大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。

基于变截面积流道的液力变矩器叶栅系统设计

流道截流面积分布对液力旋转机械的液力性能具有重要影响.为了减少扩散等液力损失,变矩器流道截面积分布通常采用等截面积分布的形式,但并未充分发挥截面积分布参数在流场调节和性能优化方面的优势.因此,文中研究提出了过流截面积表征模型,并建立了基于可变截面积分布的变矩器循环圆及叶栅设计系统,对变截面积流道的液力变矩器循环圆设计方法进行了研究.通过设计多组不同截面积分布的实例,采用DOE方法进行比较分析,进一步研究了叶轮截面积分布形式对变矩器性能的影响.同时,通过对不同叶轮的组合设计,获得了组合型性能优化的循环圆设计结果.实验结果表明,基于变截面积流道优化设计的变矩器泵轮转矩提升了18.5%,起动变矩比也提高了3.9%.说明基于变截面积分布的液力变矩器循环圆设计方法是一种有效的优化设计方法,能够在保持外形尺寸的同时提升变矩器性能.

冲焊型液力变矩器叶片回弹规律及抑制技术

冲压焊接型液力变矩器由于便于量产而被广泛应用于汽车,其是自动变速箱的核心部件.液力变矩器性能直接由叶片形状决定,由于叶片在冲压过程中存在回弹变形,因此针对叶片冲压回弹规律及其对性能的影响开展研究.首先利用有限元方法对冲压过程及回弹变形进行仿真,并采用流场数值模拟研究了不同回弹程度对变矩器外特性的影响规律,然后通过在叶片中间流线处开设拉延筋抑制叶片冲压起皱和回弹现象,最后制造叶片样件验证回弹抑制有效性,并通过液力变矩器样机试验验证流场数值模型计算精度.研究结果表明涡轮出口回弹对变矩器性能影响显著,最高效率和起动泵轮能容分别增大了0.067%、8.18%,起动变矩比减小了1.41%.样机实验验证表明冲压回弹仿真模型与计算流体动力学模型准确度高,其计算结果与实际结果吻合度较好,拉延筋结构可以较好的抑制叶片最大回弹偏差并改善回弹分布.

液力变矩器轴向力转速效应研究

液力变矩器是大功率履带车辆传动系统的核心部件,其轴向力是影响传动系统可靠性、承载能力的关键因素之一,且受转速影响明显.因此,文中利用计算流体力学模型及实验手段,建立了带内、外环泄漏区及进出口流道的液力变矩器轴向力仿真模型,研究了液力变矩器轴向力形成机理及其随转速变化规律,进行了轴向力测试并对仿真结果进行验证.研究结果表明,文中提出的轴向力预测模型对液力变矩器各叶轮轴向力的预测误差在10%以内,轴向力随着泵轮转速的升高而升高,随着速比的降低而升高,泵轮、涡轮的轴向力随叶轮转速变化主要受泵轮与涡轮背面在涡轮侧形成的流道以及叶轮内外环影响,而导轮轴向力随叶轮转速变化主要受导轮叶片影响.本研究为液力变矩器结构设计、寿命设计提供了准确的轴向力边界条件,同时,为轴向力抑制技术提供了可信的预测模型.

液力变矩器叶轮能容定向优化反设计方法

为提升液力变矩器性能的同时优化内部流场载荷分布,在对变矩器叶片设计过程中通过对泵轮动力载荷的合理设计,采用反设计方法并基于流场特性对变矩器能容性能进行定向设计,通过优化叶片形状增大液力元件的能容,同时改善流场平顺性。设计结果表明,反设计方法使泵轮能容提升了5.2%,同时内流场施加到叶表的载荷幅值下降了4.9%,反设计方法实现了泵轮能容的定向优化设计。

基于粒子图像测速技术的液力变矩器涡轮内流场测试与分析

液力变矩器是自动变速器的主要部件,其在乘用车、载重汽车、公共汽车和机车上的应用广泛。液力变矩器内部流动特性影响其外部性能,为了深入研究其内部流动特性,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对液力变矩器涡轮内流场进行试验研究。采用帧频为1 000帧/s的CCD高速相机,在不同工况下(输入与输出的转速比分别取0、0.3、0.5、0.7)采集不同粒子直径、不同粒子浓度下的流动图像,经过图像预处理,对连续两帧图像进行互相关计算,获得涡轮径向切面的速度场和涡量场。通过对流场分布结构和流动区域上复杂流动现象的对比分析,发现投入流场中粒子浓度越高(1 500mL蒸馏水中投入2.4 g粒子)、粒子直径越小(10μm)时,识别并提取流动区域上的流动参数越丰富,流速场和涡量场信息越可靠。液力变矩器内部高梯度流场分布结构和非均匀流速场分布导致出现多尺度涡旋和反向流等复杂流动现象,造成液力变矩器内部流动能量损耗,随转速比提高,涡轮流场结构趋于规律,能耗逐渐降低。该文试验测量与分析结果对于液力变矩器结构优化和性能提升提供了参考。

