工程机械用液力变矩器叶片角对其性能的影响
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液力变矩器叶片强度的分析研究作者:陶焜,王颖来源:《科技创新与生产力》 2014年第11期陶焜1,2,王颖1,2(1.太原重工矫直机研究所,山西太原030024;2.太原华煤工程设计有限公司,山西太原030024)摘要:为了研究液力变矩器叶片的强度,笔者抽取了某型液力变矩器全流道模型和叶片模型,利用ANSYS13.0软件对全流道模型进行仿真计算,把仿真得到的叶片压力加载到叶片模型上,通过流固耦合技术分析叶片上的应力分布和变形量,很好地解释了叶片失效的原因,为叶片的改型设计提供参考。
关键词:液力变矩器;内流场仿真;压力分布;流固耦合中图分类号:TH137文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1674-9146.2014.11.078收稿日期:2014-07-18;修回日期:2014-10-18作者简介:陶焜(1983-),男,江西九江人,助理工程师,主要从事矫正机研究,E-mail:410409689@。
近年来,许多现代化的设计方法、计算手段及制造设备都被应用到了液力变矩器的研究领域。
工作轮是液力变矩器中传递和变换能量的主要零件,其质量直接影响变矩器的工作性能和可靠性。
叶片是工作轮的重要组成部分,由于液力变矩器的结构形式及应用场合不同,对其进行具体分析对叶片的设计很有必要。
1液力变矩器叶片流固分析ANSYSWorkbench是ANSYS开发的协同仿真平台。
ANSYS仿真协同环境的目标是,通过对产品研发流程中仿真环境的开发与实施,搭建一个具有自主知识产权、集成多学科异构CAE技术的仿真系统。
以产品数据管理PDM为核心,组建一个基于网络的产品研制虚拟仿真团队,基于产品数字虚拟样机,实现产品研制的并行仿真和异地仿真。
所有与仿真工作相关的人、技术、数据在这个统一环境中协同工作,各类数据之间的交流、通信和共享皆可在这个环境中完成。
文中利用ANSYS13.0中的Workbench平台进行变矩器叶片的流固耦合计算,以求正确计算叶片变形和等效应力,找到叶片在工作时的薄弱处,指导叶片的改型设计,避免由于叶片的变形导致变矩器工作效率下降,甚至发生故障。
浅析液力变矩器在工程机械的运用摘要:介绍工程机械中液力变矩器的正确使用与检查方法、液力传动油的牌号及其选用。
关键词:液力变矩器;传动油;压力补偿引言:液力变矩器由于能够自动适应负载变化、调整工作速度,并且缓和冲击、延长机械寿命,从而在工程车辆上得到了广泛使用。
其主要缺点是成本较高,传动效率较低。
工作中必须注意正确使用工作油、正确使用液力元件,作好定期检查和维护,才能提高工作的可靠性。
保障机械的正常使用寿命。
1液力变矩器正常工作的压力补偿系统液力变矩器正常工作时需要解决两个问题:第一,正常工作的变矩器平均效率大约为0.7左右,故约有30%的能量消耗掉。
损耗的能量使油及有关零件的温度升高。
油温是决定变矩器油液使用寿命的重要因素。
如果热量不能及时散出,将加速油的氧化,使油液变质。
同时,油温过高将使润滑作用下降,泄漏增大。
因此变矩器工作时要考虑散热和冷却问题。
第二,液力变矩器的泵轮高速转动(1000~3600r/min),循环圆内液流质点沿工作轮叶片流动时受离心惯性力的作用,叶片上各点处液流压力均不相同。
在泵轮叶片出口处压力最大,而在泵轮叶片进口处的叶片背面压力最低。
在液流过程中,当局部压力过低到空气分离压以下时,溶解于油液中的空气大量从油中分离出来产生气泡,气泡使液体成为不连续状态,这种现象称为气穴。
气泡随液流运动到压力较高的区域时,气泡在周围液力油的冲击下迅速破裂,使体积骤然减小,周围的液体便以高速填补这些空间,从而产生局部液压冲击和过热,同时伴随噪声。
此外,这些分离出来的空气气泡中含有氧气。
