液力调速装置基本特性的仿真研究

　　引 言

　　液力调速装置与液压调速装置相比较，具有体积小、重量轻、寿命长、维护简便、抗污染能力强等优点。但其效率和输出功率比国内目前普遍采用的液压调速装置稍低。通过研究液力传动调速装置，找出影响调速特性的主要因素，从而扬长避短，发挥液力调速装置的优势。

　　1 液力调速装置原理

　　液力调速装置主要由液力变矩器、离心调节器、摆阀控制活塞缸、导叶调节机构四大部件构成(见图1)。主要传动部件液力变矩器由泵轮、涡轮、导轮组成，是将动能转化为流体动能，再将流体动能转化为机械能的扭矩传递部件，它由于无接触传扭，而没有机械摩擦，元件寿命更长，对油液污染度的要求更低。

　　发动机输出转速带动液力变矩器中的泵轮旋转，从而带动流体流动，使得机械能转化为液体的动能。流体流入液力变矩器的涡轮中冲击涡轮旋转，又将流体动能转化为涡轮的机械能。涡轮旋转，涡轮同心轴上的离心块向外甩动，从而使得摆阀摆动，开启不同的阀口。使得随动活塞向上或下运动，活塞杆的运动带动齿盘转动。液力变矩器中的导轮叶片固定在齿盘系上，所以导轮叶片齿盘转动而转动，使得流入液力变矩器的流体入流角改变，从而改变液力变矩器的输出转速，最终达到调节转速的目的。

　　2 液力调速装置的建模

　　本文分别建立液力变矩器、离心调节器、摆阀控制活塞缸、导叶调节机构四大部分的数学模型，从而搭建整个调速系统的仿真模型。

　　2.1 液力变矩器数学建模

　　液力变矩器由泵轮、导轮、涡轮三个叶轮组成。根据流体力学中的叶轮欧拉方程及牛顿定律进行一系列数学变换，得到液力变矩器的微分方程^[1]，如式(1)和式(2)所示。根据此微分方程，将液力变矩器的结构参数代入系数ai中得到其仿真模型(见图2)。

　　如图2所示为根据式(1)和式(2)组成的微分方程，在Simulink环境中建立仿真模型。在液力变矩器的仿真模型中，导轮的安装角θ 和泵轮的输入转速ωB作为输入量，得到液力变矩器的输出转速(即涡轮的输出转速ω_T)。式(1)和式(2)中的系数ai的大小由液力变矩器的泵轮入(出)流角、涡轮入(出)流角、叶轮转动惯量等基本结构参数构成，不受输入参数和输出参数影响，而式中f (θ) 是导轮安装角θ 的函数，不同的安装角θ ，涡轮输出转速ω_T就不同。

　　2.2 离心调节器建模