原始特性: 探究13.3.2

必须指出，液力变矩器的外特性和通用特性都是对一定形式和尺寸的液力变矩器而言的。因此，即便对同一类型的液力变矩器，当尺寸和泵轮转速变化后，其外特性曲线和通用特性曲线都完全不同。因此，为了表示液力变矩器的性能，目前广泛应用原始特性曲线。

液力变矩器的原始特性曲线能够确切表示一系列不同转速、不同尺寸而几何相似的液力变矩器的基本性能，而且根据原始特性曲线，可以通过计算获得在此系列中任一液力变矩器的外特性或通用特性。

根据液力变矩器的相似原理，对于几何相似（有关尺寸成比例）、运动相似（液力变矩器的工况i=nT/nB相同）、动力相似（液流的雷诺数相等）的一系列变矩器存在如下关系：

式中，λQ——流量系数；

λH——能头系数；

λM——转矩系数；

λN——功率系数。

式（13.3.4）表明，对几何相似的液力变矩器，只要在相同的液力变矩器转速比i和相同的雷诺数Re下，上述各参数的比值λQ、λH、λM、λN是不变的常量。

对于几何相似的液力变矩器，当速比i不同或雷诺数Re不同时，上述各无因次系数将是不同的。因此，上述各系数是转速比i和Re的函数，即

根据黏性液体在圆管中流动的分析，当雷诺数Re达到某一值后，圆管中的损失将成为不变的常数，液体进入这种雷诺数的区域后，比较两种液流状态时，不一定要严格遵循雷诺数Re相等的原则，就可以保证两液流动力学相似。大于雷诺数Re某值后的这一区域，称为“自动模型区”。

对于液力变矩器来说也存在“自动模型区”。多种液力变矩器试验表明，当雷诺数Re=（nBD2）/ν数值超过（5～8）×105后，Re对λQ、λH、λM、λN各系数的影响就很小，并可以认为已经进入“自动模型区”。此时雷诺数Re对上述参数的影响就不予考虑，各系数仅是速比i的系数。

上述函数关系从不同的方面说明了一系列几何相似液力变矩器的基本性能。其中，最广泛应用的是液力变矩器转矩系数λM的特性。

根据相似原理，对于几何相似的液力变矩器的泵轮和涡轮，分别可得转矩系数为

式中，λMB——泵轮的转矩系数；

λMT——涡轮的转矩系数。

由于这些符号经常用到，以后简写为λB和λT。

由于同一类型而且几何相似的液力变矩器，在尺寸不同的情况下有相同的λB=f（i）和λT=f（i）曲线。这些曲线能够本质地反映某系列液力变矩器的性能，因此被称作液力变矩器的原始特性。

根据液力变矩器的原始特性，可以派生出两个表示液力变矩器性能的重要无因次特性，即变矩比K=f（i）和效率η=f（i）。

液力变矩器的变矩比K等于涡轮输出转矩-MT与泵轮输入转矩MB之比，即

在某一i时，可得到相应的λB和λT，因而可求得一个K值。在不同的i时，可求得不同的K值，因此变矩比K是i的函数。

K=f（i）是表示几何相似液力变矩器的一个重要无因次曲线。把K=f（i）曲线关系称为液力变矩器的变矩特性。

液力变矩器效率η等于涡轮输出效率NT与泵轮输入效率NB之比，即

液力变矩器的效率也是i的函数。η=f（i）也是表示几何相似液力变矩器性能的一个重要无因次曲线。把η=f（i）的关系曲线称为液力变矩器的效率特性或经济特性曲线。(www.xing528.com)

目前，表示某种几何相似的液力变矩器（或系列化产品的液力变矩器）基本性能的最常用方法，是给出该种液力变矩器的原始特性（图13.3.3）：

图13.3.3　液力变矩器的原始特性

有了原始特性曲线，可以很方便地获得液力变矩器的外特性。

当泵轮转速nB和工作油的品种选定时，MB、-MT和η可由如下公式计算：

在原始特性曲线上任意给定一个i，就可以求得一个对应的nT，并同时相应地求得此nT时的MT、MB和η。因此，有效直径为D的液力变矩器的外特性就可以完全确定。

将原始特性看作一系列几何相似的液力变矩器所共同具有的特性时，严格地说只保证了几何相似和运动相似两个条件，非“自动模型区”内，雷诺数相等的动力相似条件一般得不到满足。因此在实际应用原始特性时，应注意泵轮转速nB和工作液体黏度。

在实际应用原始特性时，应该注意实验得到的原始特性时的输入转速nB、有效直径D和工作液体黏度ν，因为这些因素都是影响雷诺数Re的。

必须指出，一系列几何相似的液力变矩器，要具有相同的原始特性，只有满足几何相似、运动相似和动力相似3个条件。如果满足了几何相似和运动相似条件，而动力相似不能满足，如同一液力变矩器在相同工况下而转速nB及工作油的品种和工作温度导致对应黏度不同时，将影响雷诺数Re，所获得的试验特性也有所差别，有时差别很大。几何相似的条件，对于尺寸相差较大的液力变矩器来说，由于工艺条件的限制，很难得到保证，因而也会引起性能的差别。

因此严格地说，对一系列几何相似的液力变矩器，当泵轮转速nB不同、工作油不同以及有效直径D不同时，原始特性并不相同。为使原始特性能够适用于一定范围内不同的泵轮转速nB和有效直径D的液力变矩器，可以通过实验获取的修正公式计算，如nB和D对变矩比K和效率η的影响。同样以下标m代表模型液力元件，下标s代表实物液力元件。

必须指出，这类修正公式都有一定的修正性，仅适用于某种形式和一定范围内不同的泵轮转速nB及有效直径D数值的液力变矩器。

图13.3.4表示了液力变矩器在不同泵轮转速nB时得到的试验特性。在一定转速范围内，nB增大时，效率η和变矩比K都有所提高。

图13.3.5所示为某液力变矩器在应用不同工作液体及不同泵轮输入转矩条件下，试验得到的原始特性。由图可以看出，在相同的泵轮转矩MB下，用黏性较低的AY油，一般有较高的效率。当用同一种工作油时，若MB值越小，则效率越低，变矩比也低，而泵轮转矩系数λB随MB增大也略有下降，一般不超过3％～5％。

图13.3.4　泵轮转速对性能的影响

图13.3.5　不同工作液体及泵轮输入转矩对原始特性的影响

1—MB=250 N·m；2—MB=150 N·m；3—MB=80 N·m（以上均用同一种油，t=90℃）

图13.3.6表示了不同有效直径D对原始特性的影响。一般来说，有效直径D增大，其性能有所提高。如图上表示的某液力变矩器，其有效直径由340 mm增大至470 mm时，最高效率ηmax由90％增加至92％，起动变矩比由3.10增加至3.48。

图13.3.6　不同有效直径对原始特性的影响

国际上表示液力变矩器性能的方法是基本一致的，但也有所不同。例如美国SAE标准规定，液力变矩器的性能可用以下两组曲线表示，即

式中，T——变矩比，且T=-MT/MB；

k——容量特性系数，有

可见，容量特性系数k与泵轮转矩系数λB开方后的倒数成正比，且k与λB一一对应。