由于受高温下分离出来的氧气侵蚀和高速液流的冲击,液力元件的内壁表面产生剥落,这种现象称为气蚀。
由此可见,气穴和气蚀的产生,将影响变矩器正常工作,使其效率降低、寿命缩短。
因此在变矩器的液流通路中,各处的油液压力都不应低于油液的空气分离压。
另外,液力变矩器一般都与传动系动力换挡变速器的工作油路接通,而动力换挡变速器的工作油路采用液压传动,因而液压传动管路中同样也要防止气穴和气蚀的产生。
读《工程机械液力变矩器》有感今天我读了同济大学机械工程学院黄宗益教授的《工程机械液力变矩器》,收获颇丰。
液力变矩器用英文来说是fluidtorqueconverter。
由泵轮,涡轮,导轮组成。
安装在发动机的飞轮上,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。
采用液力机械式传动系统具有以下优点:(1)液力传动具有良好的起步性能,能随着发动机转速提高平稳起步,微动操纵性能较好,易调整位置,接近目标(自卸汽车)。
(2)是自动变速装置,具有无级变速和变矩能力,使车辆具有自动适应能力,可提高发动机功率利用率,减少变速器的挡位。
(3)液压动力换挡可不切断动力,实现不停车换挡,换挡操纵轻便,减轻司机劳动强度。
(4)变矩器液体柔性传动,可阻隔发动机的扭转振动,降低冲击振动和传动系的动载荷,延长传动部件的使用寿命。
(5)液力传动可防止发动机过载,具有良好稳定的低速性能,能提高恶劣路面的通过性。
(6)对装载机来说,在铲掘装载过程可实现机械前进插人力和工作装置铲取力同时作用,提高铲斗的装载效果。
(7)变矩器结构简单,可靠,无机械磨损,使用寿命长。
至于它的缺点,黄宗益教授认为,变矩器主要问题是效率低,油耗大,必然排放也高,在当前人类面临着能源危机和环境问题越来越严重的情况下,首先要求工程机械使用的变矩器效率必须高,而实践和研究证明要使变矩比高必然是效率低,结构复杂,因此目前一些结构复杂变矩比大的变矩器正在趋向淘汰,取代的基本上都是最简单的三元件单级变矩器或综合式变矩器(可闭锁),启动变矩比在3.2~1.6之间,最高效率在90%以上。
工程机械主要变速变矩任务还得由变速器去完成。
在阅读了本文之后我对液力变矩器有了更深入的认识,同时也有了一定的兴趣,因此,我去图书馆及网上查阅了许多有关液力变矩器,特别是我国的工程机械液力变矩器的资料,包括它的发展历史等。
我国的工程机械液力变矩器发展主要分为两个阶段:1.仿制阶段(1964-1974)在这一阶段,我国工程机械用液力变矩器是从无到有,主要是测绘国外样机,按相似理论放大或缩小;或在已有图纸资料的基础上改变某一叶轮出口安装角,以满足工程机械的需要。
液力变矩器的检查方法液力变矩器是一种经常用于汽车和工程机械的重要传动装置,起到调节和传递动力的作用。
它由泵轮、涡轮和导向叶片等组成,通过利用流体力学原理进行动力传递。
然而,液力变矩器在长期使用过程中,由于液压油质量不佳、零部件磨损等原因,可能会出现一些故障。
为了确保液力变矩器的正常工作和延长其使用寿命,我们需要定期检查和维护。
下面将介绍一些液力变矩器的检查方法,希望对您有所帮助。
首先,我们需要检查液力变矩器的外观。
应仔细观察液力变矩器是否有明显的油渍、漏油现象,以及有无破损、变形等问题。
同时还需要检查液力变矩器的紧固件是否松动,如有发现,应及时进行紧固。
其次,我们需要检查液力变矩器的油质量。
液力变矩器的正常工作离不开良好的油质,因此,检查液压油的质量是非常重要的。
首先,我们要确保液压油的油量是否符合要求,如果不足应及时添加;其次需要检查油质是否清洁,如有发现颗粒或杂质,应及时更换液压油。
接着,我们需要进行液力变矩器的动力性能检查。
使用过程中,如果发现变矩器启动困难,换挡不顺畅,或者加速无力等情况,就需要检查液力变矩器的动力性能。
这时,可以通过测量液力变矩器的液压工作压力、油温、油流量等参数来评估其工作状态。
