发动机与液力变矩器的合理匹配研究

陈超

摘要：通过对液力变矩器和发动机之间的合理匹配，能够进一步提升石油机械的燃油的燃烧效率，在提升动力的同时也减少了尾气的排放。因为液力传动有着操作便捷和适应能力强等特点，所以得到了十分广泛的应用。但液力传动的研究内容中，实现液力变矩器和发动机之间的合理匹配是其中的关键性问题，不但要考虑到两者一起工作时的情况，同时也要研究出怎样进行两者之间的配合才能够获得更好的性能。为了能够将液力变矩器和发动机的特点充分的发挥，需要对两者进行有效的匹配，从而提升石油机械工作的环保型和经济性。因此，对于发动机与液力变矩器的合理匹配进行研究是非常有意义的。

关键词：发动机;液力变矩器;合理匹配

0  引言

目前在石油机械当中液力传动装置已经得到了较为广泛的应用，为液力传动装置提供动力的是发动机，通过液力变矩器和传动部件来将动力传递给驱动轮。通过利用液力变矩器，不仅仅能够对石油机械牵引特性进行改善，同时也能够使得石油机械适应剧烈载荷的能力增强，另外也能够有效的降低开裂施工所受到的冲击和震动，防止石油机械中的发动机出现熄火的情况。当前我国多个研发机构已经对液力变矩器和发动机两者之间的匹配进行了研究，通过模型的建立和数据的分析来对石油机械的经济和动力等方面特性进行综合性的评价，从而实现液力变矩器和发动机的合理匹配。

1  液力变矩器和发动机的匹配原理和应遵循的基本原则

液力变矩器主要是利用液体来作为主要的媒介，将机械动能和液体动能进行相互之间的有效转换，从而达到动力传递的效果。液力变矩器有着非常好的自适应性和低速性能，同时也能够实现有效的减振和隔振，不会出现机械摩擦损耗的情况，能够对石油机械的性能进行有效的改善，所以液力变矩器在石油机械中得到了广泛的应用。实现液力变矩器和发动机之间的有效匹配，两者所具备的共同输出特性能够对石油机械的动力性有着重要的影响，同时也大幅度的提升了经济性。液力变矩器和发动机之间的匹配问题研究，需要以发动机和液力变矩器泵轮的特性曲线描述为基础，安装了液力转动装置的石油机械，其所具备的性能不但分别和液力变矩器以及发动机有着重要的关联，同时也与液力变矩器以及发动机之间相互的匹配程度有着重要的关系。发动机和液力变矩器是否匹配，首先需要对发动机特性曲线和液力变矩器的输入曲线进行计算，并从中找到二者相互之间的交点，看其是否与输出特性相互匹配，能够达到相关的特性要求。液力变矩器和发动机的共同工作点就可以通过特性曲线来进行确定，具体如图1所示。

另外，发动机和液力变矩器之间的匹配原则主要包括以下几个方面：首先，为了能够使得石油机械得到更好的性能，液力变矩器应该在石油机械低档位运行时所呈现出的负荷抛物线能够与发动机的转矩点进行相交。其次，为了能够切实提升石油机械的应用效率，需要能够在发动机和液力变矩器共同工作的范围中，尽可能的将发动机最大功率进行应用，同时也需要液力变矩器能够在处于最高效率的状态下呈现出的负荷抛物线与发动机扭矩点进行相交。最后，要确保石油机械應用燃油的经济性，在发动机和液力变矩器两者之间的共同工作范围中，让发动机燃油消耗掉接近最低值。

2  液力变矩器和发动机的匹配优化研究

石油机械的发动机功率达到一定程度时，利用对液力变矩器的传动比、泵轮力矩系数、循环园直径等方面的改变来对两者之间的匹配合理性进行提升，对于两者之间的匹配进行优化，具体是指对旋转范围、动力范围、输出功率、平均油耗以及涡轮轴输出功率等方面来目标函数，并将循环圆直径作为设计中的变量，从而计算出平均的输出最大功率。将对液力变矩器循环圆直径进行优化为主要的目的，根据石油机械的情况及正常和极限的联合工作情况来进行有效的约束，从而得到最大输出功率。另外，也可以将石油机械中的输出功率和转矩作为主要的优化内容，并建立相应的目标函数，通过遗传算法来对液力变矩器循环圆直径合理的优化，进而得到更高的启动扭矩和输出功率以及涡轮功率。为了能够真正符合工况的需求，最为合理的状态就是液力变矩器特性曲线和按照工况实际情况的发动机转矩点进行相交。对于不同的工况要采用相应的匹配优化方式，从而得到不同的变矩器循环园直径。按照维束流理论来进行液力变矩器的有效设计，并根据导论进口角和泵轮出口角来对模型进行优化，按照遗传算法来实现两者之间的优化匹配。

