面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略

针对工程机械在复杂工况下能源利用率不高的问题,提出了一种液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略。首先,在装载机功率与力学平衡的基础上,构造了基于牵引性能理论的装载机动力传动系统仿真平台,并通过装载机循环工况采集到的实验数据验证了其有效性和可靠性;其次,基于发动机与液力变矩器台架实验,研究了ZL50型装载机的牵引特性,对比了其在起步、举升、铲掘、匀速4种不同牵引阶段的动力性能,分析了液力变矩器的闭锁点对装载机动力性、平顺性和经济性的影响;最后,提出了面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略,并对优化前后的装载机效能进行了对比分析。研究结果表明:在相同的V型循环工况下,采用所提出的控制策略,装载机等油耗输出能量从372.69 kW·h·mL^(-1)提高到420.51 kW·h·mL^(-1),整机效能提高了约12.8%。所提策略可为大型工程机械传动效率低、燃料消耗大、污染排放严重等问题提供解决方案。

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.

狭小间隙下液力变矩器搅油功率损失模型

针对液力变矩器高速旋转产生较大搅油功率损失问题,以某液力变矩器为研究对象,基于CFD数值模拟及数据统计分析方法,提出一种搅油功率损失预测模型.该模型主要考虑液力变矩器装配间隙几何特征、运行参数、润滑油物性与润滑状态等因素影响,采用正交分解法选择25组不同运行参数下的搅油过程进行数值模拟,并结合某传动装置实际运行工况和使用要求进行了多工况验证.结果表明:随着润滑油雷诺数增大,搅油功率损失成指数型快速增长;搅油功率损失随径向间隙的增大而减小,随轴向间隙的增大而增大;当径向间隙小于9 mm时,搅油损失功率随着径向间隙减小而急剧增大;相比于轴向间隙,径向间隙对搅油功率损失值的影响程度更大;狭小间隙下液力变矩器搅油功率损失模型结果与数值计算结果总体符合较好,相对误差在10%内.研究结果可为狭小间隙液力变矩器设计及综合传动装置的优化提供一定技术支撑.

液力变矩器叶轮重力铸造和低压铸造工艺对比与验证

以某型铸造型液力变矩器为研究对象,对比其重力铸造和低压铸造两种常用铸造方式的成型质量。应用铸造工艺仿真软件ProCAST进行了充液和凝固过程的仿真及铸造缺陷的评估及对比分析。在此基础上,将预测的缺陷与实际浇铸产品射线无损探伤结果进行对比验证。结果表明,相比于重力铸造,低压铸造可以通过调整压力实现对液流充型过程的控制,使得充型平稳、顺序凝固、补缩动力增强,提高液力变矩器的力学性能。实际浇铸及探伤结果表明,铸造仿真可以较好地预测缺陷种类及分布,为铸造工艺改进提供有效指导。

液力变矩器轴向力三维流动计算及验证

液力变矩器是液力传动的重要元件,以黏性油液为工作介质转换并传递功率,具有无级变速变矩、自动适应等优良传动特性。由于工作介质的高速流动,对各叶轮产生较大的轴向动负荷,同时其内部不同旋转域间存在着较大不平衡面积,使得液力变矩器在工作过程中存在较高的轴向载荷。以某有效直径为420 mm的液力变矩器为研究对象,对带泄漏腔体流域的整体进行三维数值模拟,并分析各个工作轮的轴向力构成,搭建轴向力测试试验台进行试验验证。试验结果表明,三维流场仿真能够较准确地计算轴向力。由仿真分析可知,泄漏区内工作液体的作用所产生的轴向力占比较大;3个叶轮中,涡轮轴向力最小,约为泵轮和导轮的1/5,泵轮轴向力始终使泵轮接近导轮,导轮所受到的轴向力始终使导轮接近泵轮;随着传动比增大,泵轮轴向力先增大后减小,在i=0.3工况时泵轮轴向力最大,导轮轴向力降低,在i=0工况时最大。

Romax在液力变矩器轴向力及轴承计算中的应用

液力变矩器是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的关键因素,受转速影响明显,轴承的选型和布置对于整个传动系统的支撑和寿命起着关键作用。利用Romax软件在动力传动方面的建模和分析能力,通过建立液力变矩器传动的模型,计算出液力变矩器轴向力,对方案的轴承选型和布置进行了分析比较,并对现有的产品进行优化改进;根据结果分析找到了问题的根本原因,解决了实际问题,为Romax在液力变矩器轴向力的计算和解决实际问题方面提供了参考。