另外,还可以通过使用专用的变矩器性能试验台来进行更详细的测试。
此外,还需要定期检查液力变矩器的摩擦片和导向叶片等零部件的磨损情况。
这些零部件的磨损情况直接影响液力变矩器的工作效果。
如果发现磨损过度,应及时更换。
最后,我们需要保养液力变矩器。
在检查过程中,除了发现故障并及时修理外,还应进行液力变矩器的液压系统清洗和油封更换等保养工作。
此外,注意避免液力变矩器的过载工作,以延长其使用寿命。
通过定期的检查和维护,可以确保液力变矩器的正常工作和延长其使用寿命。
当然,在进行检查和维护工作时,应遵循相关的操作规程,并确保自己的安全。
希望以上的内容对您对液力变矩器的检查有所帮助,维护好液力变矩器,让其在日常工作中发挥更大的作用!。
轮式装载机液力变矩器故障与维修工程机械上使用液力变矩器,具有起步平稳、操作方便、可在较大范围内实现无级变速等优点。
因此,液力变矩器在工程机械中得到了广泛的应用。
国内轮式装载机上应用的双导轮综合式液力变矩器,具有高效区宽广、变矩过渡至偶合工况平稳的特点。
但这种变矩器在使用时间较长以后,易出现过热、工作无力、内部元件损坏等故障。
由于变矩器的拆装与维修比较困难,在维修液力变矩器时,必须在弄懂其工作原理和正确地分析故障原因的基础上才能保证维修质量。
本文以双导轮综合式液力变矩器为例,介绍液力变矩器的工作原理,分析变矩器工作过程中的常见故障现象、原因和诊断维修方法。
1 双导轮综合式变矩器的工作原理该变矩器主要由泵轮、涡轮、第一导轮、第二导轮及导轮座等组成。
工作过程中,液压油自变速器壳底部通过滤网被油泵吸入,从油泵输出的具有一定压力的液压油通过液压油滤清器、主调压阀后进入导轮座的进油孔,然后流向泵轮。
柴油机的动力通过相啮合的齿轮传给泵轮,泵轮的旋转将进入其内部的液压油压入涡轮,冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,动力由涡轮轴输出。
从涡轮出来的液压油,一部分通过变矩器出口经液压油冷却器后进入离合器壳体,再润滑轴承、齿轮及冷却离合器摩擦片后流回变速器壳底;另一部分经第一、第二导轮传给泵轮,液压油在循环圆内传递动力。
当涡轮的液体冲向导轮叶片时,导轮不转,导轮给予液体一定的反作用力矩。
这个力矩和泵轮给予液体的力矩合在一起,全部传给涡轮,从而使涡轮起到了增大扭矩的作用,即变矩。
当涡轮转速继续增高,涡轮传给导轮的液流方向发生变化至冲击导轮背面时,第一、二导轮在超越离合器的作用下,先后开始旋转,变矩工况变成偶合工况。
从主调压阀出来的另一路液压油是流向变速器操纵阀的。
2 液力变矩器的故障诊断液力变矩器的故障通常表现在三个方面:装载机动力不足,高速档起步困难;油温过高;液力变矩器不工作。
液力变矩器出现故障时,一般从液压油路方面(包括液压油路是否通畅、密封是否良好等)开始检查。
液力变矩器的性能研究液力变矩器是一种常见的传动装置,广泛用于汽车、船舶和工程机械等领域。
它通过液体的流动来实现功率的传递和调节,具有许多独特的性能优势。
首先,液力变矩器具有自动变速的功能。
在汽车领域,我们都知道自动变速器能够根据车速和加载情况自动选择最佳挡位,提供舒适的驾驶体验。
这得益于液力变矩器的性能。
当车辆起步时,液力变矩器通过增压器使液体流向液力变矩器的涡轮叶片,产生旋转动力,传递给输出轴,从而实现车辆的启动。
当车辆需要更高的速度时,液力变矩器会自动控制液体流向涡轮叶片的数量,使涡轮叶片的转速提高,从而提供更大的输出扭矩。
这种自动调节的功能使得车辆在不同条件下都能保持恰当的齿比,提供较强的动力输出。
其次,液力变矩器具有良好的启停性能。
对于汽车等需要频繁启停的交通工具来说,启动时的顿挫感一直是一个令人困扰的问题。
液力变矩器通过流体的流动来传递动力,消除了传统机械传动的刚性连接,从而减少了启动时的冲击感。
液力变矩器中的液体充当了缓冲介质的角色,使得启停过程更加平稳,提高了驾驶的舒适性。
此外,液力变矩器还具有较高的承载能力。
