降转速大能容液力变矩器的研发

贾俊礼，张庆武，雷福斗，何振鲁，邢向飞，鹿海洋

(山推工程机械股份有限公司，山东济宁 272073)

随着矿产资源消耗的增加，其匮乏日益凸显，石油等矿产资源价格随之飞涨，因此，节能降耗成为生产和生活的一个重要方向。发动机节能降耗主要有两种方法:涡轮增压和降低额定转速。涡轮增压发动机提高了燃烧效率，但增加了后期的维护成本，比较而言，采用降低发动机额定转速方法实现油耗的降低更好。通过降低发动机额定转速来降低油耗，必须有与其相匹配的降转速大能容的液力变矩器。文中设计了两款变矩器［1］，具有大能容、宽高效区的特点。

1 大能容液力变矩器的研制

结合变矩器的原始特性，首先进行相似设计，通过大型综合性CAD软件CATIA进行三维建模，再使用ANSYS进行叶栅的流场分析及修正，得出符合设计要求的三维叶栅(见图1—3)。大多设计者接下来开始手工或利用机床制作模具来生产实体叶轮，然后进行性能验证，这样做的缺点在于如果性能验证后不符合要求就需要再次对叶栅进行分析、修正，周期长，难度大，成本高;而作者将叶栅数据直接通过快速成型加工中心(RP)进行样件的快速加工，然后进行性能验证，如果不符合要求，则根据文献［2］提出的方法进行分析、修正，如果符合设计要求，则进行模具生产。在模具设计中使用CATIA进行CAD/CAM设计，避免了数据转换带来的数据失误。通过此种方法，变矩器的研发周期大大缩短，难度相应降低，成本大大降低。

图1 叶栅线框

图2 叶栅三维模型

图3 划分网格

2 性能试验

利用该方法，研制了多款全新的液力变矩器，其中YJSW315-8A及YJZ340两款降转速大能容液力变矩器最具代表性。YJSW315-8A变矩器应用于ZL50装载机，YJZ340变矩器应用于ZL30装载机。经验证，搭载YJSW315-8A及YJZ340液力变矩器的装载机比未搭载该型号变矩器的装载机节油均达到10%以上，并且整车性能也有非常大的提升。

图4(a)所示为降转速大能容双涡轮变矩器YJSW315-8A与图4(b)所示普通双涡轮变矩器YJSW315-6C的性能曲线对比，表1为两款变矩器性能参数的对比。

图4 YJSW315-8A与YJSW315-6C性能曲线对比

表1 YJSW315-8A与YJSW315-6C性能及参数对比

结合图4和表1，不难看出，YJSW315-8A变矩器通过改变叶栅的循环圆及流场，在零速工况工程力矩、高效工况工程力矩、最高效率、高效区范围等方面都优于YJSW315-6C变矩器，因此YJSW315-8A变矩器可以与低转速发动机达到更佳的匹配效果。

图5所示为降转速大能容变矩器YJZ340与普通变矩器YJ315X的性能曲线，表2为两款变矩器性能参数的对比。

图5 YJZ340与YJ315X性能曲线对比

表2 YJZ340与YJ315X性能及参数对比

结合图5及表2不难看出:YJZ340变矩器同样也通过改变叶栅的循环圆及流场，在零速工况工程力矩、高效工况工程力矩、最高效率、高效区范围等方面都优于YJ315X变矩器;虽然YJZ340的变矩系数有所降低，然而其变矩后的效果要远优于YJ315X变矩器，并且YJZ340变矩器的设计上采用了可单向旋转的导轮自由结构，使其在跑车工况下避免了转速传递上的损失，效率相对大大提升。经验证，搭载YJZ340变矩器与搭载其他变矩器的ZL30装载机相比，在跑车工况下节油17%，负载作业工况下节油15%。

3 结论

(1)该变矩器开发方法相比以前大大缩短了开发周期，难度相应降低，成本大大降低。

(2)通过实验表明:YJSW315-8A和YJZ340这两款变矩器能很好地匹配降转速发动机，均节油10%以上。(3)由于变矩器流体模型的复杂性和理论水平的限制，文中没能在理论层面总结归纳CFD流场分析和修正方法，今后的主要工作重点也将在此。

［1］陶曾香，徐成云，饶鸿才．大能容宽高效可调式变矩器设计实验研究［J］．工程机械，1994(10):27－31．

［2］王彦，王玉鹏，马文星．液力变矩器循环圆的综合描述及导数修正法［J］．吉林大学学报:工学版，2002，32(1):?79－82．