CN103899726B - 一种工程机械用闭锁式液力变矩器 - Google Patents

一种工程机械用闭锁式液力变矩器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工程机械用闭锁式液力变矩器，包括设置在罩轮组件以及涡轮组件所形成的罩涡工作腔中的离合器组件和活塞组件；离合器组件包括减振器、摩擦片、盘毂以及挡板；活塞组件包括活塞、第一密封组件以及第二密封组件；挡板固定在罩轮壳上，盘毂的一端与涡轮毂连接，盘毂的另一端与减振器接触，摩擦片固定在减振器上；圆环本体的内表面通过第一密封组件与罩轮毂接触，外表面通过第二密封组件与罩轮壳接触，罩轮壳内壁上设置有花键，限位挡块花键导向运动能够作用在摩擦片上。本发明为了解决现有的三元件向心涡轮式液力变矩器效率低、车辆燃油消耗高的技术问题，通过对液力变矩器叶栅合理设计，优化与发动机的匹配，获得良好的动力性。

Description

一种工程机械用闭锁式液力变矩器
技术领域
本发明涉及一种闭锁式液力变矩器，它主要用于工程机械车辆。
背景技术
液力变矩器是工程机械传动***中的一个核心部件，安装于发动机和变速箱之间，利用液体的流动将发动机扭矩平稳地传递到变速箱，能够有效衰减发动机及传动***的扭振和动负荷，使装有该元件的工程机械车辆具有良好的起动性、平稳性和对外载荷的自动适应性。对延长发动机和传动***使用寿命显著，使车辆获得良好的低速性能，提高对各种复杂路面的通过能力。现有的三元件向心涡轮式液力变矩器包括涡轮、导轮和泵轮，其高效范围很窄，在低速和高速区的效率很低，使车辆燃油消耗高。
发明内容
为了解决现有的三元件向心涡轮式液力变矩器效率低、车辆燃油消耗高的技术问题，本发明提供一种工程机械用闭锁式液力变矩器。为了提高工程车辆燃油效率和动力性，通过对液力变矩器叶栅合理设计，优化与发动机的匹配，获得良好的动力性。同时增加闭锁离合器元件，在液力变矩器低速和高速工况时，闭锁离合器工作，将发动机能量通过闭锁离合器直接传递到涡轮，减少能量损失，提高燃油效率。并增加闭锁减振机构，以利降低振动、噪音及对变速箱的冲击。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种工程机械用闭锁式液力变矩器，包括罩轮组件、涡轮组件、泵轮组件以及导轮组件；
所述罩轮组件包括罩轮毂21、罩轮壳22；所述涡轮组件包括涡轮毂72、涡轮体71；所述泵轮组件包括泵轮毂91、泵轮体92；所述导轮组件包括导轮体81和外座圈82；
其特殊之处在于：还包括设置在罩轮组件、涡轮以及涡轮毂所形成的罩涡工作腔中的离合器组件和活塞组件；
所述离合器组件包括减振器10、摩擦片5、盘毂13以及挡板6；
所述活塞组件包括活塞3、第一密封组件1以及第二密封组件4；
所述挡板6固定在罩轮壳22上，所述盘毂13的一端通过花键与涡轮毂连接，所述盘毂13的另一端与减振器10接触，所述摩擦片5固定在减振器上，摩擦片5能够与挡板6和活塞接触；
所述活塞包括圆环本体31和设置在圆环上的限位挡块32，所述圆环本体的内表面通过第一密封组件1与罩轮毂接触，所述圆环本体的外表面通过第二密封组件4与罩轮壳22接触，所述罩轮壳内壁上设置有花键15，所述限位挡块32沿罩轮壳内壁上的花键15导向运动能够作用在摩擦片5上。
上述第一密封组件包括相互接触的第一密封圈11和第一表面环12以及设置在圆环本体内表面上的第一密封槽，所述第一表面环与罩轮毂之间形成密封面，所述第一密封圈安装第一密封槽内。
上述第二密封组件包括相互接触的第二密封圈41和第二表面环42以及设置圆环本体外表面上的第二密封槽，所述第二表面环与罩轮壳22之间形成密封面，所述第二密封圈安装在第二密封槽内。
液力变矩器循环圆直径φD为340±4mm；
各工作轮中间流线的平均进、出口半径：