3  液力变矩器和发动机的匹配方法和评价体系探究

对于液力变矩器和发动机的匹配设计研究方面，主要需要考虑的是对两者之间匹配的影响因素，以及所采用的匹配方式。利用主油泵压力和换挡信号等内容来实现对工况的准确判断，将不同工况点位的建立作为匹配控制过程中的重要原则，通过石油机械中的转速感应装置来对油门开度进行随时调节，发动机扭矩和液力变矩器泵轮之间实现自适应的状态中，从而获得更好的匹配效果。把液力变矩器和发动机的匹配指标进行统一性的处理，获得匹配性能价值的构建，同时也包括用户方对于匹配情况的满意程度，按照目标函数来对液力变矩器循环园直径进行优化。通过对液力变矩器和发动机共同工作曲线的拟合，来对其中的共同工作点进行计算，从而提升计算的接近程度，实现网状图的有效构建。合理的运用匹配方法，能够根据设计者对石油机械经济性等方面的要求来对发动机和液力变矩器进行匹配。同时，利用相关软件来对匹配数据进行处理，并对方法进行验证，从而得出该匹配方法是否足够的正确和可行。

4  液力变矩器和发动机的共同工作点算法探析

对于液力变矩器和发动机这两者的共同工作点进行明确，是对石油机械传动装置进行有效优化和对前两者之间进行合理匹配的重要条件。如果去看这两者的特性曲线，主要就是对对发动机特性曲线和负荷抛物线之间的相交，所使用的方式包括了解析、优化和几何近似等算法。对于共同工作点的问题进行解决，可将其定义为解答一元多次方程的问题。可利用缩小变量区间来进行共同工作点的计算。通过对发动机转矩特性曲线进行拟合通过直接求根的方法或者牛顿法来对两者的匹配电位进行计算，并通过线性拟合来对共同的工作点进行求解，利用这种方式可将数据拟合过程中产生的误差进行消除。通过对液力传统装置模型进行建立，以动力学方程组为基础，利用符号算法来获得发动机和液力变矩器的共同工作点，这种方式的实用性更强。

5  液力变矩器和发动机的匹配软件设计探究

以往对于液力变矩器和发动机匹配进行计算主要是应用解析和作图的方法来实现，这两种计算方法无论是在准确性上，还是在工作量上都存在一定的缺陷。所以可以通过使用matlab这种软件所具备的用户界面性能和矩阵计算能力来实现液力变矩器和发动机的匹配度精确计算，这种计算的方式有着更高的精确性，同时计算起来也更加的直观和方便，能够对匹配的结果进行进一步的分析，从而实现对匹配方案的有效优化。通过线性的方式来对两者的特性进行拟合，利用matlab软件中的绘图功能和编写计算功能，来进行液力变矩器和发动机的匹配界面进行设计，从而生成相应的文件，使其能够在电脑上进行正常的运行，从而为人们的操作带来更加方便快捷的体验。其中的内容包括了非积分和积分参数程序的计算和编写，同时也包括对于匹配指标的定义，另外还包括了计算程序和匹配界面的编写。除此之外，也可以利用Access来对液力变矩器和发动机的数据库进行建立，通过MatrixVB来完成匹配软件的编写，也可以利用VB语言与Matla来进行混合性的变成，以Excel为主要的数据库来进行匹配计算软件的开发。

6  液力变矩器和发动机合理匹配的仿真模型构建

在对匹配情况进行仿真的过程中，通过使用AMESim软件来实现多个转速感应模型的构建，从而实现对具体类型作业载荷的模拟，从而实现仿真的计算过程和建模过程。利用ADAMS软件为基础，来对闭锁装置、液力变矩器和发动机的模型进行构建，并将其组合成为能够共同开展工作的虚拟机，从而实现有效的仿真控制過程，进而真正获得两者共同工作过程中所呈现出的动态特征。

7  结束语

本文首先对于液力变矩器和发动机的匹配原理和应遵循的基本原则进行阐述，同时对于液力变矩器和发动机的匹配优化、匹配方法和评价体系进行探究，从而对于液力变矩器和发动机共同工作点算法和匹配软件设计进行分析，最后对于液力变矩器和发动机的匹配仿真进行研究。在对匹配方法和匹配优化的内容研究当中，液力变矩器中的循环圆直径是其中十分关键的变量，在选择工作点时，实际上进行工作点区域的求解就等于多元次方程的求解过程，所以可以利用计算机计算或者方针的方式来获得匹配的动态特性。通过试验的方式来进行验证实际上是理论与实践相结合的方式。另外，在不同的石油机械或者是在不同的工作状况下，对于液力变矩器和发动机之间匹配研究有着十分重要的意义，应该根据实际的工作情况来进行两者之间匹配问题的思考，从而选择更为适用的发动机和液力变矩器之间的匹配方式。希望通过本文，能够为发动机与液力变矩器的合理匹配研究提供一些参考和帮助。

参考文献：

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