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     

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.     

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.     

SWYJ315-6双涡轮液力变矩器试制成功

一种新的节能产品——SWYJ315-6双涡轮液力变矩器,去年十二月由省科委委托台州地区科委主持通过了技术鉴定.双涡轮液力变矩器系列试验研究,是机械工业部天津工程机械研究所一九八四年底完成的科研成果,传动效率提高3-4%,对节能有显著效果.临海机械厂于一九八五年引进该叶栅成果,一九八六年三月开始SWY-J315-6双涡轮液力变矩器试制工作,经九个月的努力,完成了试制任务,该液力变矩器是一种以液体为工作介质的扭矩变换器,系二级四元件结构,有泵轮、一级涡轮、二级涡轮、导轮等四个工作轮,可与额定转速为2200转/分的6135,6130发动机相匹配,     

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。     

钣金型液力变矩器内部流场的分析

通过对某型号钣金型液力变矩器结构进行简化,借助Unigraphics、Gambit软件平台,结合现代计算流体力学理论,利用流体仿真软件FLUENT对变矩器内部流场进行了数值计算.结果表明:这种方法的计算结果与试验结果具有很好的一致性;在启动工况和最高效率工况下,泵轮入口附近,非工作面和外环附近出现了高速高压区,工作面与外环相交处有低速低压区,涡轮的内环面与工作面相交的地方出现了脱流和回流,流道曲率变化最大的地方出现了高压区;导轮在启动工况下,非工作面上有脱流和低速区,最高效率工况下,速度和压力分布相对较好.     

基于计算流体力学的循环圆设计参数对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,建立了液力变矩器参数化流道模型并进行三维流场仿真计算,与试验数据对比结果验证了参数化模型的可靠性。在此基础上,分别研究了相对截面积、扁平率、循环圆径向比和进出口半径等循环圆设计参数对液力变矩器性能的影响,并对比分析了各设计参数对液力性能的影响程度。结果表明,相对截面积对失速泵轮能容系数影响最大,但对失速变矩比和最大效率影响最小;扁平率、泵轮出口半径和导轮进出口半径对失速变矩比均有较大影响;而泵轮出口半径对最大效率影响最大。研究结果为液力变矩器的优化设计提供了理论参考。     

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.     

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.     

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.      

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.      

导叶可调式液力变矩器导轮特性研究

液力变矩器内部流动复杂,是非定常、不可压缩、三维、黏性流体的流动.可调式液力变矩器在三元件变矩器基础上增加可调导轮.在可调式液力变矩器可调导轮导叶存在多个开度的基础上,建立不同开度下的变矩器全流道模型;采用分离式求解器、SIMPLE算法及大涡模拟湍流模型对变矩器内部流动进行数值模拟.基于变矩器内部流场数值模拟结果,分析其流动特性,研究导轮的工作特性,得到固定导轮与可调导轮的作用,可为可调式液力变矩器性能改善和导叶的设计提供参考.     

液力变矩器耦合及倒拖工况仿真优化方法研究

着眼于液力变矩器在耦合工况之后乃至倒拖工况的仿真计算分析方法研究,以改变在液力变矩器传统的仿真计算中耦合点之后的液力性能计算并不能被很好呈现的缺点,通过CFD(computational fluid dynamics)及最小二乘拟合的方式加入了导轮在耦合工况内的影响,对液力变矩器企业开发过程有着现实意义.     

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.     

液力变矩器机构变量交互作用研究

为解决现有液力变矩器机构变量优化设计中采用分步优化方法存在的问题,通过对比台架试验数据确认了三维流体仿真结果的准确性,运用正交试验、通过全流道流体仿真得到了起动变矩比、最高效率和最高效率工况下泵轮扭矩系数;采用方差分析法研究了机构变量间的交互作用对液力变矩器性能影响的显著性,在考虑交互作用的基础上建立了五元三次响应曲面模型且应用多目标遗传算法进行了优化。研究表明:机构变量间交互作用显著影响着液力变矩器的性能,采用机构变量综合优化方法优化后,起动变矩比提高了0.336,最高效率提高了2.1%,最高效率工况下泵轮扭矩系数提高了0.306×10-6 min2·r-2·m-1。     

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.     

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.     

牵引工况下大功率液力变矩器总成热特性研究

针对推土机在往返工况下液力变矩器油温经常超工作范围问题,分析其液力变矩器内部油温与车辆工况的变化规律,并对液力变矩器液压供油系统进行温度调节与保护,开展牵引工况下大功率液力变矩器总成的热特性研究。以热平衡理论为基础,分析推导液力变矩器的能量损失、传递效率、热量的产生和散失与油温之间关系。利用液力变矩器总成的台架试验,测试了YJ380型大功率液力变矩器在牵引工况下的扭矩、转速、流量、油温等基本特性参数。以试验数据为基础,建立了140kW柴油发动机与该大功率液力变矩器的数学模型,并对其共同工作的数学模型进行了分析;在发动机与液力变矩器功率匹配的基础上,通过计算液力变矩器的能量损失以及散热器的散热效率,得出液力变矩器在不同工况下的内部油温。针对液压系统由于泵排量不足导致的油温过高现象,搭建供油系统模型,通过对液压系统的流量调节优化了液力变矩器总成的热平衡特性,通过控制液力变矩器的闭锁离合器对系统进行了温度保护。最后,将试验结果与数值模拟结果进行了对比验证。研究结果表明:利用发动机与液力变矩器共同工作数学模型计算的油温与实测出口、入口油温均值的相对误差约为2%,验证了该数学模型的正确性;在液力变矩器供油系统基础上,建立了恒温控制及温度的自动保护方案,当油温为60℃~80℃,或100℃~120℃时,通过调节系统流量能保持温度恒定,当油温小于60℃或大于120℃时,通过闭解锁控制可以保证液力变矩器动力总成的可靠性。     

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 .