泵轮体中间流线的进口平均半径ρB1＝97.4±2mm；
泵轮体中间流线的出口平均半径ρB1＝158.5±2mm；
涡轮体中间流线的进口平均半径ρT1＝158.5±2mm；
涡轮体中间流线的出口平均半径ρT2＝97.4±2mm；
导轮体中间流线的进口平均半径ρD1＝91±2mm；
导轮体中间流线的出口平均半径ρD2＝91±2mm；
各工作轮叶片中间流线的进、出口角为：
泵轮叶片进口角βB1＝95°～100°；
泵轮叶片出口角βB2＝103°～108°；
涡轮叶片进口角βT1＝29°～34°；
涡轮叶片出口角βT2＝138°～143°；
导轮叶片进口角βD1＝115°～120°；
导轮叶片出口角βD2＝23°～28°；
各工作轮进出口流道相对宽度B：
泵轮叶片进口流道相对宽度BB1＝0.23±0.02；
泵轮叶片出口流道相对宽度BB2＝0.23±0.02；
涡轮叶片进口流道相对宽度BT1＝0.15±0.02；
涡轮叶片出口流道相对宽度BT2＝0.23±0.02；
导轮叶片进口流道相对宽度BD1＝0.42±0.02；
导轮叶片出口流道相对宽度BD2＝0.45±0.02；
各工作轮叶片数量：
泵轮叶片数ZB＝31；
涡轮叶片数ZT＝29；
导轮叶片数ZD＝11；
各工作轮进口处法向厚度δn1和出口处叶片的法向厚度δn2：
泵轮进、出口处叶片法向厚度δB1＝δB2＝1.5mm；
涡轮进、出口处叶片法向厚度δT1＝δT2＝1.5mm；
导轮进口处叶片法向厚度δD1＝12mm，导轮出口处叶片法向厚度δD2＝2.2mm。
上述减振器扭转特性在极限扭矩1295N.m下，极限转角为转角7.5±0.5度。
上述所述摩擦片5通过铆钉14固定在减振器上。
本发明所具有的优点：
1、本发明液力变矩器离合器采用一体式结构，集扭转减振与锁止功能于一体；活塞密封取消传统的矩形圈形式，采用新的特殊密封结构，即一个O形施力元件和一个硬度较高的表面环。
2、由于采用一体式离合器，闭锁离合器组件结构紧凑，扭转减振特性更优良，提高了工程车辆的舒适性，对变速箱的冲击更小，产品装配及维修成本降低。
3、本发明活塞采用新的密封结构，密封效果更好，密封件与密封面磨损降低，密封可靠性更高；合理的循环圆与叶栅参数，达到所需性能，使车辆动力匹配更合理；使装有该液力变矩器的工程机械获得良好的燃油效率和动力性。
4、本发明闭锁离合器传递极限扭矩为1295N.m；液力变矩器的零速泵轮千转公称力矩MBg0＝150×(1±5％)N.m，零速变矩比为K0＝2.75×(1±5％)，最高效率η≥80％。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构图；
图2为离合器组件示意图；
图3是泵轮叶栅外形示意图；
图4是涡轮叶栅外形示意图；
图5是各工作轮沿中间流线剖面的展开图；
图6是各工作轮的轴面图；
图7是液力变矩器原始特性曲线图；
图8是第一密封组件结构图；
图9为第二密封组件结构图；
其中附图标记为：1-第一密封组件，11-第一密封圈，12-第一表面环，21-罩轮毂、22-罩轮壳，3-活塞，31-圆环本体，32-限位挡块，4-第二密封组件，41-第二密封圈，42-第二表面环，5-摩擦片，6-挡板，72-涡轮毂，71-涡轮体，81-导轮体，82-外座圈，91-泵轮毂，92-泵轮体，10-减振器，13-盘毂，14-铆钉，15-花键。
具体实施方式
如图1所示，工程机械用闭锁式液力变矩器，包括罩轮组件、涡轮组件、泵轮组件以及导轮组件；罩轮组件包括罩轮毂21、罩轮壳22；涡轮组件包括涡轮毂72、涡轮体71；泵轮组件包括泵轮毂91、泵轮体92；导轮组件包括导轮体81和外座圈82；还包括设置在罩轮组件、涡轮以及涡轮毂所形成的罩涡工作腔中的离合器组件和活塞组件。
