CN113503352A - 一种工程机械液力变矩器泵轮结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工程机械液力变矩器泵轮结构，包括同心设置的内环和外环以及连接在内环与外环之间的叶栅，内环与外环之间形成循环圆腔，叶栅包括周向均匀排列的n个叶片，26≤n≤30，n为整数，相邻叶片之间形成具有进口和出口的液流通道，循环圆腔由任意径向面切得的切面大致呈扇环形状，通过对叶片的各个参数进行重新设计，使得整个循环圆腔大致呈盆状，采用空间流线结构，减少冲击损失；整个叶片的投影落在叶片外环端的端面内，便于拔模，提高叶片制造精度；相对于现有的成熟产品，该液力变矩器仅修改泵轮叶栅即可满足整机要求，零部件通用化程度高，节省模具投入。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械液力变矩器技术领域，特别是涉及一种工程机械液力变矩器泵轮结构。
背景技术
液力变矩器工作时，由发动机带动泵轮旋转，并将发动机的力矩施加于泵轮。泵轮旋转时，泵轮内的叶片带动工作液体一起做牵连的圆周运动，并迫使液体沿叶片间通道做相对运动。工作液体经泵轮叶片的作用，在离开泵轮时，获得一定的动能和压能，从而实现了将发动机的机械能转变为液体的液能。
在叶片参数中，对液力变矩器性能影响较明显的技术参数是叶片的进出口角度。若液力变矩器各个工作轮叶片角制造误差较大，会造成进出口无冲击工况的偏移，从而导致液力变矩器性能恶化，影响整机性能。在叶片进出口角度中，改变泵轮进出口角对设计工况值的影响，比改变涡轮和导轮的参数对设计的影响要大。随着泵轮叶片出口角的增大，失速工况变矩比将增大，泵轮转矩系数和最高效率则会降低；随着泵轮叶片进口角的增大，失速变矩比将减小，而液力变矩器的效率则会有所改善。
针对9吨装载机全新研发的前四后四多挡箱使用循环圆直径为370mm的液力变矩器，目前所用液力变矩器失速工况变矩比为2.28、泵轮扭矩280N·m，液力变矩器最高效率仅为82%，匹配后最大牵引力及最高车速可以达到使用需求，但经济性较差。为了提高装载机经济性表现，亟待对液力变矩器进行优化设计。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其中的内环和外环采用分段圆弧结构，保证液流流动的均匀性；叶片结构便于拔模，提高叶片制造精度，能够满足整机要求，零部件通用化程度高，节省模具投入。
一种工程机械液力变矩器泵轮结构，包括同心设置的内环和外环以及连接在所述内环与所述外环之间的叶栅，所述内环与所述外环之间形成循环圆腔，所述叶栅包括周向均匀排列的n个叶片，26≤n≤30，n为整数，相邻所述叶片之间形成具有进口和出口的液流通道，所述循环圆腔由任意径向面切得的切面大致呈扇环形状，所述外环的面向所述内环的一侧具有凹进的外环内弧面，所述外环内弧面由任意径向面切得的线为内弧线，所述内弧线由第一段和第二段连接构成，所述第一段为对应的半径为67.5mm的圆弧线，所述第二段为对应的半径为57.2mm的圆弧线，所述内环的面向所述外环的一侧具有拱起的内环外弧面，所述内环外弧面由任意径向面切得的线为外弧线，所述外弧线由第三段和第四段连接构成，所述第三段为对应的半径为41.4mm的圆弧线，所述第四段为对应的半径为29.3mm的圆弧线，所述叶片具有与所述外环内弧面相连接的叶片外环端、与所述内环外弧面相连接的叶片内环端。
可选地，所述循环圆腔呈无底部的盆状。
可选地，所述叶片内环端对应所述进口一侧的弧形半径为113mm、进口角为105°±5°，所述叶片内环端对应所述出口一侧的弧形半径为165mm、出口角为60°±2°，所述叶片内环端的流线长度为74.9mm，所述叶片内环端的进口厚度为2.37mm±1mm、出口厚度为1.55mm±1mm。
可选地，所述叶片外环端对应所述进口一侧的弧形半径为85mm、进口角为96°±5°，所述叶片外环端对应所述出口一侧的弧形半径为185mm、出口角为57°±2°，所述叶片外环端的流线长度为140.5mm，所述叶片外环端的进口厚度为2.54mm±1mm、出口厚度为3.14mm±1mm。
可选地，所述第一段对应的圆心与所述第二段对应的圆心在沿该泵轮的轴心线的方向上偏移6mm。
可选地，所述第三段对应的圆心与所述第四段对应的圆心在沿该泵轮的轴心线的方向上偏移6mm。
可选地，所述叶片在所述叶片外环端所在的面上的投影落在所述叶片外环端的端面内。
可选地，所述叶片的对应所述进口一侧的边缘形成以厚度为直径的半圆弧边，所述叶片的对应所述出口一侧的边缘形成以厚度为直径的半圆弧边。
