CN102980779A - 液力传动机车牵引曲线的获得方法 - Google Patents

液力传动机车牵引曲线的获得方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种液力传动机车牵引曲线的获得方法，该方法包括：利用试验获得变矩器转速比、效率、变扭比及扭矩系数当量参数；计算发动机净输出功率；计算发动机输出力矩，并核实发动机输出力矩是否超出液力传动箱最大输入力矩，发动机净输出功率是否超出液力传动箱最大输入功率；计算泵轮转速；根据泵轮转速和变矩器扭矩系数当量参数获得泵轮力矩；计算涡轮转速和涡轮力矩，计算涡轮功率；计算轮轴牵引力和机车速度并根据轮轴牵引力和机车速度获得预期牵引曲线。用试验数据代替变矩器无因次参数，通过简单的计算获得轮轴牵引力和机车速度，最终得到预期牵引曲线，本技术方案相对现有技术过程简洁，避开了利用变矩器无因次参数获取预期牵引曲线。

Description

液力传动机车牵引曲线的获得方法
技术领域
本发明涉及液力传动技术，尤其涉及一种液力传动机车牵引曲线的获得方法。
背景技术
在液力传动机车设计过程中，首先要根据机车运用条件，设计动力系统，然后根据动力系统，选配辅助系统，设计走行部及钢结构，最终完成整车设计。在设计动力系统过程中，预期牵引曲线的计算必不可少，它可以表示机车的牵引性能，而牵引性能是机车最基本的特征参数。
动力系统的传动关系如图1所示，发动机1作为动力源通常有主输出轴和辅输出轴，辅输出轴连接风机等辅助设备2，主输出轴连接液力传动箱10输入端，液力传动箱10输出端连接机车轮轴6，液力传动箱10内部具有输入端齿轮副3、变矩器4及输出端齿轮副5，变矩器4内部具有泵轮41、导轮42及涡轮43，主输出轴通过输入端齿轮副3连接变矩器4的泵轮41，泵轮41带动变矩器内液体流动再通过导轮42带动变矩器4的涡轮43转动，涡轮43通过输出端齿轮副5将动力输出给机车轮轴6，其中导轮42固定在变矩器4内部。
目前，预期牵引曲线一般根据发动机机及液力传动箱的技术参数和机车本身特征参数的进行，如图2所示，具体步骤如下：
M1、根据发动机性能曲线，得到发动机扣除辅助功率后的净功率和发动机扭矩，并求出发动机的外特性曲线即转速与扭矩、功率的关系曲线；
M2、根据液力传动箱中的变矩器的无因次参数，得到泵轮在各转速比下的泵轮负荷抛物曲线；
M3、根据发动机的外特性曲线和泵轮负荷抛物曲线获得发动机与液力传动箱的共同输入特性点；
M4、根据共同输入特性点，获得液力传动装置涡轮输出特性曲线；
M5、根据输出特性曲线，结合机车参数，如车轴车轮箱档位、速比、效率及车轮直径等,获得预期牵引曲线。
采用手工实现以上过程，计算烦琐，工作量大，效率低；利用计算机程序实现以上过程，速度快，但是应用不太灵活，必须要输入程序所定义的参数，有些参数因液力传动装置的变矩器无因次参数难以获得而无法确定，导致程序计算无法进行。
从现有技术的以上步骤可以看出，无论手工计算还是程序计算均需要共同的参数即变矩器的无因次参数，针对某些液力传动装置，制造商为了保密，不提供变矩器的无因次参数及尺寸参数，给牵引曲线的计算带来了困难，如果变矩器的无因次参数无法获得，均没有办法获得液力传动机车预期牵引曲线，因此也就无法进行动力系统的配置。
发明内容
本发明提供一种液力传动机车牵引曲线的获得方法，用于克服现有技术中的缺陷，简化步骤，实现过程自动化。
本发明提供一种液力传动机车牵引曲线的获得方法，该方法包括以下步骤：
1）利用试验获得变矩器转速比i1、效率η、变扭比k及扭矩系数当量参数C；
2）根据发动机额定功率Ne和辅助设备消耗的功率Nf获得发动机的净输出功率Nc；
3）根据发动机净输出功率Nc和发动机额定转速nc获得发动机输出力矩Mc，并核实发动机输出力矩Mc是否超出液力传动箱最大输入力矩，发动机净输出功率Nc是否超出液力传动箱最大输入功率；
4）如果发动机输出力矩Mc超出液力传动箱最大输入力矩和/或发动机净输出功率Nc超出液力传动箱最大输入功率，则重新选定发动机，并重复上述步骤2）和步骤3）；如果发动机输出力矩Mc未超出液力传动箱最大输入力矩且发动机净输出功率Nc也未超出液力传动箱最大输入功率，则进行步骤5）；
5）根据发动机的额定转速nc和输入端齿轮副的传动比i2获得泵轮转速nb；
