双涡轮液力变矩器特性计算方法研究

　　一 前言

　　双涡轮液力变矩器是一种典型的多向液力变矩器，可以实现功率的内部分流。它的两级涡轮分别与不同传动速比的两对齿轮或者行星轮系的齿圈和行星架相连，从而实现转矩的输出。图1为一种双涡轮液力变矩器的经典结构。轴流涡轮通过齿轮和齿轮与输出轴相连，而向心涡轮则通过齿轮和齿轮和输出轴相连。当变矩器在低转速比工况下工作时，离合器M楔紧，两级涡轮共同工作，同时输出扭矩，并且以一定速比锁止。因此在此工作区间，变矩器可以获得较高的启动变矩系数、更大的输出扭矩以及较高的工作效率。在高转速比工况下，离合器 M会脱开，轴流涡轮空转，不参与扭矩输出，此时只有向心涡轮单独工作，因此双涡轮变矩器可以看作普通的单涡轮变矩器，从而在具有较高的效率的同时，在整个速比范围内可以获得较宽的高效工作区。同时，双涡轮变矩器可以获得宽广平滑的转矩特性，能够充分利用发动机的功率。此外，双涡轮变矩器的两段工作速比区域使得其随着外负载的变化而自动变速时相当于具有两档速度，进而可使变速箱的档位数减半，大大简化了其结构和操纵。因此基于上述原理，目前双涡轮液力变矩器在我国被广泛应用于ZL30~ZL50轮式装载机上。

　　二 计算方法

　　事实上，双涡轮液力变矩器的特性计算方法多种多样，没有一种固定的模式，但是它们却都是建立在能量平衡的基础上，这也是液力变矩器工作原理和设计计算的根本。能量平衡方程式的无因次表达形式如下。

　　过去曾经有文章讨论过在不涉及叶片角度β的情况下，计算双涡轮变矩器无因次特性的方法。可以说这是一种有益的尝试，但是这种方法比较繁琐，需要先通过计算特性曲线，进行参数优选，然后再反过来求取各个叶片的角度，进行叶型设计，最后校核能量平衡方程。这样就会出现设计出来的变矩器参数无法满足能量平衡方程式的潜在可能，也就导致了设计者还需要进行新一轮的参数优选。

　　然而在当前的实际工程应用中，设计者通常首先获得变矩器的预期性能指标，即K₀、M_Bg以及η_max等参数，然后以现有的变矩器叶栅作为基础，参考它的相关几何参数或利用相似原理，经过相应的修改，从而得到新型变矩器的叶栅系统，最后以能量平衡方程作为过渡环节，计算出变矩器的特性曲线。更重要的是，考虑到叶片角度对于液力变矩器特性参数的影响，在这种方法中，各个叶片的进出口角度β始终参与其中，使得整个计算过程更加直观。尤其在计算机程序的辅助下，当计算出来的特性曲线能满足要求的时候，设计者一般只需要根据叶片角度对特性影响的规律修改相应的叶片角度，就可以更快速地得到变矩器的特性参数和性能曲线。这样可以节省大量时间，使叶栅系统的设计更加快捷方便，提高了工作效率。