可选地，所述内环、所述外环与所述叶栅为铝合金一体成型结构。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明的工程机械液力变矩器泵轮的循环圆腔的径向切面呈扇环形状，且整个循环圆腔呈盆状，采用空间流线结构，减少冲击损失；整个叶片的投影落在叶片外环端的端面内，便于拔模，提高叶片制造精度；相对于现有的成熟产品，该液力变矩器仅修改泵轮叶栅即可满足整机要求，零部件通用化程度高，节省模具投入。
附图说明
图1为本发明的工程机械液力变矩器泵轮的结构示意图；
图2为本发明的工程机械液力变矩器泵轮的轴向剖视图；
图3为本发明的工程机械液力变矩器泵轮的循环圆腔的尺寸图（单位为mm）；
图4为本发明的工程机械液力变矩器泵轮中的叶片的结构示意图一；
图5为本发明的工程机械液力变矩器泵轮中的叶片的结构示意图二；
图6为泵轮沿设计流线剖面的展开图。
附图中：1-外环，11-外环内弧面，111-第一段，112-第二段，
2-内环，21-内环外弧面，211-第三段，212-第四段，
3-叶片，31-叶片外环端，32-叶片内环端；
说明：图2和图3中的弧形箭头的方向表示液流流动方向。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
如图1和图2所示，一种工程机械液力变矩器泵轮结构，包括同心设置的内环2和外环1以及连接在所述内环2与所述外环1之间的叶栅，所述内环2与所述外环1之间形成循环圆腔，所述叶栅包括周向均匀排列的n个叶片3，n为28，相邻所述叶片3之间形成具有进口和出口的液流通道，所述循环圆腔由任意径向面切得的切面大致呈扇环形状，所述外环1的面向所述内环2的一侧具有凹进的外环内弧面11，所述外环内弧面11由任意径向面切得的线为内弧线，所述内弧线由第一段111和第二段112连接构成，所述第一段111为对应的半径为67.5mm的圆弧线，所述第二段112为对应的半径为57.2mm的圆弧线，所述内环2的面向所述外环1的一侧具有拱起的内环外弧面21，所述内环外弧面21由任意径向面切得的线为外弧线，所述外弧线由第三段211和第四段212连接构成，所述第三段211为对应的半径为41.4mm的圆弧线，所述第四段212为对应的半径为29.3mm的圆弧线，所述叶片3具有与所述外环内弧面11相连接的叶片外环端31、与所述内环外弧面21相连接的叶片内环端32。
在一些实施例中，26≤n≤30，n为整数，这些数量的叶片3均能够达到本实施例的设计需要和技术效果。
如图3所示，所述循环圆腔呈无底部的盆状，液流从盆状的底部中心向外周发散流出，所述叶片内环端32对应所述进口一侧的弧形半径为113mm、进口角为105°，所述叶片内环端32对应所述出口一侧的弧形半径为165mm、出口角为60°，所述叶片内环端32的流线长度为74.9mm，所述叶片内环端32的进口厚度为2.37mm、出口厚度为1.55mm；所述叶片外环端31对应所述进口一侧的弧形半径为85mm、进口角为96°，所述叶片外环端31对应所述出口一侧的弧形半径为185mm、出口角为57°，所述叶片外环端31的流线长度为140.5mm，所述叶片外环端31的进口厚度为2.54mm、出口厚度为3.14mm。参照图6，其中：βn1为进口角，βn2为出口角，Rn1为进口半径，Rn2为出口半径，δn1是进口厚度，δn2是出口厚度，同时，所述第一段111对应的圆心与所述第二段112对应的圆心在沿该泵轮的轴心线的方向上偏移6mm，所述第三段211对应的圆心与所述第四段212对应的圆心在沿该泵轮的轴心线的方向上偏移6mm。
在一些实施例中，将两个进口角度范围控制在±5°、两个出口角度范围控制在±2°、叶片3两侧对应进口侧和出口侧的厚度范围控制在±1mm，均能够达到本技术方案的设计需求和技术效果。
如图4和图5所示，所述叶片3在所述叶片外环端31所在的面上的投影落在所述叶片外环端31的端面内，即叶片内环端32至叶片外环端31之间流线过渡，制造时便于采用叶片3拔模的整体型芯，提高叶片3的制造精度，同时，减少液流流线的变化，减少流道堵塞和涡流损失，提高效率；叶片3进出口以叶片3厚度为直径采用圆弧光滑过渡；所述叶片3的对应所述进口一侧的边缘形成以厚度为直径的半圆弧边，所述叶片3的对应所述出口一侧的边缘形成以厚度为直径的半圆弧边。
更佳地，本实施例中的所述内环2、所述外环1与所述叶栅为铝合金一体成型结构。
为使主机达到最佳的匹配效果，结合装载机实际使用工况，在某370mm循环圆变矩器基础上，通过优化泵轮叶栅结构得到一款变矩器，经过台架验证，优化后的变矩器满足主机使用需求。该液力变矩器泵轮内环2和外环1采用分段圆弧结构，保证液流流动的均匀性；泵轮叶片3采用空间流线结构，减少冲击损失。
本实施例的液力变矩器原始特性参数表如下。
| i | K | Mbg（Nm） | η |
| 0.000 | 2.508 | 235.770 | 0% |
| 0.100 | 2.313 | 233.350 | 23% |
| 0.200 | 2.119 | 224.920 | 42% |
