TY160推土机液力变矩器与柴油机匹配的研究

过鹏，谈益欢

（1.同济大学，上海200092；2.上海柴油机股份有限公司，上海200438）

1 前言

TY160推土机的传动形式采用液力传动。液力传动推土机的动力性、燃油经济性与所采用的柴油机、液力变矩器以及它们之间的匹配有很大的关系，在液力传动推土机整机设计时，除了结构因素外，需要进行液力变矩器与柴油机匹配计算，以保证推土机具有良好的动力性、经济性。本文匹配计算利用计算机进行模拟，并绘出相应曲线，形象而较快地得到相应的评价参数。因此，本文的研究对C6121柴油机与TY160推土机以及类似的匹配和评价有一定的实际应用和指导价值。

2 柴油机特性及解析式

某TY160推土机选配的动力为C6121ZG55增压柴油机，柴油机外特性、调速特性参数通过台架试验获得。推土机工作泵耗功较小，本文中柴油机传递到变矩器泵轮上的扭矩取90%总扭矩值，见图1净扭矩线。

外特性段和调速特性段的解析式可分别用式（1）和式 （2）表示

式中，

Me——柴油机净扭矩；

ne——柴油机转速；

Ai、b0、b1——多项式系数；

k——多项式阶数。

对于柴油机净扭矩外特性，在实际应用中为了保证足够的精度，往往采用阶数较高的数学模型，一般为5～7次[1]，并且分段表示。

3 液力变矩器特性

3.1 液力变矩器原始特性

变矩器的原始特性一般是由3条曲线组成,分别是泵轮扭矩系数λB=f(i)，变矩系数K=f(i)，及液力变矩器效率η=f(i)，λ、K、η与传动比i之间的关系分别表示液力变矩器的负载特性、变矩特性和经济特性，它们之间的关系由厂家给出，它们与液力变矩器的输入、输出特性计算相关。

3.2 液力变矩器的输入特性

液力变矩器的输入特性指泵轮力矩M1与泵轮转速n1之间的关系曲线，它是根据液力变矩器的计算公式 （3）得到的一条通过坐标原点的抛线。

在变工况下，λ1=f(i)，输入特线曲线为一组抛物线束，抛物线束宽度由λ1变化幅度决定。

抛物线i=0一般由试验测得，图2中抛物线束即输入特性曲线。

4 液力变矩器与柴油机的共同工作特性

推土机与柴油机匹配一般为全功率匹配，推土机工作负荷大，工况恶劣，负荷率一般达到75%～90%，工况为间隙功率Ⅱ （连续运行12 h）。

推土机在空行走时，在调速范围内运行，柴油机的转速变化小。推土机在推土时发挥最大牵引力，柴油机通常在最大扭矩点工作，此时柴油机与变矩器的匹配满足最大效率的输入特性曲线通过柴油机净功率速度特性上的额定点左右。

4.1 液力变矩器与柴油机共同工作的输入特性

求解变矩器与柴油机共同工作的输入特性，就是寻求图2中柴油机净扭矩曲线与变矩器输入特性曲线的一系列交点，用计算机模拟时可以通过联立1、2、3曲线解析式求得[2]。

推土机采用全功率匹配，从图2共同输入特性曲线分析，液力变矩器最大效率工况i=0.8对应的输入特性曲线通过柴油机额定工况 （ne=1900 r/ m in），且液力变矩器高效率区基本在柴油机额定功率点的上方，且在1500～1900 r/m in柴油机转速范围内。另外液力变矩器处于制动工况i=0时，从匹配曲线看，柴油机的扭矩点较大，可确保整机在短时间的过载情况下不熄火。

除柴油机转速范围较窄外，该液力变矩器与发动机匹配较好。

4.2 液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性

根据上节中求得的液力变矩器与柴油机共同工作点以及λ、K、η与传动比i之间的关系，按下列公式计算各传动比i下的涡轮轴输出扭矩Mt、输出转速nt、输出功率Nt。

由式 （3）、 （4）和 （5）可以得出一系列参数，根据这些数值可以用最小二乘法拟合出液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性曲线以及函数关系 （参见图3），拟合得到的解析式可以用来求解评价参数。

5 变矩器与柴油机匹配性能的评价[3-4]

对推土机而言，液力变矩器与柴油机的匹配应首先满足动力性能，同时兼顾燃油经济性。

推土机牵引系统占用了柴油机的绝大部分功率，故柴油机与整机的功率匹配也就显得尤为重要。对此常用的评价参数如下：

1）启动扭矩Mt0，由液力变矩器与柴油机共同工作的输出特性得到i=0时，Mt0=1 498 N·m，表示该推土机启动、加速的能力良好。

2）液力变矩器高效范围内 （η≥0.75）涡轮转速工作范围dn=nt2/nt1=2.59，表示该液力变矩器与柴油机共同工作的速度范围正常。其中，nt2=1 906 r/ m in、nt1=736 r/m in为液力变矩器高效区上下限的涡轮转速。

3）液力变矩器高效范围内涡轮输出扭矩范围dM=Mt1/M2=3.17，表示该推土机的扭矩适应性良好。其中，Mt2=1 133 N·m、Mt1=358 N·m为液力变矩器高效率区上下限的涡轮输出扭矩。

4）平均输出功率，表示推土机在一定转速范围内的动力性能。

式中，nt2、nt1限定涡轮转速范围内的最大值和最小值，可以取全工况范围，也可以取高效率范围。

在本文中，涡轮输出转速分布规律按均匀分布考虑，按下式计算：

将式 （8）代入式 （7）中，可以得到下式

评价高效区内的平均输出功率，即nt2和nt1为涡轮高效率范围内的输出转速最大值、最小值。本文匹配中Ntp为97.42 kW，在功率区域偏上，表明高效区内输出功率曲线较丰满，推土机动力性能较好。

6 结束语

对于推土机整机匹配而言，还可以通过考察变速箱Ⅰ档对最大牵引力与柴油机最大扭矩点以及推土机总质量的关系、最大功率点与滑移率的关系等来判断其牵引性能、滑移率是否适配，是否满足动力性、经济性、作业生产率的要求。

本文不对推土机牵引性能、滑移率展开分析，仅对C6121柴油机与TY160推土机液力变矩器的特性以及二者之间的匹配进行了分析，给出了各个匹配步骤的数值计算，并提供了匹配的相关评价参数，分析了匹配的合理性，为实际工作提供了参考。

1孙跃东，周萍，尹冰声.液力变矩器与柴油机匹配的计算方法研究 [J].机械制造，2003(11).

2焦生杰、余亮.工程机械液力传动匹配的计算机辅助计算 [J].西安公路交通大学学报，2001 (10).

3朱经昌.液力变矩器的设计与计算 [M].北京：国防工业出版社，1991.

4林慕义、张福生.车辆底盘构造与设计 [M].北京：冶金工业出版社，2007.