如图2所示，离合器组件包括减振器10、摩擦片5、盘毂13以及挡板6；活塞组件包括活塞3、第一密封组件1以及第二密封组件4；挡板6固定在罩轮壳22上，盘毂13的一端通过花键与涡轮毂连接，盘毂13的另一端与减振器10接触，摩擦片5固定在减振器上，一般通过铆钉14固定。摩擦片5能够与挡板6和活塞3接触；活塞包括圆环本体31和设置在圆环上的限位挡块32，圆环本体的内表面通过第一密封组件1与罩轮毂21接触，圆环本体的外表面通过第二密封组件4与罩轮壳22接触，罩轮壳内壁上设置有花键15，限位挡块32沿罩轮壳内壁上的花键15导向运动能够作用在摩擦片5上。
各叶轮具体结构参数如下：
液力变矩器循环圆直径φD为340±4mm；
各工作轮中间流线的平均进、出口半径：
泵轮体中间流线的进口平均半径ρB1＝97.4±2mm；
泵轮体中间流线的出口平均半径ρB1＝158.5±2mm；
涡轮体中间流线的进口平均半径ρT1＝158.5±2mm；
涡轮体中间流线的出口平均半径ρT2＝97.4±2mm；
导轮体中间流线的进口平均半径ρD1＝91±2mm；
导轮体中间流线的出口平均半径ρD2＝91±2mm；
各工作轮叶片中间流线的进、出口角为：
泵轮叶片进口角βB1＝95°～100°；
泵轮叶片出口角βB2＝103°～108°；
涡轮叶片进口角βT1＝29°～34°；
涡轮叶片出口角βT2＝138°～143°；
导轮叶片进口角βD1＝115°～120°；
导轮叶片出口角βD2＝23°～28°；
各工作轮进出口流道相对宽度B：
泵轮叶片进口流道相对宽度BB1＝0.23±0.02；
泵轮叶片出口流道相对宽度BB2＝0.23±0.02；
涡轮叶片进口流道相对宽度BT1＝0.15±0.02；
涡轮叶片出口流道相对宽度BT2＝0.23±0.02；
导轮叶片进口流道相对宽度BD1＝0.42±0.02；
导轮叶片出口流道相对宽度BD2＝0.45±0.02；
各工作轮叶片数量：
泵轮叶片数ZB＝31；
涡轮叶片数ZT＝29；
导轮叶片数ZD＝11；
各工作轮进口处法向厚度δn1和出口处叶片的法向厚度δn2：
泵轮进、出口处叶片法向厚度δB1＝δB2＝1.5mm；
涡轮进、出口处叶片法向厚度δT1＝δT2＝1.5mm；
导轮进口处叶片法向厚度δD1＝12mm，导轮出口处叶片法向厚度δD2＝2.2mm。
图2是采用上述参数，设计的泵轮叶栅外形图，图3为涡轮叶栅外形图；
图4是各工作轮沿中间流线剖面的展开图；图5是各工作轮的轴面图；
图6是液力变矩器原始特性曲线图；其中a曲线为效率曲线，b曲线为变矩比曲线，c曲线为能容曲线，横坐标表示速比i，左纵轴为能容Mbg(N·m)，右纵轴为变矩比(效率)。
液力变矩器的零速泵轮(能容)千转公称力矩MBg0＝150×(1±5％)N.m，零速变矩比为K0＝2.75×(1±5％)，最高效率η≥80％；闭锁离合器传递极限扭矩为1295N.m；减振器扭转特性在极限扭矩1295N.m下，极限转角为转角7.5±0.5度。如图7所示，第一密封组件包括相互接触的第一密封圈11和第一表面环12以及设置在圆环本体内表面上的第一密封槽，第一表面环与罩轮毂之间形成密封面，第一密封圈安装第一密封槽内。
如图8所示，第二密封组件包括相互接触的第二密封圈41和第二表面环42以及设置圆环本体外表面上的第二密封槽，第二表面环与罩轮壳之间形成密封面，第二密封圈安装在第二密封槽内。
本发明的工作原理：
闭锁工作时花键起承载扭矩及导向作用，传递能量，挡板被固定在罩轮上，活塞通过第一、第二密封组件环建立起一个密闭腔。
闭锁工作时，活塞沿罩轮上花键导向，在闭锁油压作用下推动离合器组件的摩擦片向挡板方向运动，锁止在挡板上，实现发动机功率由罩轮到挡板，再到离合器，最后到涡轮。
解锁时，活塞右侧腔压力大于左侧腔，活塞往罩轮组件侧方向运动，离合器组件处于自由状态，随涡轮一起转动。

Claims (5)

1.一种工程机械用闭锁式液力变矩器，包括罩轮组件、涡轮组件、泵轮组件以及导轮组件；
