双涡轮液力变矩器的涡轮流场数值分析

采用流体分析软件Fluent对D315型双涡轮液力变矩器的内部流场进行了数值计算,并基于计算结果,对不同工况下第一涡轮和第二涡轮的内部流动状况进行了流场分析,揭示出了流动规律.     

基于主效应分析的变矩器叶片角变量空间优化

液力变矩器叶片设计变量空间大,轮系间强流固耦合,使得优化解析时间冗长,难以实现基于变矩器叶片角变量空间的工程设计.为此,以双涡轮液力变矩器为研究对象,实现了基于液力变矩器叶片角主效应分析的设计变量空间优化.在通过台架实验数据确认变矩器流固耦合仿真结果正确的基础上,以其轮系8个叶片角为设计变量空间,采用最优拉丁超立方设计仿真试验,实现双涡轮液力变矩器性能仿真;以提高变矩器综合性能(效率、变矩比及启动力矩)为目的,以双涡轮液力变矩器性能与设计变量空间的主效应图为基础,构造其响应面函数并优化,获得8个叶片角对变矩器性能的影响水平.优化结果表明:以低速比区最高效率为主要评价指标,泵轮入口角、第1涡轮出口角、导轮入口角、导轮出口角4个叶片角变量对变矩器性能的影响显著,其他叶片角影响较小或基本无影响.文中提出的方法对于同类产品的定制化及其快速化工程设计具有参考价值.     

基于DOE及RSM的液力变矩器叶片数对性能的影响及优化

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.     

石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压分布进行了分析,由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现,泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近;涡轮的轴向力拉动涡轮向化靠近;导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化,在起动工况时达到最大值,泵轮的轴向力最大,且变化起伏较大;其他两轮的轴向力变化较平稳,且数值也较小。轴向力除了供油压力有关外,主要是与泵轮转速的二     

石油钻机液力变矩器轴向力的分析与计算

对石油钻机液力变矩器各工作轮中液体的静压力分布进行了分析,由此得出了液力变矩器各工作轮轴向力的理论计算公式。实例计算发现,泵轮的轴向力拉动泵轮向涡轮靠近;涡轮的轴向力拉动涡轮向泵轮靠近;导轮的轴向力拉动导轮向泵轮靠近。三个工作轮的轴向力随着变矩器的工况变化,在起动工况时达到最大值。泵轮的轴向力最大,且变化起伏较大;其他两轮的轴向力变化较平稳,且数值也较小。轴向力除了与供油压力有关外,主要是与泵轮转速的二次方和循环圆有效直径的四次方有关     

连续可变能容双泵轮液力变矩器的设计及分析

以某高性能普通三元件向心涡轮液力变矩器为参考样机,确定循环圆有效直径为425 mm,采用相似设计法得到同性能液力变矩器,并将其作为基准型,通过合理分割基准型泵轮叶片得到双泵轮液力变矩器的循环圆和叶片.设计了滑差离合器结构,给出了滑差离合器及摩擦片的主要技术参数.运用计算流体动力学(CFD)方法对所设计的双泵轮液力变矩器进行数值模拟,分别获得双泵轮状态、单泵轮状态及滑差状态3种状态下的能容特性和原始特性.通过对比分析可知,所设计的双泵轮液力变矩器能够通过滑差控制实现能容的连续可控性,可应用于装载机发动机与变矩器的变能容匹配.     

液力变矩器通用特性及其匹配方法的研究

利用系列泵轮转速及工况的试验数据,建立了一种基于液力变矩器通用特性的发动机与液力变矩器匹配模型.分析了传统匹配方法产生较大误差的来源,在有限试验数据基础上利用反向传播神经网络的拟合和泛化能力,确定了神经网络结构的隐含层节点数,建立了液力变矩器通用特性预测模型,并与传统经验修正模型进行对比.对比结果显示文中提出的方法使得特性预测精度有显著提升.在此基础上,结合发动机净外特性提出了发动机与液力变矩器通用特性匹配模型,该匹配模型考虑了泵轮转速对液力变矩器稳态性能的影响,更符合实际运行情况下发动机与液力变矩器共同工作特性,提高了液力变矩器与发动机的匹配精度.      

双泵轮液力变矩器的设计与计算

双泵轮液力变矩器是一种新型的变能容液力变矩器,本文详细探讨了这种液力变矩器的设计方法。文中给出了确定将原泵轮分割为两个泵轮(内泵轮和外泵轮)时其切割部位的计算方法,以及双泵轮液力变矩器在不同工况(滑差离合器接合,分离和打滑)下特性的计算方法。     

基于AMESIM分析变矩器泵轮角度对效率的影响

液力变矩器因具有启动平稳、无级调速和防止过载的特点而被广泛应用,而其效率以及最大传动比备受人们关注.AMESIM是基于功率键合图来实现工程系统的仿真软件,通过AMESIM对液力变矩器效率的分析、对比,得出了单级单项单涡轮变矩器泵轮入射角度及出射角度对效率的影响.     