基于儒科夫斯基变换的液力变矩器泵叶参数化集成

针对LB46型导叶可调式液力变矩器泵轮叶片形状的研究,借鉴风力机翼型型线参数化描述的思想,在儒科夫斯基变换原理的基础上,通过四个不同阶次的数值拟合,找到最优的三阶拟合结果,建立参数化模型。通过计算流体力学方法,计算变矩器内流场,得到参数化模型原始特性曲线与实验测量结果一致,验证了这种集成方法的可行性,为变矩器结构创新提供了新思路。

基于CFD的双导轮液力变矩器流场模拟与试验研究

目的:针对双导轮液力变矩器两个导轮依次空转的仿真难点,提出一种导轮无叶片处理的CFD数值模拟方法,以便正确获取双导轮液力变矩器内部流场。方法:借助Solidworks对自行设计的双导轮液力变矩器进行流道模型抽取,采用导轮无叶片法模拟导轮变相点后的空转工况,利用ANSYS Meshing进行网格划分,得到3种全流道网格模型。运用ANSYS Fluent进行CFD数值计算,模拟转速比i=0.6中速工况下的流场特征。在液力变矩器试验台上进行样机的台架试验,得到其原始特性曲线。结果:CFD数值模拟能够准确预测双导轮液力变矩器的原始特性,仿真结果与试验结果较为吻合。泵轮与涡轮入口到出口的速度与压力变化趋势相反,两个导轮的速度与压力变化相对较小。结论:采用CFD数值计算并结合导轮空转无叶片法能够较好地预测双导轮液力变矩器的流场特性,为进一步优化设计提供理论参考。

基于可靠性的液力变矩器测试、维修与保障性分析方法

大功率液力变矩作为特种车辆底盘动力传动系统的关键部件,由于在产品研制初期子样数少,台架可靠性考核不充分,生产装配工艺不稳定等导致产品的测试、维修和保障性只能依据经验设计缺乏科学的规划;研究通过对变矩器可靠性数据的分析,建立了大功率液力变矩混合威布尔可靠性分析模型,并对不同里程下液力变矩器的可靠性和出现的薄弱环节,检查方法等进行预计;对生产环节可能出现的早期故障,制订了强化出厂试验方案;针对大功率变矩器在使用过程中的故障和维修数据分析,对装备的测试、维修和保障性重新进行了科学的规划与设计。

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.

基于电增压协同的液力变矩器流量输出研究

液力变矩器受到内部流场影响很难选择正确参数,导致输出结果误差较大。针对该问题,提出采用电增压协同技术来分配或规划电动涡轮机的功率,以协调发动机独立工作时的抛物线负载和恒力矩负载,从而得到液力变矩器输出流量精确结果,即通过分配或规划电动涡轮机功率,使车辆发动机的动力性能最优。与普通增压技术的对比实验结果表明:采用电增压协同技术,变矩器输出流量与理想情况下数值最大误差仅为0.01 m^(3)/s,输出结果准确,能够为汽车稳定、高效行驶提供技术支持。

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CFX的液力变矩器流场分析与试验研究

根据流体力学基本原理分析了液力变矩器内流场基本运动状态,建立了理论分析的微分方程组。在Ansys中分析了各工作叶轮流道进出口压力状态及速度变化。进行了稳态特性试验,对比了不同速比下的变矩比、容量系数、效率。结果表明:当速比低于0.7时,仿真结果与试验结果基本相同;当速比大于0.7时,仿真结果与试验结果误差能够保持在7%以内,能够有效反映液力变矩器流道内流场特性,为其结构设计提供有效参考。

大功率液力变矩器叶轮拓扑优化设计及验证

随着液力变矩器向着高功率密度化发展,轻量化成为提升功率密度的重要手段,叶轮作为变矩器总成内部的重要结构件,有着巨大的轻量化设计潜力。为了对叶轮进行轻量化设计,采用CFD方法建立了变矩器叶轮耦合流域全流场计算模型,分析了叶轮载荷分布情况及边界条件,进行了叶轮单向流固耦合理论分析,建立了变矩器叶轮力学特性有限元分析模型,利用多种拓扑优化分析方法,以应力分布特性为优化目标对叶轮结构进行了优化设计。通过对目标样机叶轮进行拓扑优化分析,建立了叶轮拓扑优化设计系统,研究了多工况下液力变矩器叶轮的力学性能,完成了轻量化叶轮样机设计并进行了试验验证,在不降低液力性能的情况下,叶轮减重10.89%,为高功率密度液力变矩器叶轮结构优化提供了一种有效的方法。

