CN114294395A

CN114294395A - 一种高效向心涡轮式液力变矩器

Info

Publication number: CN114294395A
Application number: CN202111134117.5A
Authority: CN
Inventors: 周康; 黄建华; 詹东安; 吕昌
Original assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd; Jiangsu Advanced Construction Machinery Innovation Center Ltd
Current assignee: Jiangsu XCMG Construction Machinery Institute Co Ltd; Jiangsu Advanced Construction Machinery Innovation Center Ltd
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明公开了一种高效向心涡轮式液力变矩器，采用贝塞尔曲线分别对液力变矩器的泵轮、涡轮、导轮的叶片内、外环骨线与厚度分布进行参数化设计，对叶片骨线与厚度、叶片数等设计参数进行DOE试验设计并利用流体仿真软件进行三维仿真计算，对计算结果进行响应曲面分析、构建优化模型，获得一种高效向心涡轮式液力变矩器。具有大牵引力、高效率、宽高效区间等优点，可广泛适用于不同类型的工程机械、农业机械等产品。

Description

一种高效向心涡轮式液力变矩器

技术领域

本发明涉及液力传动机械领域，具体为一种高效向心涡轮式液力变矩器。

背景技术

液力变矩器以其具有无级变矩变速、自动适应性、振动冲击小等优良特性广泛应用于工程机械、农业机械、汽车等设备的传动装置中。反映液力变矩器性能特征的技术参数主要包括起动变矩比、起动泵轮扭矩、最高效率以及高效区间等。不同的机械产品具有各自特殊的工况特性，如平地机在各档位都较常使用，这就要求液力变矩器具有较宽的高效区间以提高燃油经济性，装载机一般低档位使用工况较多，要求具备大牵引力与低速工况高效率。

液力变矩器的传统设计方法为基于一维束流理论或环量分配法的半经验式设计方法，设计出来的液力变矩器产品在性能表现与加工工艺上往往存在不足，需要大量的试验进行验证与迭代。近年来，已逐步发展出新一代的液力变矩器全参数化设计方法，结合流体仿真软件、优化算法软件实现全流程自驱动优化设计，对于液力变矩器的性能提升与缩短研发周期有很大的促进。

专利CN103277481B提供了一种单涡轮液力变矩器，为解决现有单涡轮液力变矩器失速工况的公称转矩高、变矩比小、最高效率低的缺点，提供了一种单涡轮液力变矩器。

专利CN103899727B提供了一种大吨位装载机用液力变矩器，通过对涡轮、泵轮、导轮的设计，使整机不仅能获得大牵引力、实现高效率铲装，而且燃油成本低。

专利CN103277481B采用传统设计方法设计的单涡轮液力变矩器，存在高效区间窄，低速比工况效率低等问题。专利CN103899727B提供的变矩器最高效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高效向心涡轮式液力变矩器，显著提升最高效率值和高效区间。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种高效向心涡轮式液力变矩器，包括若干片泵轮叶片、涡轮叶片和导轮叶片，其特征在于，泵轮叶片的参数为：

表中m1’表示泵轮叶片内环归一化子午坐标系下叶片的位置，m2’表示泵轮叶片外环归一化子午坐标系下叶片的位置；θ1表示泵轮叶片内环转过的角度，θ2表示泵轮叶片外环转过的角度；h1表示泵轮叶片内环厚度，h2表示泵轮叶片外环厚度；

涡轮叶片的参数为：

表中m3’表示涡轮叶片内环归一化子午坐标系下叶片的位置，m4’表示涡轮叶片外环归一化子午坐标系下叶片的位置；θ3表示涡轮叶片内环转过的角度，θ3表示涡轮叶片外环转过的角度；h3表示涡轮叶片内环厚度，h4表示涡轮叶片外环厚度；

导轮叶片的参数为：

表中m5’表示导轮叶片内环归一化子午坐标系下叶片的位置，m6’表示导轮叶片外环归一化子午坐标系下叶片的位置；θ5表示导轮叶片内环转过的角度，θ6表示导轮叶片外环转过的角度；h5表示导轮叶片内环厚度，h6表示导轮叶片外环厚度。