6）根据泵轮转速nb和变矩器扭矩系数当量参数C获得泵轮力矩Mb；
7）根据泵轮转速nb及变矩器传动比i1获得涡轮转速nt，根据泵轮力矩Mb及变矩器变扭比k获得涡轮力矩Mt，根据涡轮转速nt和涡轮力矩Mt获得涡轮功率Nt；
8）根据涡轮功率Nt、涡轮转速nt、输出齿轮副的传动比i3、变矩器效率η和车轮直径r获得轮轴牵引力F，根据涡轮功率Nt、输出齿轮副的传动比i3和车轮直径r获得机车速度V，根据轮轴牵引力F的值和机车速度V的值获得预期牵引曲线。
本发明提供的液力传动机车牵引曲线的获得方法，用试验数据代替变矩器无因次参数，通过简单的计算获得轮轴牵引力和机车速度，最终得到预期牵引曲线，本发明提供的技术方案相对现有技术，过程简洁，且每个步骤均利用现有确定的参数或试验数据，避开了利用无法得到的变矩器无因次参数获取预期牵引曲线。
附图说明
图1为动力系统的传动关系示意图；
图2为现有技术的流程图；
图3为本发明实施例提供的流程图
图4为本发明实施例提供的预期牵引曲线与现有技术中预期牵引曲线对比示意图。
具体实施方式
如图3所示，本发明实施例提供一种液力传动机车牵引曲线的获得方法，该方法包括以下步骤：
S 1、通过试验获得变矩器转速比i1、效率η、变扭比k及扭矩系数当量参数C；变矩器转速比i1、效率η、变扭比k均为常数，扭矩系数当量参数C是根据试验获得的一系列值；
S2、根据发动机额定功率Ne和辅助设备消耗的功率Nf获得发动机的净输出功率Nc；
S3、根据发动机净输出功率Nc和发动机额定转速nc获得发动机输出力矩Mc，并核实发动机输出力矩Mc是否超出液力传动箱最大输入力矩，发动机净输出功率Nc是否超出液力传动箱最大输入功率；
S4、如果发动机输出力矩Mc超出液力传动箱最大输入力矩和/或发动机净输出功率Nc超出液力传动箱最大输入功率，则重新选定发动机，并重复上述步骤2）和步骤3）；如果发动机输出力矩Mc未超出液力传动箱最大输入力矩且发动机净输出功率Nc也未超出液力传动箱最大输入功率，则进行步骤5）；
S5、根据发动机的额定转速nc和输入端齿轮副的传动比i2获得泵轮转速nb；
S6、根据泵轮转速nb和变矩器扭矩系数当量参数C获得泵轮力矩Mb；
S7、根据泵轮转速nb及变矩器传动比i1获得涡轮转速nt，根据泵轮力矩Mb及变矩器变扭比k获得涡轮力矩Mt，根据涡轮转速nt和涡轮力矩Mt获得涡轮功率Nt；
S8、根据涡轮功率Nt、涡轮转速nt、输出齿轮副的传动比i3、变矩器效率η和车轮直径r获得轮轴牵引力F，根据涡轮功率Nt、输出齿轮副的传动比i3和车轮直径r获得机车速度V，根据轮轴牵引力F的值和机车速度V的值获得预期牵引曲线。
本发明提供的液力传动机车牵引曲线的获得方法，用试验数据代替变矩器无因次参数，通过简单的计算获得轮轴牵引力和机车速度，最终得到预期牵引曲线，本发明提供的技术方案相对现有技术，过程简洁，且每个步骤均利用现有确定的参数或试验数据，避开了利用无法得到的变矩器无因次参数。
作为上述实施例的具体实现方式，步骤S2中若发动机辅助设备消耗的功率为Nf，则发动机净输出功率满足Nc=Ne-Nf。步骤S5中泵轮转速满足nb=i2nc。步骤S6中泵轮力矩满足Mb=Cnb 2。
步骤S3中发动机输出力矩满足
Figure BDA00002448290800041
步骤S7中涡轮转速满足nt=i1nb；涡轮力矩满足Mt=kMb；涡轮功率满足Nt=C1Mtnt。步骤S8中轮轴牵引力满足
Figure BDA00002448290800042
机车速度满足V=2πri3Nt。其中C1为常数。
本发明适用于液力传动装置的变矩器参数未知，尤其是扭矩系数无法测量的情况。由上述计算公式可以看出，本实施例提供的技术方案计算方便快捷，借助普通的办公软件就可快速计算，无须编制计算机程序；其次，无须知道液力变矩器的扭矩系数，只须得到扭矩系数当量参数C的值。其中C＝9.8μλd5，μ为变矩器中液体介质的密度，λ为变矩器的扭矩系数，d为变矩器的循环圆直径；因λ无法获得，本实施例中通过试验获得扭矩系数当量参数C来代替液力变矩器的扭矩系数。
获得扭矩系数当量参数C的步骤为：
11）将变矩器安装在试验台上；
12）向变矩器上施加阻力矩M’，使试验台输出恒定功率，测试变矩器输出转速n；
13）由获得扭矩系数当量参数C。