在工程机械领域,液力变矩器承载着大扭矩和大功率的传递任务。
由于液力变矩器中液体的流动特性,它能够有效地分散和吸收输入端和输出端的冲击负荷,提供稳定的转矩输出。
这种承载能力使得液力变矩器在工程机械的起步、加速和重载等工况下保持较好的运行性能。
然而,液力变矩器也存在一些缺点。
首先,液力变矩器会产生一定的能量损失。
液体流动过程中存在着黏滞阻力和摩擦等能量损耗,在功率传递过程中会导致一定的效率损失。
其次,液力变矩器的调节性能受到液体黏度和温度的影响。
当液体黏度较高或温度较低时,液力变矩器的调节性能可能受到限制,无法达到理想的性能。
为了进一步提高液力变矩器的性能,现代技术不断进行研发。
例如,引入锁止离合器可以消除液力变矩器在高速行驶时的能量损失,提高效率。
同时,结合电子控制技术,可以实现更精准的调节,优化传动系统的性能。
液力变矩器的应用和发展液力变矩器具有的优良特性,自动适应性、无级变速、良好稳定的低速性能、减振隔振及无机械磨损等,是其它传动元件无可替代的。
历经百年的发展,液力变矩器的应用不断扩大,从汽车、工程机械、军用车辆到石油、化工、矿山、冶金机械等领域都得到了广泛的应用。
液力变矩器的流场理论、设计和制造、实验等研究工作,近年来,也得到了突飞猛进的发展。
1.液力变矩器的应用国外已普遍将液力传动用于轿车、公共汽车、豪华型大客车、重型汽车、某些牵引车及工程机械和军用车辆等。
以美国为例,自70年代起,每年液力变矩器在轿车上的装备率都在90%以上,产量在800万台以上,在市区的公共汽车上,液力变矩器的装备率近于100%,在重型汽车方面,载货量30-80t的重型矿用自卸车几乎全部采用了液力传动。
迄今为止,在功率超过735kW,载货量超过100t 的重型汽车上,液力传动也得到了应用。
如阿里森(ALLISON)的CLBT9680系列液力机械变速器就应用于功率为882.6kW、装载量为108t的矿用自卸车上,在某些非公路车辆上,在大部分坦克及军用车辆上也装备了液力传动。
在欧洲和日本,近年来装备液力传动的车辆也有显著增加。
国外较大吨位的装载机、推土机等工程机械多数都采用了液力传动。
我国在50年代就将液力变矩器应用到红旗牌高级轿车上,70年代又将液力变矩器应用于重型矿用汽车上。
目前,我国车辆液力变矩器主要应用于列车机车、一些工程机械和新一代的主战坦克及步兵战车等车辆上。
液力传动在国内工程机械上的应用始于60年代,由天津工程机械研究所和厦门工程机械厂共同研制的ZL435装载机上的液力传动开始的。
80年代由天津工程机械研究所研制开发了"YJ单级向心涡轮液力变矩器叶栅系统"和"YJSW双涡轮液力变矩器系列"。
两大系列目前已成为我国国内工程机械企业的液力变矩器的主要产品。
其产品的主要性能指标已达到国外同类产品的先进水平。
工程机械用液力变矩器叶片数对其原始特性的影响武琳琳;惠记庄;张泽宇;雷景媛;郑恒玉【摘要】为了研究叶片数变化对液力变矩器原始特性的影响,通过Imageware逆向建模得到了变矩器的流道模型,并进行了高速比工况下的三维流场计算,根据计算结果分析了不同工作轮叶片数对变矩器原始特性的影响;选取4种典型工作轮叶片数的组合方案进行台架试验,对计算结果进行验证.结果表明:试验与计算结果平均误差为3.1%,最大误差为4.2%,证明三维流场计算结果是准确的,采用三维流场计算液力变矩器性能是可行的.【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】6页(P109-114)【关键词】工程机械;液力变矩器;流场分析;叶片数【作者】武琳琳;惠记庄;张泽宇;雷景媛;郑恒玉【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学公路养护装备国家工程实验室,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U415.50 引言液力变矩器是车辆自动变速系统中的重要元件,起到传递力矩、转变速度、使系统结合稳定的作用[1],在工作中叶片受力集中、载荷过大时极易发生疲劳断裂,引发一系列严重后果[2]。
