工程機械發動機與液力變矩器匹配方法研究

高楊 張宏超（萊陽市疾病預防控制中心，山東 萊陽 265200）

在諸多工業建造領域當中，采用工程機械設備來作為輔助產業管理運作的核心設備，因其以特有的技術性能，為實踐領域帶來強有力的技術支撐，極大地提升了產業運作及其管理的能效。與此同時，為了更好地提升工程機械發動機的動力性，則需要采用液力機械傳動的形式來與之匹配，憑借相關技術來強化液力變矩器裝置與工程機械發動機二者的適應能力，對于降低機械設備所受振動沖擊以及維系發動機優良特性都有著重要的作用。

1 淺析工程機械發動機和液力變矩器的特性

現階段，在國內外的諸多工業生產及管理領域當中，變矩器的應用十分廣泛，隨著各類型項目的興建與發展，對于工程機械發動機性能的要求有所提高。通過研究工程機械發動機與液力變矩器的匹配原理，結合程機械液力傳動系統動力匹配計算的復雜特性，應用Visual Basic編寫了動力匹配計算機輔助計算軟件，并提出了用Matrix VB編寫軟件的新方法。這一過程是對工程機械發動機和液力變矩器的特性的最佳驗證。[1]

1.1 工程機械發動機的特性分析

通常情況下，工程機械設備是以能源為主要動力來維持設備運行的。將柴油機作為動力裝置，發動機的性能主要包括啟動特性、速度特性、通用特性、空轉特性、使用特性等多個方面。

發動機的速度特性指的是發動機在供油量調節機構保持不變的前提下，發動機的力矩、功率燃料消耗量、排氣溫度隨著轉速的變化而發生變化的關系。在柴油機中，如果將油門固定在標定的位置，此時的速度特性就是發動機的外特性，主要反映的是發動機的最高動力特性。發動機的調速特性是發動機總體特性評價中的重要指標之一，通過發動機調速率進行表示。[2.3]調速率分為兩種類型，一種是穩定調速率，另一種是瞬時調速率，兩者都通過柴油機突變負荷測試來進行測定。在對發動機調速器性能進行考核的過程中，不僅包含調速率這一個因素，而且包括不靈敏度、轉速波動率等因素。

1.2 液力變矩器的特性分析

液力變矩器是一種以液體為工作介質的一種非剛性扭矩變換器，是液力傳動中的基本元件之一。液力變矩器的性能參數變化規律主要通過外特性、原始特性、全特性、動態特性等進行表示。

液力變矩器工作的原理為通過葉輪內動量矩的變化實現能量的傳遞與改變。液力變矩器的主要組成部分包括泵輪、渦輪與導輪，這三個部分組成了封閉的液力循環系統。液力變矩器啟動之后，發動機帶動泵輪進行轉動，通過轉動將能量傳遞到工作液中，帶動工作液的轉動，之后通過工作液將能量傳遞給渦輪，渦輪通過力矩形式實現功率輸出。[3]

液力變矩器的原始特性指的是幾何相似、運動相似、動力相似等變矩器泵輪力矩系數、變距系數、效率隨著鉆速比而變化的函數關系的總稱。當液力變矩器在車輛加速、制動等非穩定的狀態下，所呈現出來的原始特性就是動態原始特性。液力變矩器的輸入特性指的是依據泵輪力矩系數繪制的泵輪力矩與轉速之間的函數關系曲線。

1.3 工程機械發動機和液力變矩器二者相匹配的重要性

液力變矩器與發動機裝置的合理匹配對于提升機械設備本身的動力性與經濟性有著積極的影響，在以往的實踐過程中了解到，二者的匹配結果需要根據機械設備的各項性能指標進行優化處理，進而獲得相對優良的設備性能。對于工程機械發動機與液力變矩器的匹配方案的設計而言，需要借助計算機軟件及相應技術來加以完善，并在具體的實施過程中，對二者的匹配結果進行測評，以備后續進一步優化工程機械發動機性能做足準備。

2 剖析工程機械發動機與液力變矩器匹配方法

2.1 工程機械發動機與液力變矩器匹配方法的基本思路分析

針對發動機萬有特性圖曲線數據很難利用的問題，研究如何讀取發動機萬有特性圖以快速準確地得到發動機的外特性，得到比較準確的發動機外特性數據，并利用軟件來實現，為以后的相關設計開發提供一個有效的工具。[4]