上述试验过程中通过向变矩器上施加一系列的阻力矩M’，测试得出变矩器对应的一系列输出转速n，从而获得对应的一系列扭矩系数当量参数C，再通过S6由Mb=Cnb 2获得一系列泵轮力矩，通过步骤S7由nt=i1nb获得一系列涡轮转速；由Mt=kMb获得一系列涡轮力矩；由Nt=C1Mtnt获得一系列涡轮功率；通过步骤S8由
Figure BDA00002448290800052
获得一系列轮轴牵引力；由V=2πri3Nt获得一系列机车速度，从而根据一系列的轮轴牵引力F和一系列与轮轴牵引力F对应的机车速度V值能够获得预期牵引曲线。
如图4所示，本技术方案得出的预期牵引曲线30与利用现有技术得出的预期牵引曲线20相比近似相同，且本发明的技术方案是利用纯代数的方法计算预期牵引曲线，可以根据实际情况，对快速计算公式进行调整，用简便的方法解决了现有技术中繁琐的预期牵引曲线计算步骤，并有足够的精度，能满足工程需要，简化了计算流程。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）通过试验获得变矩器转速比i1、效率η、变扭比k及扭矩系数当量参数C；
2）根据发动机额定功率Ne和辅助设备消耗的功率Nf获得发动机的净输出功率Nc；
3）根据发动机净输出功率Nc和发动机额定转速nc获得发动机输出力矩Mc，并核实发动机输出力矩Mc是否超出液力传动箱最大输入力矩，发动机净输出功率Nc是否超出液力传动箱最大输入功率；
4）如果发动机输出力矩Mc超出液力传动箱最大输入力矩和/或发动机净输出功率Nc超出液力传动箱最大输入功率，则重新选定发动机，并重复上述步骤2）和步骤3）；如果发动机输出力矩Mc未超出液力传动箱最大输入力矩且发动机净输出功率Nc也未超出液力传动箱最大输入功率，则进行步骤5）；
5）根据发动机的额定转速nc和输入端齿轮副的传动比i2获得泵轮转速nb；
6）根据泵轮转速nb和变矩器扭矩系数当量参数C获得泵轮力矩Mb；
7）根据泵轮转速nb及变矩器传动比i1获得涡轮转速nt，根据泵轮力矩Mb及变矩器变扭比k获得涡轮力矩Mt，根据涡轮转速nt和涡轮力矩Mt获得涡轮功率Nt；
8）根据涡轮功率Nt、涡轮转速nt、输出齿轮副的传动比i3、变矩器效率η和车轮直径r获得轮轴牵引力F；根据涡轮功率Nt、输出齿轮副的传动比i3和车轮直径r获得机车速度V；根据轮轴牵引力F的值与机车速度V的值获得预期牵引曲线。
2.根据权利要求1所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，获得扭矩系数当量参数C的步骤为：
11）将变矩器安装在试验台上；
12）向变矩器上施加阻力矩M’，使试验台输出恒定功率，测试变矩器输出转速n；
13）由获得扭矩系数当量参数C。
3.根据权利要求1或2所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，步骤2）中若发动机辅助设备消耗的功率为Nf，则发动机净输出功率满足Nc＝Ne-Nf。
4.根据权利要求1或2所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，步骤5）中泵轮转速满足nb=i2nc。
5.根据权利要求1或2所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，步骤6）中泵轮力矩满足Mb=Cnb 2。
6.根据权利要求1或2所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，步骤3）中发动机输出力矩满足
Figure FDA00002448290700022
其中C1为常数。
7.根据权利要求1或2所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，步骤7）中涡轮转速满足nt=i1nb；涡轮力矩满足Mt=kMb；涡轮功率满足Nt=C1Mtnt，其中C1为常数。
8.根据权利要求1或2所述的液力传动机车牵引曲线的获得方法，其特征在于，步骤8）中轮轴牵引力满足机车速度满足V=2πri3Nt，其中C1为常数。
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