,A是过流断面的面积,据经验统计,最佳过流面积为有效圆面积的23%[3]。

当θ = kπ时,

外环的极半径为,ρ = R + σh;

内环的极半径为,ρ = R - σh。

2 三圆弧循环圆的确定

2. 1 三圆弧外环的确定

三圆弧外环的轮廓是由三段相切的圆弧组成的。因此,三圆弧外环轮廓的确定可以归结为三圆弧圆心位置及半径的确定。简要介绍其步骤:

给出极点H( 0,h) ,设第I段圆弧的圆心O1( a1,a2) ,其半径为R1。第Ⅲ段圆弧是导轮弧,弧的最低点位置受到轴径和单向联轴器结构尺寸的限制,圆心坐标为O3( a8,a9) 。之后确定第Ⅱ段圆弧的圆心O2( a3,a4) ,半径为R2。由于三段圆弧的圆心半径均不相同,为了保证三段圆弧连接处光滑,这里尽可能保证三段圆弧在连接处相切。如图2所示。

设计之初,由于圆弧关于Y轴对称,这里只需要设计X轴正半轴部分即可。如图2所示,点A( 0,a) 是循环圆的最高点。点B( m,n) 是第II段圆弧与第III段圆弧的连接点,其对应的极角为α。Q( a5,a6) 是第Ⅰ段圆弧与第Ⅱ段圆弧的连接点,Q点同时也在轴面流线上,其对应的极角为β。点C( 0,c)是循环圆的最低点。将Q点的极角β代入外环的轴面流线方程( 1) ,得

将B点的极角值代入外环轴面流线方程得

由于,圆弧Ⅰ经过A点和Q点,所以圆心O1点在A点和Q点的中垂线上,可以得到方程( 6) 。

同理,第Ⅱ段圆弧的圆心O2在点Q和点B的中垂线上,即,

由于圆弧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的坐标点并不一定为极点H,为了方便计算误差,连接H点与三段圆弧上的坐标点P( x,y) ,设H点与P( x,y) 的距离为ρ0。对于圆弧Ⅰ有

经过极点H的线段的方程为

联立式( 8) 、式( 9) 得

求解关于x的一元二次方程,P点到H点的距离为ρ0。

将x的值代入式( 11) 得到ρ0的表达式。

利用上述方法计算H点与圆弧Ⅱ、Ⅲ上的坐标点P( x,y) 的距离。

整理上述方程得式( 12) 。

方程( 12) 表示了极点与圆弧上的点的距离,为了使得三段圆弧与理论曲线在允许的误差范围内逼近,在特定的约束条件下,建立目标函数式,这里的目标函数是指理论曲线与坐标轴Y轴形成的闭合曲面的面积S与拟合曲线与Y轴围成的闭合区域的面积S’之差。用遗传算法全局寻优的方法优化各个圆弧的参数,寻求使得面积差最小的目标变量。

2. 2 三圆弧内环轮廓的确定

如图3所示,内环轮廓对应的圆弧I为其圆心为圆弧Ⅱ为其圆心内环的圆弧Ⅰ与圆弧Ⅱ的交点为Q,对应的极角与为β。圆弧Ⅰ和圆弧Ⅱ分别经过其中点B'对应的极角为α。内环的导轮弧的圆心坐标为导轮弧经过点和点内环轮廓的求解方法与外环轮廓类似,设极点H到内环上坐标点P' 的距离为ρ0。整理得公式( 14) 。

同样建立如式( 13) 的目标函数式,在给定的约束条件下求得最优值。

3 二段弧循环圆的确定

二段圆弧与三圆弧的不同之处在于三圆弧的导轮弧用两段圆弧曲线逼近,而二段圆弧的泵轮则由一段圆弧曲线逼近。与三段圆弧的计算方法相同,设圆弧I的外环圆心坐标为o1( b1,b2) 经过点A( 0,Z) 和点B( m,n) 。圆弧I内环的圆心坐标为O1'( b3,b4) 经过点A'( 0,Z') 和B'( m',n') 。圆心o1( b1,b2)在点A和B的中垂线上。

圆弧1上各个坐标点到点H的距离为ρ0。

内环经过 点A'( 0,Z) 和点B'( m',n') 。圆心O1'( b3,b4) 在A'( 0,Z) 和B'( m',n') 的中垂线上。在内环上,圆弧I上各个坐标点到点H的距离为ρ0'。

二圆弧的导轮弧的计算方法与三圆弧的相同,其外环、内环对应的圆弧II的圆心分别为O2、O2'。如图4所示是第一段圆弧,是第二段圆弧。

4 数值算例

以30 t机械传动铰接式矿用自卸车所用的液力变矩器为例。由于受到变矩器单向联轴器尺寸的限制,该变矩器循环圆的有效直径D = 420 mm和最小旋转半径Do= 170 mm。将D和Do代入方程( 1)中得到循环圆的轴面流线方程解析式,作图得到ξ从 - 1到1取不同值的轴面流线图。如图5所示。