通过增加叶片数可分散应力,但叶片数过多会增大液流摩擦面,使有效过流断面变小。
因此,研究叶片数对液力变矩器性能的影响是十分必要的。
Sehyun等提出可用导轮叶片开孔的方法来抑制边界层分离,并对导轮叶片不同的开口角度进行分析,证明此方法能大幅提高泵轮的转矩。
德国的H Schul等人分析了泵轮和涡轮的不同转速,证明涡轮和泵轮流场之间具有一定关系。
北京理工大学的魏巍开发了一套三维优化设计系统,并得到了一组新的叶片参数,通过建立液力变矩器模型并进行优化分析,使得液力变矩器的工作特性得以改善[3-4]。
轿车液力变矩器叶片角的优化李兴泉;邓兆祥;李英强;古兴生【摘要】An optimization method of blade angles in automobile torque converter for both power performance and fuel economy is proposed.An optimization model is set up and an optimization on blade angles is performed with the sum of weighted maximum efficiency, torque ratio at starting and the torque factor of pump impeller as objective function.The results of simulation show that the torque ratio, the maximum efficiency and the torque factor of impeller increase by 4.3%, 4.4% and 28.5%respectively at a transmission ratio of 0.8; and the optimized blade angles and resulting primary characteristics of torque converter are close to that of oversea mature product with similar dimension.%提出兼顾动力性、经济性的轿车液力变矩器叶片角优化方法.建立以加权的最高效率、起动变矩比和泵轮转矩系数为目标函数的优化模型,对各叶片角进行优化.优化结果,在传动比i=0.8时,变矩比、效率和泵轮转矩系数分别比传统设计提高了4.3%,4.4%和28.5%.优化后的变矩器叶片角及其原始特性与国外同尺寸成熟产品比较接近.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2011(033)006【总页数】4页(P517-520)【关键词】液力变矩器;叶片角;优化;效率;变矩比【作者】李兴泉;邓兆祥;李英强;古兴生【作者单位】重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆400030;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆400039;重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆400030;重庆红宇精密工业有限责任公司,重庆402760【正文语种】中文前言液力变矩器各工作轮叶片进出口角对其效率、变矩比和转矩系数等输出特性参数有重要影响,因此,研究各工作轮叶片进出口角的优化组合,以提高液力变矩器的整体性能,是轿车液力变矩器设计的核心内容之一。