面向液力变矩器负载的泵轮动态转矩估计模型

为解决传统液力变矩器泵轮转矩静态模型与其实际载荷特征的非关联性问题,实现液力变矩器在初始配置设计中与发动机的动态性能匹配,提出面向液力变矩器负载特征的泵轮动态转矩估计模型.在对现有液力变矩器模型分析的基础上,得出一元束流理论模型比质量弹簧阻尼系统模型更全面,其泵轮动态转矩考虑了液力变矩器的载荷特征,以此提出液力变矩器泵轮转矩模型的载荷波动项概念;通过基于控制变量法的载荷波动项解析,与全面流体动力学仿真试验结果的比较,证明了面向液力变矩器负载特征的泵轮动态转矩估计模型的有效性.该模型对液力变矩器在关联整机载荷特征的动态初始配置设计中具有较好的指导作用.     

基于单流道瞬态仿真的旋转流体机械伪集总叶片法研究

针对旋转流体机械的全流道模型仿真方法成本高,且网格质量难以保证的问题,提出了一种基于单流道瞬态仿真模型的伪集总叶片法来计算叶轮转矩和分析变矩器的叶轮交互效应及其内部流场特性.建立了D400型液力变矩器的三维瞬态单流道仿真模型,提出基于PLSM来计算叶片和叶轮的时域转矩,并以此进一步分析变矩器的叶轮交互效应及其对液力变矩器性能的影响.研究结果表明:该方法得到的泵轮,涡轮和导轮的转矩结果与实验结果最大误差不超过11.1%,原始特性的误差小于4.37%,性能特性与理论及实验结果一致;该方法有效可靠,可在保持精度的同时降低计算成本.      

发动机与液力变矩器共同工作虚拟样机仿真

以全程调速柴油发动机与带闭锁离合器的三元件向心涡轮液力变矩器为研究对象,以实现动力传动系统虚拟样机建模仿真为目标,基于ADAMS建立了发动机、液力变矩器和闭锁离合器数学模型,并组装成共同工作虚拟样机,提供了模型实现方法.通过编写仿真剧本实现仿真过程控制,得出发动机与液力变矩器共同工作时的动态特性.仿真结果表明,所建立的虚拟样机模型可用于后续的动力传动系统总体虚拟样机建模仿真.     

卸荷孔分布形式对液力变矩器轴向载荷影响规律分析

为研究卸荷孔分布形式对叶轮轴向载荷的影响规律,建立不同卸荷孔分布圆半径、卸荷孔数与卸荷孔径参数配置下的某铸造型液力变矩器轴向力计算模型,利用DOE正交试验算法与单因素试验分析,研究各参数对液力变矩器轴向力的影响规律.结果表明:在牵引工况,分布圆半径越大,泵轮、涡轮的轴向载荷越小,而卸荷孔径、卸荷孔数的变化对于轴向力的影响不显著.这三个因素中卸荷孔分布圆半径对轴向力的影响最大,其次为卸荷孔数,最后是卸荷孔径.算例中的最佳方案比一般方案减荷效果提升5%~8%.因此在不影响工作性能要求及工作轮结构强度的前提下,应尽量增大卸荷孔分布圆半径,并根据变矩器使用工况需求,合理设置卸荷孔数与孔径,以改善轴承受载情况.      

基于多目标优化的液力变矩器叶形角度设计

为解决液力变矩器性能优化过程中单一目标优化不能满足实际需求的问题,首先利用一维束流理论对该型号液力变矩器进行特性计算,计算结果与试验结果较为一致.在此基础上,以最高效率、起动变矩比和最大泵轮扭矩系数为目标建立多目标优化模型.利用Matlab与ISIGHT的集成优化,组成以一维束流计算程序为核心的解算器,以叶片入出口角为优化参数,采用变导轮和定导轮两种优化方案,并利用基于存档的小种群遗传算法(AMGA)对该液力变矩器的性能进行优化,获取多目标优化下的非劣解.结果表明:优化后的液力变矩器性能比原型有所提高,同时也可以满足不同应用条件下车辆液力变矩器的性能要求,验证了这种方法的有效性.     

液力变矩器性能分析

应用计算流体动力学 (CFD)方法 ,采用非结构网格和稳态交互面技术模拟了液力变矩器三维内流场 ,并与试验相对照 ,验证了数值模拟的正确性 .分析了泵轮、涡轮进口面、中弦面、出口面的流场特征形态及中弦面的二次流动现象 ,计算了泵轮、涡轮进口面至出口面能量损失分布 ,分析了涡轮叶片动量矩的分配 .     