长短叶片离心泵正交试验研究

试验设计选择了短叶片进口直径、进口偏置角和出口偏置角3个因素,每因素取3个水平,按L9(33)正交试验方案,设计制作了9副长短叶片复合叶轮,并对其外特性进行试验研究,检测出9副叶轮的动力特性.试验结果表明:短叶片设置对泵扬程有一定的提高,但效率差异较大,当取短叶片进口直径0.4(D2-D1)+D1,进口偏置角10,°出口偏置角0°时,泵的性能有明显改善.

液力变矩器导轮流场数值模拟与试验

利用CFD分析软件对W305型液力变矩器的内部流场进行了仿真计算。采用混合平面理论处理旋转速度不同的各叶轮之间的相互作用。基于仿真计算结果,重点分析了导轮内流场的速度和压力分布情况,并将导轮内流场计算结果与试验结果进行了对比分析,结果表明流场计算结果具有较高的精度。

激光焊接在液力变矩器整机封焊的应用研究

针对工程车辆的液力变矩器使用传统保护焊进行整机的封焊工艺,存在着焊接后的热变形大、残余应力大、尺寸一致性差,容易造成其工作中的同轴度误差较大等问题,根据液力变矩器使用原理、内部结构及加工形式,分析对液力变矩器整机缝焊质量的要求,提出对液力变矩器整机进行激光焊接工艺,充分利用激光焊接的优势,配合现有辅助设备及工装,对焊接的轨迹规划,并对激光焊接的液力变矩器焊缝的强度进行了试验研究。结果表明,液力变矩器的整机封焊采用激光焊接工艺能有效解决目前工程液力变矩器的同轴度等问题。

逆向技术在叉车液力变矩器导轮设计的应用研究

为提升新型叉车液力变矩器的研发效率,对叉车液力变矩器导轮逆向工程及3D打印技术进行了研究。通过光学扫描软件对液力变矩器导轮结构进行扫描和建模,并逆向成技术图纸,再通过金属3D打印技术快速增材制造,最后对导轮进行了工作性能试验研究。结果表明,本研究制作的导轮能完全满足加工技术要求和实际性能需求,逆向工程配合金属3D打印技术在叉车液力变矩器设计制造中具有明显优势。

基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.

离心泵偏置短叶片叶轮内部流动的粒子图像速度测量

对三副短叶片不同偏置的低比转数复合叶轮离心泵,应用粒子图像速度仪分别测试大流量、设计流量和小流量三种工况下长短叶片叶轮同一叶槽内的瞬时流场。分析叶槽内相对速度矢量、速度等值线的特征,揭示短叶片不同偏置时的速度分布规律。研究三副长短叶片复合叶轮出口处径向速度、切向速度、相对速度和相对液流角沿圆周的分布,测得与三副叶轮相对应的泵外特性曲线。测量结果表明,分流短叶片不同偏置对叶槽内流场的影响差异明显,当短叶片进口相对出口向压力面偏转时,叶轮出口相对速度分布很不均匀,短叶片工作面出口存在较大的低速区;与之相反,当短叶片进口相对出口向吸力面偏转时,叶轮出口速度分布较均匀,并且泵的扬程与流量曲线明显右移,大流量时,效率显著提高。

液力变矩器泵轮内部流动PIV测试与分析

为了能够设计出性能优良的液力变矩器,合理利用内部流动规律来提高效率,更好地分析其内部流动情况,利用有机玻璃来制作液力变矩器的模型,进而增加模型的透明性,实现液力变矩器泵轮内部流动的可视化,采用激光粒子测速技术(particle image velocimetry,PIV)对液力变矩器泵轮内部流场进行测试.针对不同工况下的液力变矩器泵轮内部流场进行试验,采集了其内部流场在制动工况(i=0)、牵引工况(i=i*)和空载工况(i=1)的径向和轴向的流动二维图像,并作了定性分析.结果表明:通过采集的图像可清晰地看到代表液流流动的示踪粒子的速度大小和方向;利用PIV测试技术测量液力变矩器内部流场是可行的.