| 0.300 | 1.906 | 218.970 | 57% |
| 0.400 | 1.705 | 209.330 | 68% |
| 0.500 | 1.535 | 196.060 | 77% |
| 0.600 | 1.366 | 179.660 | 82% |
| 0.700 | 1.210 | 160.500 | 85% |
| 0.800 | 1.038 | 137.760 | 83% |
| 0.900 | 0.861 | 100.180 | 77% |
| 1.000 | 0.424 | 31.150 | 42% |
优化后的液力变矩器，失速工况变矩比相对于原型提高了10%,泵轮扭矩降低15.8%,最高效率达到85%，高效区范围接近2，液力变矩器特性近似于正透穿。装载机铲装作业时液力变矩器主要工作在低速比区间，此时外部载荷变化剧烈，液力变矩器的正透传特性可通过调节涡轮转速自动适应载荷变化，避免频繁换挡；经过整车试验测试，优化后的液力变矩器可满足整机动力性要求，且V型作业循环油耗降低5%。
与现有技术相比，本实施例的工程机械液力变矩器泵轮的优点在于：
本设计的工程机械液力变矩器泵轮的循环圆腔的径向切面呈扇环形状，且整个循环圆腔呈盆状，采用空间流线结构，减少冲击损失；整个叶片的投影落在叶片外环端的端面内，便于拔模，提高叶片制造精度；相对于现有的成熟产品，该液力变矩器仅修改泵轮叶栅即可满足整机要求，零部件通用化程度高，节省模具投入。
以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，包括同心设置的内环和外环以及连接在所述内环与所述外环之间的叶栅，所述内环与所述外环之间形成循环圆腔，所述叶栅包括周向均匀排列的n个叶片，26≤n≤30，n为整数，相邻所述叶片之间形成具有进口和出口的液流通道，
所述循环圆腔由任意径向面切得的切面大致呈扇环形状，
所述外环的面向所述内环的一侧具有凹进的外环内弧面，所述外环内弧面由任意径向面切得的线为内弧线，所述内弧线由第一段和第二段连接构成，所述第一段为对应的半径为67.5mm的圆弧线，所述第二段为对应的半径为57.2mm的圆弧线，
所述内环的面向所述外环的一侧具有拱起的内环外弧面，所述内环外弧面由任意径向面切得的线为外弧线，所述外弧线由第三段和第四段连接构成，所述第三段为对应的半径为41.4mm的圆弧线，所述第四段为对应的半径为29.3mm的圆弧线，
所述叶片具有与所述外环内弧面相连接的叶片外环端、与所述内环外弧面相连接的叶片内环端。
2.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述循环圆腔呈无底部的盆状。
3.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述叶片内环端对应所述进口一侧的弧形半径为113mm、进口角为105°±5°，所述叶片内环端对应所述出口一侧的弧形半径为165mm、出口角为60°±2°，所述叶片内环端的流线长度为74.9mm，所述叶片内环端的进口厚度为2.37mm±1mm、出口厚度为1.55mm±1mm。
4.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述叶片外环端对应所述进口一侧的弧形半径为85mm、进口角为96°±5°，所述叶片外环端对应所述出口一侧的弧形半径为185mm、出口角为57°±2°，所述叶片外环端的流线长度为140.5mm，所述叶片外环端的进口厚度为2.54mm±1mm、出口厚度为3.14mm±1mm。
5.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述第一段对应的圆心与所述第二段对应的圆心在沿该泵轮的轴心线的方向上偏移6mm。
6.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述第三段对应的圆心与所述第四段对应的圆心在沿该泵轮的轴心线的方向上偏移6mm。
7.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述叶片在所述叶片外环端所在的面上的投影落在所述叶片外环端的端面内。
8.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述叶片的对应所述进口一侧的边缘形成以厚度为直径的半圆弧边，所述叶片的对应所述出口一侧的边缘形成以厚度为直径的半圆弧边。
9.如权利要求1所述的一种工程机械液力变矩器泵轮结构，其特征在于，所述内环、所述外环与所述叶栅为铝合金一体成型结构。
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