液力变矩器泵轮内部流动PIV测试与分析

为了能够设计出性能优良的液力变矩器,合理利用内部流动规律来提高效率,更好地分析其内部流动情况,利用有机玻璃来制作液力变矩器的模型,进而增加模型的透明性,实现液力变矩器泵轮内部流动的可视化,采用激光粒子测速技术(particle image velocimetry,PIV)对液力变矩器泵轮内部流场进行测试.针对不同工况下的液力变矩器泵轮内部流场进行试验,采集了其内部流场在制动工况(i=0)、牵引工况(i=i*)和空载工况(i=1)的径向和轴向的流动二维图像,并作了定性分析.结果表明:通过采集的图像可清晰地看到代表液流流动的示踪粒子的速度大小和方向;利用PIV测试技术测量液力变矩器内部流场是可行的.     

面向液力变矩器定制化选型的积分加权评价法

为解决整机工况特征与液力变矩器选型的动力学匹配问题,提出面向液力变矩器定制化选型的积分加权评价法.即在明确整机工况载荷特征的前提下,设定相应的变矩器速比区间-效率权重,通过对其效率特性曲线进行分段积分,加权得到积分加权评价值,并将其作为变矩器经济性能的评价标准.文中分别以两个现有变矩器模型为选型对象,验证了提出的积分加权评价法对液力变矩器定制化选型的有效性.该评价法可在简易地建立整机与配件匹配动力学映射关系的基础上,实现具有工程化意义的液力变矩器定制化选型.     

采用代理模型的液力变矩器性能优化设计

为解决液力变矩器性能与叶片形态变量间的复杂映射问题,提高设计效率与精度,提出了采用代理模型取代三维流体计算方法,并结合寻优算法对液力变矩器的性能进行优化设计的方案。首先,在标定基于CFD仿真的液力变矩器性能响应结果前提下,利用正交设计方法,获得液力变矩器性能的大自由度仿真试验数据;然后,分别设计响应面以及神经网络2种代理模型,获取变矩器叶片角变量与其性能的映射关系,比较分析其建模效率和精度;最后,以某型号双涡轮液力变矩器启动变矩比及低速比区最高效率最大化为设计目标,分别通过2种代理模型应用NSGA-Ⅱ算法获取优化方案。仿真结果表明:在同一试验数据下,响应面模型的建模效率较高,神经网络模型的变量设计空间外延性较好;采用神经网络模型优化得到的液力变矩器模型与依照出厂参数设计的液力变矩器模型相比,其启动变矩比及低速比区最高效率分别提高了14.27%和10.24%,与采用响应面模型优化得到的液力变矩器模型相比分别提高了4.36%和1.53%。     

液力变矩器动态循环流量的传递函数表征法

为快速求解液力变矩器循环流量的动态响应,提出液力变矩器动态循环流量的传递函数表征法.该方法基于一元束流理论的推导,以确定结构形态的液力变矩器为对象,将动态循环流量视为以静态循环流量为输入的一阶线性系统的响应,通过液力变矩器常用工况范围内的简单工况CFD(计算流体动力学)静态、动态仿真数据,构建动态循环流量系统的传递函数.仿真结果表明:此方法对液力变矩器常用工况范围内的动态循环流量的预测拟合优度达到0.987,对输入、输出轴动态扭矩的预测拟合优度达到0.95;相对于CFD仿真,此方法在小幅牺牲计算精度的同时大幅提升了计算速度,是一种快速求解液力变矩器动态响应的有效方法.     

面向变矩器设计性能的平面流模型选用方法

为探求叶轮平面流模型与变矩器起步转矩比、效率、最大能容等设计性能间的动力学映射关系,以双涡轮液力变矩器为研究对象,提出了面向变矩器设计性能的叶轮平面流模型选用方法。在通过变矩器台架试验验证其计算流体力学(CFD)仿真精度的基础上,利用正交试验法,将变矩器4个叶轮及反势流、等速流和有势流模型3种典型平面流模型的全部组合设计为9个叶轮及平面流模型的组合模型,并进行CFD仿真试验。依据仿真试验结果,定量分析不同叶轮平面流模型对变矩器各设计性能的影响,对于叶片角组合满足基本设计性能要求的变矩器,可以通过选用合适的叶轮平面流模型,提高其性能:若以起步转矩比评价变矩器,采用导轮为等速流或有势流、第一涡轮为有势流或反势流模型;若以效率评价变矩器,采用导轮为等速流或反势流、泵轮为反势流模型;若以最大能容评价变矩器,采用导轮为等速流模型。所提面向变矩器设计性能的叶轮平面流模型选用方法,可以在叶片数、叶片角度、叶片厚度不变的情况下,通过合理选用平面流模型提升变矩器某方面性能,对提高其变矩器设计性能具有工程参考价值。