所述罩轮组件包括罩轮毂(21)、罩轮壳(22)；所述涡轮组件包括涡轮毂(72)、涡轮体(71)；所述泵轮组件包括泵轮毂(91)、泵轮体(92)；所述导轮组件包括导轮体(81)和外座圈(82)；
其特征在于：还包括设置在罩轮组件、涡轮以及涡轮毂所形成的罩涡工作腔中的离合器组件和活塞组件；
所述离合器组件包括减振器(10)、摩擦片(5)、盘毂(13)以及挡板(6)；
所述活塞组件包括活塞(3)、第一密封组件(1)以及第二密封组件(4)；
所述挡板(6)固定在罩轮壳(22)上，所述盘毂(13)的一端通过花键与涡轮毂连接，所述盘毂(13)的另一端与减振器(10)接触，所述摩擦片(5)固定在减振器上，摩擦片(5)能够与挡板(6)和活塞接触；
所述活塞包括圆环本体(31)和设置在圆环上的限位挡块(32)，所述圆环本体的内表面通过第一密封组件(1)与罩轮毂接触，所述圆环本体的外表面通过第二密封组件(4)与罩轮壳(22)接触，所述罩轮壳内壁上设置有花键(15)，所述限位挡块(32)沿罩轮壳内壁上的花键(15)导向运动能够作用在摩擦片(5)上；所述第一密封组件包括相互接触的第一密封圈(11)和第一表面环(12)以及设置在圆环本体内表面上的第一密封槽，所述第一表面环与罩轮毂之间形成密封面，所述第一密封圈安装在第一密封槽内。
2.根据权利要求1所述的工程机械用闭锁式液力变矩器，其特征在于：所述第二密封组件包括相互接触的第二密封圈(41)和第二表面环(42)以及设置圆环本体外表面上的第二密封槽，所述第二表面环与罩轮壳(22)之间形成密封面，所述第二密封圈安装在第二密封槽内。
3.根据权利要求1-2之任一所述的工程机械用闭锁式液力变矩器，其特征在于：
液力变矩器循环圆直径φD为340±4mm；
各工作轮中间流线的平均进、出口半径：
泵轮体中间流线的进口平均半径ρB1＝97.4±2mm；
泵轮体中间流线的出口平均半径ρB1＝158.5±2mm；
涡轮体中间流线的进口平均半径ρT1＝158.5±2mm；
涡轮体中间流线的出口平均半径ρT2＝97.4±2mm；
导轮体中间流线的进口平均半径ρD1＝91±2mm；
导轮体中间流线的出口平均半径ρD2＝91±2mm；
各工作轮叶片中间流线的进、出口角为：
泵轮叶片进口角βB1＝95°～100°；
泵轮叶片出口角βB2＝103°～108°；
涡轮叶片进口角βT1＝29°～34°；
涡轮叶片出口角βT2＝138°～143°；
导轮叶片进口角βD1＝115°～120°；
导轮叶片出口角βD2＝23°～28°；
各工作轮进出口流道相对宽度B：
泵轮叶片进口流道相对宽度BB1＝0.23±0.02；
泵轮叶片出口流道相对宽度BB2＝0.23±0.02；
涡轮叶片进口流道相对宽度BT1＝0.15±0.02；
涡轮叶片出口流道相对宽度BT2＝0.23±0.02；
导轮叶片进口流道相对宽度BD1＝0.42±0.02；
导轮叶片出口流道相对宽度BD2＝0.45±0.02；
各工作轮叶片数量：
泵轮叶片数ZB＝31；
涡轮叶片数ZT＝29；
导轮叶片数ZD＝11；
各工作轮进口处法向厚度δn1和出口处叶片的法向厚度δn2：
泵轮进、出口处叶片法向厚度δB1＝δB2＝1.5mm；
涡轮进、出口处叶片法向厚度δT1＝δT2＝1.5mm；
导轮进口处叶片法向厚度δD1＝12mm，导轮出口处叶片法向厚度δD2＝2.2mm。
4.根据权利要求3所述的工程机械用闭锁式液力变矩器，其特征在于：所述减振器扭转特性在极限扭矩1295N.m下，极限转角为转角7.5±0.5度。
5.根据权利要求3所述的工程机械用闭锁式液力变矩器，其特征在于：所述摩擦片(5)通过铆钉(14)固定在减振器上。
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