液力变矩器的动态特性和动力学模型研究

以三元件向心涡轮液力变矩器为研究对象 ,根据牛顿定律 ,建立了非稳定工况下的动力学模型和数学模型。根据液力变矩器的工作特点 ,得到 2种简化的数学模型 ,据此进行仿真计算。进行了液力变矩器动态特性试验 ,得到了动态原始特性。仿真结果和试验结果对比表明 ,所建模型具有足够精度 ,通过对动态和静态原始特性对比分析 ,表明在一定的转速变化范围内 ,可用静态原始特性代替动态原始特性。

基于Fluent的液力变矩器内流场数值计算

为了找出影响液力变矩器传动效率的原因,为进一步改善变矩器的性能和设计制造水平提供理论依据,通过Fluent对变矩器内流场进行数值模拟。采用分离求解器,绝对速度方程,标准k-ε模型,标准壁面函数,二阶迎风离散格式,SIMPLE算法,压力进口和压力出口,并使用混合平面模型。通过数值计算,得到了不同工况下内流场的分布情况,并计算出变矩器的原始特性,最后将计算结果与实验结果对比,最大误差不超过5%,证明了三维计算的正确性。

液力变矩器三维瞬态流场计算

液力变矩器内部流动为极其复杂的三维湍流流动,目前其计算多简化为稳态,稳态计算不能计算出瞬态特性,只有三维瞬态流动计算才能比较正确的预测流体的真实流动。在液力变矩器瞬态流场特性分析基础上,建立旋转坐标系下控制方程,采用数值模拟的方法对液力变矩器瞬态控制方程进行计算。计算中建立液力变矩器各叶轮全流道模型,利用多流动区域耦合算法中滑动网格法实现叶轮间流动参数的实时传递。计算中综合考虑稳定性、准确性和经济性,压力速度耦合算法采用SIMPLE算法、空间离散格式为一阶上游迎风格式,湍流模型选为RNGk-ε模型,实现了液力变矩器湍流流动的瞬态计算。深入分析液力变矩器瞬态流场数值解以更好了解瞬态流动特性,并分析其产生原因,以进行液力变矩器性能的改善和优化设计。基于变矩器流场瞬态计算得到其外部性能,与试验对比后发现误差较小,说明采用的瞬态流场数值计算方法是正确有效的。

基于三维流场计算的液力变矩器特性预测方法

为了改进液力变矩器特性计算方法,应用CFD软件对液力变矩器内流场进行数值计算,根据得到的内流场速度与压力信息,计算液力变矩器叶轮转矩,得到变矩器性能参数,从而预测所设计变矩器性能.为验证性能预测准确性,将W350液力变矩器基于三维流动数值解的性能计算结果与试验结果进行对比、分析,二者在数值上有良好的吻合,表明基于三维流场数值解的液力变矩器特性预测方法比传统的一维束流理论预测精确度更高,可以应用于工程实际.

基于二次函数环量分配的液力变矩器叶片设计方法

提出了基于二次函数环量分配的液力变矩器叶片设计方法,并给出了应用实例。计算液力变矩器流道过流断面面积及建立三维实体模型后,与传统的等环量分配叶片设计法相比,在同等叶片加厚条件下,新方法设计出的叶形更合理,流道过流面积变化更为平缓。应用CFD软件计算了用2种方法设计叶片的液力变矩器的三维流场,基于三维流场数值解计算出液力变矩器的特性,并与传统设计方法设计的变矩器特性进行了对比分析。

液力变矩器液压系统设计与动态特性仿真

设计了液力变矩器液压系统。通过理论算法设计出各个阀体的结构尺寸。采用ITI-SimulationX仿真软件建立了某液力变矩器液压系统动态仿真模型。对液压系统的动态特性进行了仿真分析,并把仿真分析结果与试验测试结果进行了对比。结果表明,仿真模型能够较好地与试验测试结果吻合。分析了液力变矩器液压系统压力和流量的仿真结果,以及液压系统不同结构参数对系统动态特性的影响。

液力变矩器叶片流固耦合强度分析

在高功率密度液力变矩器的设计过程中,为解决在泵轮转速大幅提高时带来的叶片强度问题,基于流固耦合分析技术(FSI),将某型液力变矩器的流场分析与强度分析相结合,提出其一般分析方法和流程.通过计算流体动力学和有限元数值模拟,实现了叶片强度较为准确的预测,确定了叶片的应力分布和变形情况,为高功率密度液力变矩器叶栅系统的工程设计提供了理论依据。