一种基于载荷特性的土方车辆液力变矩器选配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土方机械车辆技术领域，涉及土方机械车辆在初始配置整机时，依据 作业工况的载荷特点选配液力变矩器的方法。
【背景技术】
[0002] 液力变矩器作为土方机械车辆性能匹配的关键部件，它最大作用在于确保能量和 动力平滑高效地从发动机传到变速器乃至轮胎，因此其性能表现对整机动力性、经济性等 都有重大影响，选配合理的液力变矩器能实现传动系统与发动机的性能匹配，使发动机高 效输出且提高整机的缓冲减振性能。
[0003] 与汽车选配液力变矩器方法基本相同，现有的土方机械整机在选配液力变矩器时 也主要考虑两方面：1、液力变矩器本身的外特性；其主要包括效率、能容以及转矩比。由于 土方机械车辆频繁启制动以及大转矩输出的特点，一般要求其对应的液力变矩器大能容、 大启动转矩比以及更宽的高效区。基于这些要求，设计人员改进液力变矩器的设计理论并 将其运用于液力变矩器的研发设计过程，生产出土方机械专用的液力变矩器。2、液力变矩 器与发动机的静态匹配效果；在实际配置土方机械整机过程中，发动机、液力变矩器都是直 接影响整机动力输出的关键部件，液力变矩器的选配往往是通过发动机与液力变矩器的匹 配效果来决定，通常是以理想传动比情况下两者匹配后的油耗、输出扭矩和输出功率等指 标综合评定好坏。
[0004] 基于液力变矩器的本身输出特性、液力变矩器与发动机静态匹配效果可以初步选 定液力变矩器，这种选配方式只考虑到发动机与变矩器之间的动力传递，实现整机主体零 部件的匹配协调。这种设计理念并未将整体主机机型、外界载荷条件等考虑在内，导致的后 果往往是静态匹配很好，但实际遇到复杂恶劣工况时，整机的性能却很差；合理的整机关键 部件选型应该与整机实际作业工况相匹配，尤其对于土方机械整机如装载机、推土机等作 业工况复杂、运动自由度高、作业环境恶劣，其对整机与部件的匹配要求更高。就传动系统 而言，整机的载荷特性基本上直接决定了传动系部件的选型，但在传统的整机液力变矩器 选配过程中，并未考虑整机实际作业时的动态载荷特性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于载荷特征的土方车辆液力变矩器选配方法，克服 现有技术中存在的上述缺点。
[0006] 为达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0007] -种基于载荷特性的土方车辆液力变矩器选配方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :通过对土方车辆液力变矩器静态特性分析，揭示液力变矩器特性中的载 荷波动现象；
[0009] 步骤2 :基于传统一元束流理论分析确定液力变矩器栗轮转矩中载荷波动项的影 响参量；
[0010] 步骤3 :通过流体动力学仿真确定液力变矩器栗轮转矩中载荷波动项的具体表达 式；
[0011] 步骤4 :结合液力变矩器栗轮转矩的静态表达确定了面向液力变矩器负载特征的 栗轮动态转矩估计模型；
[0012] 步骤5 :基于发动机外特性与液力变矩器动态转矩估计模型匹配效果选配液力变 矩器。
[0013] 进一步，所述步骤1中：液力变矩器特性中的载荷波动现象是在设定液力变矩器 栗轮转速恒定，确定的速比，恒定的涡轮转速波动幅值、波动频率等边界条件下，进行流体 动力学瞬态仿真，通过比较输入输出转矩、转速中的延时、衰减现象总结得到的。
[0014] 所述步骤2中：液力变矩器栗轮转矩中载荷波动项Af的影响参量包括：栗轮转 速《P、涡轮转速、涡轮转速波动幅值A wT、涡轮转速波动快慢A ?T/At，其模糊表达关 系如下：
[0015]
>其中?为映射关系。
