賈俊禮，張慶武，雷福斗，何振魯，邢向飛，鹿海洋

(山推工程機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)寧 272073)

隨著礦產(chǎn)資源消耗的增加，其匱乏日益凸顯，石油等礦產(chǎn)資源價(jià)格隨之飛漲，因此，節(jié)能降耗成為生產(chǎn)和生活的一個(gè)重要方向。發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗主要有兩種方法:渦輪增壓和降低額定轉(zhuǎn)速。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)提高了燃燒效率，但增加了后期的維護(hù)成本，比較而言，采用降低發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速方法實(shí)現(xiàn)油耗的降低更好。通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速來(lái)降低油耗，必須有與其相匹配的降轉(zhuǎn)速大能容的液力變矩器。文中設(shè)計(jì)了兩款變矩器［1］，具有大能容、寬高效區(qū)的特點(diǎn)。

1 大能容液力變矩器的研制

結(jié)合變矩器的原始特性，首先進(jìn)行相似設(shè)計(jì)，通過(guò)大型綜合性CAD軟件CATIA進(jìn)行三維建模，再使用ANSYS進(jìn)行葉柵的流場(chǎng)分析及修正，得出符合設(shè)計(jì)要求的三維葉柵(見(jiàn)圖1—3)。大多設(shè)計(jì)者接下來(lái)開(kāi)始手工或利用機(jī)床制作模具來(lái)生產(chǎn)實(shí)體葉輪，然后進(jìn)行性能驗(yàn)證，這樣做的缺點(diǎn)在于如果性能驗(yàn)證后不符合要求就需要再次對(duì)葉柵進(jìn)行分析、修正，周期長(zhǎng)，難度大，成本高;而作者將葉柵數(shù)據(jù)直接通過(guò)快速成型加工中心(RP)進(jìn)行樣件的快速加工，然后進(jìn)行性能驗(yàn)證，如果不符合要求，則根據(jù)文獻(xiàn)［2］提出的方法進(jìn)行分析、修正，如果符合設(shè)計(jì)要求，則進(jìn)行模具生產(chǎn)。在模具設(shè)計(jì)中使用CATIA進(jìn)行CAD/CAM設(shè)計(jì)，避免了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的數(shù)據(jù)失誤。通過(guò)此種方法，變矩器的研發(fā)周期大大縮短，難度相應(yīng)降低，成本大大降低。

圖1 葉柵線(xiàn)框

圖2 葉柵三維模型

圖3 劃分網(wǎng)格

2 性能試驗(yàn)

利用該方法，研制了多款全新的液力變矩器，其中YJSW315-8A及YJZ340兩款降轉(zhuǎn)速大能容液力變矩器最具代表性。YJSW315-8A變矩器應(yīng)用于ZL50裝載機(jī)，YJZ340變矩器應(yīng)用于ZL30裝載機(jī)。經(jīng)驗(yàn)證，搭載YJSW315-8A及YJZ340液力變矩器的裝載機(jī)比未搭載該型號(hào)變矩器的裝載機(jī)節(jié)油均達(dá)到10%以上，并且整車(chē)性能也有非常大的提升。

圖4(a)所示為降轉(zhuǎn)速大能容雙渦輪變矩器YJSW315-8A與圖4(b)所示普通雙渦輪變矩器YJSW315-6C的性能曲線(xiàn)對(duì)比，表1為兩款變矩器性能參數(shù)的對(duì)比。

圖4 YJSW315-8A與YJSW315-6C性能曲線(xiàn)對(duì)比

表1 YJSW315-8A與YJSW315-6C性能及參數(shù)對(duì)比

結(jié)合圖4和表1，不難看出，YJSW315-8A變矩器通過(guò)改變?nèi)~柵的循環(huán)圓及流場(chǎng)，在零速工況工程力矩、高效工況工程力矩、最高效率、高效區(qū)范圍等方面都優(yōu)于YJSW315-6C變矩器，因此YJSW315-8A變矩器可以與低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到更佳的匹配效果。

圖5所示為降轉(zhuǎn)速大能容變矩器YJZ340與普通變矩器YJ315X的性能曲線(xiàn)，表2為兩款變矩器性能參數(shù)的對(duì)比。

圖5 YJZ340與YJ315X性能曲線(xiàn)對(duì)比

表2 YJZ340與YJ315X性能及參數(shù)對(duì)比

結(jié)合圖5及表2不難看出:YJZ340變矩器同樣也通過(guò)改變?nèi)~柵的循環(huán)圓及流場(chǎng)，在零速工況工程力矩、高效工況工程力矩、最高效率、高效區(qū)范圍等方面都優(yōu)于YJ315X變矩器;雖然YJZ340的變矩系數(shù)有所降低，然而其變矩后的效果要遠(yuǎn)優(yōu)于YJ315X變矩器，并且YJZ340變矩器的設(shè)計(jì)上采用了可單向旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輪自由結(jié)構(gòu)，使其在跑車(chē)工況下避免了轉(zhuǎn)速傳遞上的損失，效率相對(duì)大大提升。經(jīng)驗(yàn)證，搭載YJZ340變矩器與搭載其他變矩器的ZL30裝載機(jī)相比，在跑車(chē)工況下節(jié)油17%，負(fù)載作業(yè)工況下節(jié)油15%。

3 結(jié)論

(1)該變矩器開(kāi)發(fā)方法相比以前大大縮短了開(kāi)發(fā)周期，難度相應(yīng)降低，成本大大降低。

(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明:YJSW315-8A和YJZ340這兩款變矩器能很好地匹配降轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，均節(jié)油10%以上。(3)由于變矩器流體模型的復(fù)雜性和理論水平的限制，文中沒(méi)能在理論層面總結(jié)歸納CFD流場(chǎng)分析和修正方法，今后的主要工作重點(diǎn)也將在此。

［1］陶曾香，徐成云，饒鴻才．大能容寬高效可調(diào)式變矩器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究［J］．工程機(jī)械，1994(10):27－31．

［2］王彥，王玉鵬，馬文星．液力變矩器循環(huán)圓的綜合描述及導(dǎo)數(shù)修正法［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2002，32(1):?79－82．