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工程机械在低速大负荷工况下需要有较大的掘进力和工作效率,该性能对工程机械的动力性和经济性有重要影响,因此对该方面的研究具有重要的理论指导意义和实用价值。 在液力传动装置中,双涡轮液力变矩器因其具有启动变矩系数高、调节范围广、高效区范围宽等特点,而具有良好的发展前景和较高的研究价值。本文以束流理论和计算流体力学(CFD)为基础,以YJSW315双涡轮液力变矩器为研究对象,以提高变矩器低转速比(i=0~0.376)工况性能为目标,对变矩器进行叶片数和叶片角的优化,最终得到了提高低转速比工况性能的优化方案。本文的主要内容及结论包括: (1)分别对二级涡轮和导轮叶片进口内外环包角进行了一系列研究,最后得到了内外环包角变化对变矩器性能影响的一般规律:当内环包角角度保持不变时,外环包角角度的减小使低转速比工况的效率得到提升,使中高转速比工况效率下降;当外环包角角度固定不变时,内环包角角度的增加或减小使低转速比工况效率下降,使中高转速比工况效率提升。 (2)对一级涡轮进行优化研究,最终确定了将一级涡轮叶片数优化为36叶片,将叶片朝着减小液流正冲角方向旋转5°的方案,此时叶片进口安放角为64.5°,出口安放角为25.9°,叶片进口液流冲角为3.7°,出口液流冲角为2.4°。 (3)对二级涡轮叶片进口安放角和进口内外环包角角度进行优化研究,最终确定了将二级涡轮朝着减少液流正冲角的方向旋转5°,叶片进口外环包角角度减少12°,内环包角角度减少5°的优化方案。此时叶片进口安放角为136.4°,出口安放角为39°;外环包角为78°,内环包角为78°。二级涡轮的两种优化方案使变矩器启动变矩比由3.91提升到4.23,最优工况效率由82.7%提高到86.5%,低转速比工况效率提升明显。 (4)对导轮叶片数和叶片进口内外环包角角度的优化研究,最终确定了将叶片数优化为24叶片,叶片进口内环包角角度减小0°,外环包角角度减小3°的优化方案,此时外环包角角度为89°,内环包角角度不变。通过优化后,变矩器启动变矩比由4.23提升到了4.36,低转速比工况效率分别提高了0.6%~3.3%不等,最优工况和中高转速比工况效率相较二级涡轮优化前有所下降,但是下降幅度较小,从整体上满足了优化目标。