[0016] 所述步骤3中：液力变矩器栗轮转矩中的载荷波动项具体表达式是通过控制变量 法流体动力学稳态、瞬态仿真试验得到，分别单一改变步骤2中的四个影响参量，探求液力 变矩器栗轮转矩波动幅值随各参量间的变化关系，最终确定的液力变矩器栗轮转矩波动幅 值的具体表达式为：
[0017]
[0018] 其中，f为涡轮转速波动频率，I为待定系数，其值与具体液力变矩器结构有关， 可由实际变矩器仿真结果标定其值。
[0019] 所述步骤5中：发动机外特性与液力变矩器栗轮动态转矩估计模型匹配时，选择 的是理想的额定工况下的传动比、对应整机的载荷频率及涡轮输出轴转速波动最大值计算 得到的液力变矩器栗轮转矩估计区间；以该栗轮转矩估计区间与发动机外特性进行匹配， 对比同一液力变矩器的静态匹配与动态匹配效果及不同液力变矩器的动态匹配效果，以整 机油耗、输出功率、输出转矩为评价指标，综合考虑选配液力变矩器。
[0020] 面向液力变矩器负载特征的栗轮动态转矩估计模型的表达为：
[0021]
[0022] 其中，r/为液力变矩器栗轮动态转矩，Ap(i)为栗轮转矩系数，p，g分别为油液 密度和重力加速度；D为变矩器的有效直径；栗轮转速为C0P、涡轮转速为《T、涡轮转速波动 幅值为A wT、涡轮转速波动快慢为A ?T/At，f?为涡轮转速波动频率，|为待定系数，其值 与具体液力变矩器结构有关，可由实际变矩器仿真结果标定其值。
[0023] 由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
[0024] 本发明在土方车辆传统以发动机与液力变矩器静态特性匹配效果选配液力变矩 器方法基础上，充分考虑整机实际作业时外载荷对液力变矩器性能的影响，通过液力变矩 器CFD仿真结果确定液力变矩器栗轮动态转矩估计区间，以栗轮动态转矩与发动机外特性 的匹配效果选配液力变矩器。该种选配整机部件的方法在保证各部件之间协调动作基础 上，提高了部件对整机外载荷的自适应性，对改善整机工作性能、提高部件使用寿命均有重 要作用。
【附图说明】
[0025]图1表示的是本发明实施例单级三元件液力变矩器静态特性图。
[0026]图2表示的是本发明实施例液力变矩器CFD仿真结果的转速、转矩对比图。
[0027] 图3表示的是液力变矩器栗轮波动转矩模型图。
[0028]图4表示的是CFD仿真结果与栗轮波动转矩模型计算值的线性回归结果图。
[0029]图5a表示的是液力变矩器栗轮转矩波动幅值随栗轮转速的变化趋势图。
[0030] 图5b表示的是液力变矩器栗轮转矩波动幅值随涡轮转速的变化趋势图。
[0031] 图5c表示的是液力变矩器栗轮转矩波动幅值随涡轮转速波动频率的变化趋势 图。
[0032] 图5d表示的是液力变矩器栗轮转矩波动幅值随速比的变化趋势图。
[0033] 图6a和图6b分别表示的是液力变矩器A、B与同一型号发动机外特性的动态匹配 对比图。
[0034] 图7表示的是本发明实施例土方车辆液力变矩器选配流程图。
【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0036] 步骤一：液力变矩器特性分析，并揭示载荷波动现象
[0037] 土方车辆常用二级双涡轮液力变矩器，其工作原理一般是在低速重载时两个涡轮 同时工作，高速轻载时第二涡轮单独工作；装载机整机功率损失较为严重一般发生在低速 重载情况下，因此研究低速重载时的转矩波动情况更有价值；在低速重载时二级双涡轮液 力变矩器实质是按单级三元件液力变矩器原理工作的；故作为研究对象而言，单级三元件 液力变矩器便能反映出本质问题。
[0038] 常用的单级三元件液力变矩器主要由栗轮、涡轮和导轮组成，它可根据涡轮轴上 的外载荷大小自动、无级地进行变速、变矩。一般认为：液力变矩器的性能主要通过