RSM优化冲焊型液力变矩器叶片冲压工艺及回弹抑制

冲焊型液力变矩器性能与叶片形状密切相关,为提高叶片成形精度,减小回弹对性能的影响,以摩擦系数、模具间隙、冲压速度为试验因素,以叶片最大减薄率和最大回弹量为优化目标,基于优化拉丁超立方试验方法,通过Dynaform对涡轮叶片冲压过程及回弹变形进行模拟获得样本数据,研究不同工艺参数对叶片成形质量的影响,并得到关于优化目标的多项式回归响应面模型。结合多目标优化算法对冲压工艺进行优化求解,获得最优解集,选取最优冲压工艺参数组合。最后对所选优化工艺参数进行仿真验证,结果显示,优化后叶片成形质量良好,减薄率和回弹均得到优化。

带液力变矩器的大件牵引车(6×6)设计研究

引言随着国内经济的迅猛发展,工业、电力、基建等领域对大体积,大质量且不可拆解的设备需求越来越多,使得每年大件运输的货运总量都在增长。为了较好地完成这些大件货物的运输,同时又尽量减少对交通和道路的影响,工业和信息化部于2021年5月发布,10月实施《QC/T1149-大件运输专用车辆》标准,中国重汽迅速抓住市场机遇研发出首款带液力变矩器的大件牵引车(6×6)。

泵轮叶片削剪对液力变矩器性能的影响

削剪泵轮叶片是优化液力变矩器性能的一种手段。为了研究泵轮叶片削剪程度对液力变矩器性能的影响规律,该研究基于计算流体动力学,采用应力混合涡湍流模型(stress-blended eddy simulation,SBES)对液力变矩器内部流场进行仿真模拟,依托外特性试验验证仿真结果的准确性。通过Q准则涡识别方法,甄选合适阈值重构叶片削剪前后泵轮流道三维涡系结构,定性分析多尺度涡动力学特性,量化提取二维流场图谱信息,揭示流速场时空演化规律。结果表明:泵轮叶片设计流线从出口处经过10%、20%和30%的削剪后,液力变矩器的变矩比逐渐增大,由原型变矩器的1.77增大到叶片削剪30%的2.33,泵轮转矩系数降幅明显,由原型变矩器的5.51降低到叶片削剪30%的3.39,叶片削剪10%后变矩比增大4.34%,泵轮转矩系数降低10.73%,降幅明显;随着泵轮叶片削剪程度加剧,叶片对流体的推动作用减弱,流体动能减小,多尺度涡运动趋势衰减,流道中部涡结构特征改变,流道出口高能小尺度“脱落涡”现象减弱;泵轮流道出口流速随叶片削剪程度增大而减小,由原型变矩器的23 m/s降低到叶片削剪30%的19 m/s,泵轮进口流速几乎不变,因进出口流速的变化,泵轮转矩系数降低。研究结果可为液力变矩器叶片设计与性能优化提供指导性建议。

虚拟装配下液力变矩器装配体位置公差优化

液力变矩器装配体公差,即配油套的径向圆跳动量,是反映变矩器能否高速工作的关键指标。配油套径向圆跳动除了受零件公差分配影响,还受装配序列的影响。虚拟现实辅助装配虽可用于产品的可装配性设计,但缺失公差信息,无法反映产品的实际装配质量。基于Unity3D渲染引擎,建立了集成三维信息标注、公差分析、公差优化和试验验证4个模块的虚拟现实辅助公差优化的虚拟装配系统。建立了以提高装配精度为目标,限制装配成本和质量损失的公差优化模型,提出了最大适应度值的一半为判断标准的交叉操作,改进了自适应遗传算法,以2个变量的Schaffer函数进行了算法验证,采用蒙特卡洛法进行了装配体位置公差预测。虚拟装配试验结果表明,虚拟装配系统可实现液力变矩器装配体公差组成环零件设计公差的优化,以及预测不同装配序列下装配体的位置公差,提高了液力变矩器公差设计效率。