通过有效直径和最小旋转半径可以确定点A和点C的坐标分别为A( 0,210) 和C( 0,85) 。对于三元件液力变矩器来说,泵轮的极角范围为θ =- 45° ~ 90°,涡轮的极角范围为θ = 90° ~ 225°,导轮的极角范围为θ = - 135° ~ - 45°。所以点B的极角值α = - 45°,代入式( 4) 、式( 5) 中可以得到点B的坐标( m,n) 。将各个点的坐标代入式( 7) 中。

目标函数

将ρ0和ρ的表达式分段代入目标函数中,在Matlab中编写程序寻求最优值。从上面的一系列方程中可以看出,三圆弧外环的目标变量为a1,a2,a8和β。约束条件为圆弧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ须经过点A、B、Q、C。通过求解有约束的非线性问题,全局搜索最优解得出一组比较理想的数据。表1中给出了内、外环三圆弧的坐标及半径。外环的目标函数取最小值时,β = 20. 55°。内环的目 标函数取 最小值时,β = 31. 70°。

由于约束条件的限制,在外环上,圆弧I与圆弧II在交点Q处的切线并不能完全重合,两圆弧在Q点处切角相差0. 013 4°,导轮弧与圆弧Ⅱ在切点B处的切角之差为0. 884 7°; 在内环处,圆弧I与圆弧Ⅱ交点Q’处切角相差0. 563 4°,导轮弧与圆弧II在切点B处的切角之差为0. 952 7°。均在允许的范围内。

两段圆弧的拟合与三段圆弧相同,对外环而言,圆弧Ⅰ、Ⅱ经过A、B、C点,对于内环,圆弧I、II经过A'、B'、C '。目标函数同样是面积差的最小值。表2给出内、外环二段圆弧的坐标及半径。

5 误差分析

5. 1 过流断面的相对误差

计算过程中利用曲线逼近的方法将循环圆拟合成了三段圆弧和两段圆弧。过流断面面积与理论值会有一定的误差,原理论曲线对应的外环与内环之间的过流断面面积不变。而用圆弧逼近后的内、外环之间的过流断面却不相同,图6中分别给出了三圆弧过流断面的相对误差曲线和两段圆弧的过流断面的相对误差。

具体分析图6,三段圆弧的相对误差的最大值是0. 37% ,出现在极角为27° ~ 30°之间。两段圆弧的相对误差的最大值为2. 7% ,出现在极角为60° ~62°。对应三段圆弧逼近的曲线,圆弧III是 - 90° ~- 45°,最大误差为0. 057% ; 圆弧II从 - 45° ~ 14°,最大相对误差为0. 27% ; 圆弧I是14° ~ 90°,最大误差为0. 37% ,出现在极角为27° ~ 30°。用二段圆弧逼近曲线,圆弧II,这里指导轮弧,与三段圆弧中的圆弧III相同,极角范围为 - 90° ~ - 45°,最大误差为0. 057% ; 圆弧I对应极角范围为 - 45° ~ 90°,最大相对误差为2. 7% ,极角为60°。另外,三圆弧的切点有两个分别是Q点和B点,在切点处切角差值分别为0. 013 4°和0. 887 4°而二段圆弧的切点只有B点,切角差值为2. 456 7°。

通过比较过流断面的相对误差值,可以看出利用两段圆弧拟合的循环圆在误差上明显比三段段弧的要大。因此,工程上一般采用三段圆弧来代替循环圆。但是在加工精度要求不高时,也可以用二段圆弧代替。

5. 2 目标函数值比较

分析目标函数值,用三段圆弧逼近非圆曲线时,外环对应的圆弧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与Y轴所围成的闭合区域的面积和理论曲线与Y轴围城的闭合区域的面积差为0. 094 4。内环对应的圆弧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ与Y轴所围成的闭合区域的面积和理论曲线与Y轴围城的闭合区域的面积差为0. 028 5。

当用两段圆弧代替非圆曲线时,外环对应的圆弧Ⅰ、Ⅱ与Y轴所围成的闭合区域的面积和理论曲线与Y轴围城的闭合区域的面积差为0. 708 0。内环对应的面积差为0. 297 9。

6 结论

采用极坐标对圆弧逼近理论曲线进行描述,在对相切圆弧的参数化计算中减少了优化变量,简化了计算。对于工程加工来说,大大简化了数控程序的设计。提出的公式对非圆弧曲线具有较高的逼近精度,生成的圆弧光滑、连续,计算结果可靠。通过用二圆弧和三圆弧逼近曲线,计算并对比他们的误差,进一步说明了三圆弧在工程设计中的优势,同时计算得到的两段圆弧的误差值,为工程加工和循环圆设计提供了数据支持。

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