浅谈工程机械液力变矩器的工作原理、问题及处理黄小欢;李晓燕;刘明德【摘要】液力变矩器广泛用于工程机械上,通过对液力变矩器工作原理及构造进行阐述,对它在工程实际应用中出现的一些常见问题及时拿出解决办法.【期刊名称】《南方农机》【年(卷),期】2017(048)019【总页数】2页(P69-70)【关键词】液力变矩器;工程机械;工作原理【作者】黄小欢;李晓燕;刘明德【作者单位】江西机电职业技术学院,江西南昌331000;江西机电职业技术学院,江西南昌331000;江西机电职业技术学院,江西南昌331000【正文语种】中文【中图分类】TD407在广泛用于装载机、推土机、铲运机等工程机械的传动系统中有一个机械部件,可以说是一个“神器”,那就是液力变矩器(Fluid Torque Converter)。
我国当前典型的轮式装载机的传动系统是由发动机、液力变矩器、变速箱、驱动桥、传动轴等组成。
如下图1所示。
其中液力变矩器可以说是既古老,又现代的机械装置。
世界上的第一台液力变矩器是由德国的费丁格尔教授于1902年就首先提出,并于1908年应用到工业上。
在二战期间,为了有助于避免坦克在战场上因换挡不慎而造成引擎熄火,美国别克汽车为坦克引进了液力变矩器,从而让液力变矩器大放异彩。
军事工业的应用,引起了世界各国汽车、拖拉机、工程机械、起重运输、石油开采等各部门对液力传动的关注和应用。
液力变矩器是一种以液压油为工作介质的“柔性”扭矩变换连接器。
在车辆上应用液力变矩器作为传动装置,可使车辆行驶或作业时,具有增加自动适应性,改善乘坐舒适性,提高车辆通过性,减少变速箱排挡次数,吸收振动和冲击,减少传动系统负荷,提高发动机和传动系统使用寿命,使发动机经常处于最佳工况下工作,充分利用发动机功率等优良性能[1]。
液力变矩器一般由泵轮、导轮和涡轮三个主要部分组成。
从输入到输出的动力(扭矩)传递是通过液压油作为工作介质间接完成的,在这过程中它还可以起变矩、变速、离合等作用。
工程机械用液力变矩器叶片角对其性能的影响
雷景媛;惠记庄;张泽宇;武琳琳;郑恒玉
【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》
【年(卷),期】2018(035)002
【摘要】为了得到高效率的液力变矩器,对工作轮叶片角与变矩器性能之间的关系进行了研究.根据变矩器的能量损失和平衡建立了某工程机械用液力变矩器的数学模型,得到了转速比为0.12和0.28时工作轮叶片出口角度对变矩器效率、泵轮力矩、涡轮力矩和变矩系数的影响规律;通过Im-ageware建立了变矩器的流道模型,并进行高速比工况的三维流场数值模拟,对泵轮和导轮不同出口角时变矩器的原始特性进行了对比分析.结果表明,导轮出口角的大小对变矩器性能有较大影响,角度过大或者过小都会降低变矩器的效率.
【总页数】8页(P89-96)
【作者】雷景媛;惠记庄;张泽宇;武琳琳;郑恒玉
【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学公路养护装备国家工程实验室,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064
【正文语种】中文
【中图分类】U415.5
【相关文献】
1.工程机械用液力变矩器叶片数对其原始特性的影响 [J], 武琳琳;惠记庄;张泽宇;雷景媛;郑恒玉
2.基于CFD的叶片周向偏移对液力变矩器的性能影响预测 [J], 陈祥;陈洁
3.叶片偏转角对液力变矩器的性能影响规律 [J], 陈祥
4.冲压叶片厚度对液力变矩器性能的影响 [J], 闫清东;李新毅;魏巍;陈修齐
5.基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化 [J], 刘城;潘鑫;闫清东;魏巍
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