發動機與液力變矩器的匹配指的是兩者在共同工作的過程中為獲得理想性能而采用的配合方式。一般情況下，會依據發動機的特性對液力變矩器進行選擇。為了實現發動機與液力變矩器匹配效果最佳，提供給車輛良好的動力性與經濟性，兩者在匹配的過程中應該滿足的原則包括：第一，在液力變矩器的工作范圍之內實現發動機最大有效功率的充分利用；第二，發動機與液力變矩器的共同工作范圍處于燃油消耗量的最低值，在同等功率條件下實現尾氣排放最少；第三，車輛在起步的過程中應盡量實現輸出扭矩的最大化。

2.2 工程機械發動機與液力變矩器匹配方法的具體操作過程

在以往所架設的工程機械發動機設備性能指標測算的基本框架上，編寫實用的動力匹配軟件。針對動力匹配程序開發的復雜性，本文提出了利用Matrix VB輔助編寫動力匹配計算機輔助計算軟件的新方法，使軟件的開發過程更加簡捷高效。新方法同樣適用于其它的涉及復雜數據處理的軟件編制。[5]軟件的編制思路為：第一，在ACCESS數據庫中輸入所有型號的發動機與液力變矩器數據，按照不同的字段對其進行分別命名，為程序調用奠定基礎。第二，在實事求是的基礎上實現程序曲線的繪制，發動機外特性曲線采用二次擬合，液力變矩器原始特性曲線采用五次擬合。第三，實現軟件通用性的增強，在設計的過程中實現界面可輸入液力傳動車輛傳動系統重要參數，從而確保在大多數的液力傳動車輛中實現軟件的應用。第四，某些發動機只有萬有特性圖，缺乏相應的具體數據，軟件中必須開發萬有特性圖讀圖模塊，實現對發動機外特性數據的讀取工作，第五，軟件中開發力矩系數計算模塊，實現液力變矩器泵輪力矩系數的計算，實現液力變矩器數據利用的最大化。

3 工程機械發動機與液力變矩器匹配優化策略最終結果呈現

經研究分析可知，構建一種較為快速且有效的發動機與液力變矩器的匹配方式對于實踐操作的價值較高，能夠明顯改進工程機械設備的性能。實質上，優化方案的提出是建立在高功率扭矩點位發動機設備模型測算的基礎上而來的，憑借理論上的公式計算，以及針對實例的優化分析結果，總結出一套極佳的工程機械發動機與液力變矩器匹配的方法，為實踐操作提供有價值的依據。[6]經測評后，能夠確定基于該匹配方法的工程機械發動機與液力變矩器匹配結果科學、合理，且具備一定的經濟性。

4 結語

總而言之，通過研究工程機械發動機與液力變矩器匹配方法，能夠更加明確優化工程機械動力特性的可行性技術手段，并結合工程機械發動機與液力變矩器匹配策略的構建模型的設計，得到一種最佳的工程機械發動機與液力變矩器匹配的方案，實現工程機械最大輸出轉矩以及低能源消耗的目標，極大地改善了工程機械發動機的整體性能，為實踐領域注入新的動能。無論從理論研究還是從實踐測試中都能夠了解到，基于多目標匹配優化的工程機械發動機設計項目及其實際應用具備一定的可行性與經濟性，值得在同類型產業管理過程中借鑒實施。

[1]閆清東，劉樹成，楊匯斌，等.基于改進雷達圖法的變矩器匹配評價[J].吉林大學學報（工學版），2013，06（06）：1513-1516.

[2]孫德臣，周斌，支琪.MatrixVB在發動機與液力變矩器動力匹配中的應用[J].機電信息，2011，09（18）：159-160.

[3]王建超，吳仁智，韓同杰，等.基于MATLAB的液力變矩器與發動機匹配的計算與分析[J].建筑機械，2011，12（23）：119-121+19.

[4]李宣秋，侯文軍，張立銀，等.工程機械閉鎖式液力變矩器閉鎖點的計算與選取[J].建筑機械，2012，08（15）：86-87+16.

[5]王心宏，鄭琦巍，胡高嵩.某城市客車自動變速器的液力變矩器熱負荷的計算[J].客車技術與研究，2013，03（03）：19-20.

[6]李春芾，陳慧巖，鄭廣軍，等.液力機械自動變速器動力性換擋點算法研究[J].汽車技術，2010，04（04）：43-45.