进一步地，所述泵轮叶片数量为22～30片。

进一步地，所述涡轮叶片数量为14～22片。

进一步地，所述导轮叶片数量为11～16片。

进一步地，泵轮叶片的参数为：

进一步地，涡轮叶片的参数为：

进一步地，导轮叶片的参数为：

进一步地，所述泵轮叶片数量为29片。

进一步地，所述涡轮叶片数量为19片。

进一步地，所述导轮叶片数量为14片。

本发明具备的有益效果：

本发明采用贝塞尔曲线分别对液力变矩器的泵轮、涡轮、导轮的叶片内、外环骨线与厚度分布进行参数化设计，对叶片骨线与厚度、叶片数等设计参数进行DOE试验设计并利用流体仿真软件进行三维仿真计算，对计算结果进行响应曲面分析、构建优化模型，获得一种高效向心涡轮式液力变矩器。

附图说明

图1本发明液力变矩器叶片三维示意图；

图2本发明子午面坐标系示意图；

图3本发明叶片型线二维展开示意图；

图4本发明优化设计的泵轮内环二维型线示意图；

图5本发明优化设计的泵轮外环二维型线示意图；

图6本发明优化设计的涡轮内环二维型线示意图；

图7本发明优化设计的涡轮外环二维型线示意图；

图8本发明优化设计的导轮内环二维型线示意图；

图9本发明优化设计的导轮外环二维型线示意图；

图10本发明与现有变矩器性能参数对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，液力变矩器三维叶片由内环面与外环面采用直纹面进行构造，通过设计叶片的内环面、外环面并将二者叠加即可获得三维叶片。三维叶片坐标采用柱坐标系进行表达，叶片上子午线上任一点P坐标可表达为(R,Z,θ)。如图2所示，在子午平面R-Z坐标系内，存在以下关系：

式中，m为子午坐标系下的坐标，s为指定子午线的长度，m′为采用R归一化的子午坐标系下坐标。

通过公式(1)～(4)可建立子午坐标系下叶片(R,Z)与m′的关系，三维叶片(R,Z,θ)可转化为二维展开叶形(m′，θ)，通过公式(4)计算出泵轮叶片内环归一化子午坐标系下叶片的位置m1’、泵轮叶片外环归一化子午坐标系下叶片的位置m2’、涡轮叶片内环归一化子午坐标系下叶片的位置m3’、涡轮叶片外环归一化子午坐标系下叶片的位置m4’、导轮叶片内环归一化子午坐标系下叶片的位置m5’和导轮叶片外环归一化子午坐标系下叶片的位置m6’。如图所3示。叶片内环面或外环面由一条表征叶片走势的骨线与表征叶片厚度的厚度曲线叠加而成，通过设计叶片骨线与叶片厚度曲线，并将二者以一定方式叠加即可获得叶片环面。

具体地，本发明的一种高效向心涡轮式液力变矩器，包括首尾间隙配合的泵轮、涡轮、导轮组成的叶栅系统，液力变矩器循环圆直径D为370±5mm；所述的叶栅系统泵轮叶片数量为22～30片，涡轮叶片数量为14～22片，导轮叶片数量为11～16片；采用骨线参数与厚度参数分别表达各叶轮内外环二维展开叶形。

泵轮叶片的参数为：

涡轮叶片的参数为：

导轮叶片的参数为：

如图4-9所示，作为优选方案，循环圆直径为370mm，叶栅系统泵轮叶片数量为29片，涡轮叶片数量为19片，导轮叶片数量为14片。

泵轮叶片的优选参数为：

涡轮叶片的优选参数为：

导轮叶片的优选参数为：

在发动机转速1800rpm时，其失速工况下变矩比为2.45～2.69，失速工况下泵轮公称转矩为380～420Nm，最高效率值大于89％，高效区间大于2。

本发明提供一种基于全参数化设计方法优化设计的高效向心涡轮式液力变矩器，具有大牵引力、高效率、宽高效区间等优点，可广泛适用于不同类型的工程机械、农业机械等产品。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。