發動機與液力變矩器的合理匹配研究

陳超

摘要：通過對液力變矩器和發動機之間的合理匹配，能夠進一步提升石油機械的燃油的燃燒效率，在提升動力的同時也減少了尾氣的排放。因為液力傳動有著操作便捷和適應能力強等特點，所以得到了十分廣泛的應用。但液力傳動的研究內容中，實現液力變矩器和發動機之間的合理匹配是其中的關鍵性問題，不但要考慮到兩者一起工作時的情況，同時也要研究出怎樣進行兩者之間的配合才能夠獲得更好的性能。為了能夠將液力變矩器和發動機的特點充分的發揮，需要對兩者進行有效的匹配，從而提升石油機械工作的環保型和經濟性。因此，對于發動機與液力變矩器的合理匹配進行研究是非常有意義的。

關鍵詞：發動機;液力變矩器;合理匹配

0 ?引言

目前在石油機械當中液力傳動裝置已經得到了較為廣泛的應用，為液力傳動裝置提供動力的是發動機，通過液力變矩器和傳動部件來將動力傳遞給驅動輪。通過利用液力變矩器，不僅僅能夠對石油機械牽引特性進行改善，同時也能夠使得石油機械適應劇烈載荷的能力增強，另外也能夠有效的降低開裂施工所受到的沖擊和震動，防止石油機械中的發動機出現熄火的情況。當前我國多個研發機構已經對液力變矩器和發動機兩者之間的匹配進行了研究，通過模型的建立和數據的分析來對石油機械的經濟和動力等方面特性進行綜合性的評價，從而實現液力變矩器和發動機的合理匹配。

1 ?液力變矩器和發動機的匹配原理和應遵循的基本原則

液力變矩器主要是利用液體來作為主要的媒介，將機械動能和液體動能進行相互之間的有效轉換，從而達到動力傳遞的效果。液力變矩器有著非常好的自適應性和低速性能，同時也能夠實現有效的減振和隔振，不會出現機械摩擦損耗的情況，能夠對石油機械的性能進行有效的改善，所以液力變矩器在石油機械中得到了廣泛的應用。實現液力變矩器和發動機之間的有效匹配，兩者所具備的共同輸出特性能夠對石油機械的動力性有著重要的影響，同時也大幅度的提升了經濟性。液力變矩器和發動機之間的匹配問題研究，需要以發動機和液力變矩器泵輪的特性曲線描述為基礎，安裝了液力轉動裝置的石油機械，其所具備的性能不但分別和液力變矩器以及發動機有著重要的關聯，同時也與液力變矩器以及發動機之間相互的匹配程度有著重要的關系。發動機和液力變矩器是否匹配，首先需要對發動機特性曲線和液力變矩器的輸入曲線進行計算，并從中找到二者相互之間的交點，看其是否與輸出特性相互匹配，能夠達到相關的特性要求。液力變矩器和發動機的共同工作點就可以通過特性曲線來進行確定，具體如圖1所示。

另外，發動機和液力變矩器之間的匹配原則主要包括以下幾個方面：首先，為了能夠使得石油機械得到更好的性能，液力變矩器應該在石油機械低檔位運行時所呈現出的負荷拋物線能夠與發動機的轉矩點進行相交。其次，為了能夠切實提升石油機械的應用效率，需要能夠在發動機和液力變矩器共同工作的范圍中，盡可能的將發動機最大功率進行應用，同時也需要液力變矩器能夠在處于最高效率的狀態下呈現出的負荷拋物線與發動機扭矩點進行相交。最后，要確保石油機械應用燃油的經濟性，在發動機和液力變矩器兩者之間的共同工作范圍中，讓發動機燃油消耗掉接近最低值。

2 ?液力變矩器和發動機的匹配優化研究

石油機械的發動機功率達到一定程度時，利用對液力變矩器的傳動比、泵輪力矩系數、循環園直徑等方面的改變來對兩者之間的匹配合理性進行提升，對于兩者之間的匹配進行優化，具體是指對旋轉范圍、動力范圍、輸出功率、平均油耗以及渦輪軸輸出功率等方面來目標函數，并將循環圓直徑作為設計中的變量，從而計算出平均的輸出最大功率。將對液力變矩器循環圓直徑進行優化為主要的目的，根據石油機械的情況及正常和極限的聯合工作情況來進行有效的約束，從而得到最大輸出功率。另外，也可以將石油機械中的輸出功率和轉矩作為主要的優化內容，并建立相應的目標函數，通過遺傳算法來對液力變矩器循環圓直徑合理的優化，進而得到更高的啟動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，最為合理的狀態就是液力變矩器特性曲線和按照工況實際情況的發動機轉矩點進行相交。對于不同的工況要采用相應的匹配優化方式，從而得到不同的變矩器循環園直徑。按照維束流理論來進行液力變矩器的有效設計，并根據導論進口角和泵輪出口角來對模型進行優化，按照遺傳算法來實現兩者之間的優化匹配。

