液力变矩器部分充液特性研究及应用

　　液力变矩器具有能容大、寿命长、可实现无级变速和自适应性强等特点, 主要用于各种车辆及工程机械( 如装载机 、推土机、坦克、内燃机车、各种汽车等) 的传动装置。液力变矩器一般由泵轮、涡轮和导轮组成。其中的泵轮一般与飞轮连成一体, 再与发动机曲轴相连, 涡轮经涡轮轴输出动力, 导轮则固定不动。由于固定不动的导轮改变了涡轮输出转矩的大小和方向, 所以可以实现变矩的功能。一般变矩器在部分充液时的输出特性比较差, 效率低, 因而通常液力变矩器在全充液量条件下工作。但是在某些场合下, 应用变矩器的部分充液特性可以实现某些特殊的工况要求, 所以这一课题的研究对于液力机械应用领域的拓展有着重要的意义。

　　1 变矩器部分充液工作原理

　　对于液力变矩器的变充液量调节, 采用如图 1所示结构来实现, 这里使用了离心涡轮变矩器, 工作腔中循环液流的流动方向为 B (泵轮)→T( 涡轮)→D1( 第一导轮) →D2( 第二导轮) 。通过调节节流阀1 的开度来达到调节变矩器充液量的目的。

　　当液力变矩器处于部分充液工作状态时, 其循环圆芯处存在一个空气环, 因此, 变矩器腔体内将会出现一个压力为零的自由表面, 此时液力变矩器排油口处压力 P₀与涡轮出口液流速度和液环厚度 h有关。在同一工况下, 液环厚度越厚, P₀越高。当节流开度( 流通面积 A) 减小时, 经节流阀排出的流量减少, 低于液压泵泵入液力变矩器内的流量而打破流量平衡, 液力变矩器供油的进口流量大于出口流量,因此液力变矩器腔内的充液量开始增加, 液环逐渐加厚, 压力 P₀随着增高, 流经节流阀排出的流量也随着逐渐加大。当达到与液压泵泵入液力变矩器内的流量相等时, 即达到新的平衡, 充液量不再变化;反之节流阀开度增大时, 充液量就减小。所以调节节流阀的开度就可以改变变矩器的充液量, 达到调节变矩器的输出特性的目的。

　　2 变矩器部分充液数学模型的建立

　　基于变矩器腔内流体等厚分布的假设, 得到充液厚度方程:

　　部分充液状态下, 调节出口节流阀开度 A₁, 系统经过一段动态过程后达到一个新的平衡状态,此时的出口流量势必与进口流量相等, 可以得到出口节流阀开度 A₁与出口压力 P_o的静态关系:

　　将式( 2) 代入( 1) 中得到:

　　以上各式中: q 为循环流量, C₁为流量系数, Vm为轴面速度。每一个充液厚度 h 都对应一个不同的部分充液状态, 而充液厚度 h 的变化将会使得叶片实际进出口宽度发生变化, 从而使得叶轮进出口实际过流面积 A_m发生变化, 这与全充液状态是有很大不同的。