3 ?液力變矩器和發動機的匹配方法和評價體系探究

對于液力變矩器和發動機的匹配設計研究方面，主要需要考慮的是對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等內容來實現對工況的準確判斷，將不同工況點位的建立作為匹配控制過程中的重要原則，通過石油機械中的轉速感應裝置來對油門開度進行隨時調節，發動機扭矩和液力變矩器泵輪之間實現自適應的狀態中，從而獲得更好的匹配效果。把液力變矩器和發動機的匹配指標進行統一性的處理，獲得匹配性能價值的構建，同時也包括用戶方對于匹配情況的滿意程度，按照目標函數來對液力變矩器循環園直徑進行優化。通過對液力變矩器和發動機共同工作曲線的擬合，來對其中的共同工作點進行計算，從而提升計算的接近程度，實現網狀圖的有效構建。合理的運用匹配方法，能夠根據設計者對石油機械經濟性等方面的要求來對發動機和液力變矩器進行匹配。同時，利用相關軟件來對匹配數據進行處理，并對方法進行驗證，從而得出該匹配方法是否足夠的正確和可行。

4 ?液力變矩器和發動機的共同工作點算法探析

對于液力變矩器和發動機這兩者的共同工作點進行明確，是對石油機械傳動裝置進行有效優化和對前兩者之間進行合理匹配的重要條件。如果去看這兩者的特性曲線，主要就是對對發動機特性曲線和負荷拋物線之間的相交，所使用的方式包括了解析、優化和幾何近似等算法。對于共同工作點的問題進行解決，可將其定義為解答一元多次方程的問題。可利用縮小變量區間來進行共同工作點的計算。通過對發動機轉矩特性曲線進行擬合通過直接求根的方法或者牛頓法來對兩者的匹配電位進行計算，并通過線性擬合來對共同的工作點進行求解，利用這種方式可將數據擬合過程中產生的誤差進行消除。通過對液力傳統裝置模型進行建立，以動力學方程組為基礎，利用符號算法來獲得發動機和液力變矩器的共同工作點，這種方式的實用性更強。

5 ?液力變矩器和發動機的匹配軟件設計探究

以往對于液力變矩器和發動機匹配進行計算主要是應用解析和作圖的方法來實現，這兩種計算方法無論是在準確性上，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算能力來實現液力變矩器和發動機的匹配度精確計算，這種計算的方式有著更高的精確性，同時計算起來也更加的直觀和方便，能夠對匹配的結果進行進一步的分析，從而實現對匹配方案的有效優化。通過線性的方式來對兩者的特性進行擬合，利用matlab軟件中的繪圖功能和編寫計算功能，來進行液力變矩器和發動機的匹配界面進行設計，從而生成相應的文件，使其能夠在電腦上進行正常的運行，從而為人們的操作帶來更加方便快捷的體驗。其中的內容包括了非積分和積分參數程序的計算和編寫，同時也包括對于匹配指標的定義，另外還包括了計算程序和匹配界面的編寫。除此之外，也可以利用Access來對液力變矩器和發動機的數據庫進行建立，通過MatrixVB來完成匹配軟件的編寫，也可以利用VB語言與Matla來進行混合性的變成，以Excel為主要的數據庫來進行匹配計算軟件的開發。

6 ?液力變矩器和發動機合理匹配的仿真模型構建

在對匹配情況進行仿真的過程中，通過使用AMESim軟件來實現多個轉速感應模型的構建，從而實現對具體類型作業載荷的模擬，從而實現仿真的計算過程和建模過程。利用ADAMS軟件為基礎，來對閉鎖裝置、液力變矩器和發動機的模型進行構建，并將其組合成為能夠共同開展工作的虛擬機，從而實現有效的仿真控制過程，進而真正獲得兩者共同工作過程中所呈現出的動態特征。

7 ?結束語

本文首先對于液力變矩器和發動機的匹配原理和應遵循的基本原則進行闡述，同時對于液力變矩器和發動機的匹配優化、匹配方法和評價體系進行探究，從而對于液力變矩器和發動機共同工作點算法和匹配軟件設計進行分析，最后對于液力變矩器和發動機的匹配仿真進行研究。在對匹配方法和匹配優化的內容研究當中，液力變矩器中的循環圓直徑是其中十分關鍵的變量，在選擇工作點時，實際上進行工作點區域的求解就等于多元次方程的求解過程，所以可以利用計算機計算或者方針的方式來獲得匹配的動態特性。通過試驗的方式來進行驗證實際上是理論與實踐相結合的方式。另外，在不同的石油機械或者是在不同的工作狀況下，對于液力變矩器和發動機之間匹配研究有著十分重要的意義，應該根據實際的工作情況來進行兩者之間匹配問題的思考，從而選擇更為適用的發動機和液力變矩器之間的匹配方式。希望通過本文，能夠為發動機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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