[發明專利]一種調速型液力偶合器驅動復雜機械系統的建模方法

無效

• 申請號: 200810036763.6
• 申請日: 2008-04-29
• 公開（公告）號: CN101303705A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 李光布
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 季申清

(一)技術領域

本發明涉及一種機械工程領域有關液力偶合器的建模方法，具體系一種調速型液力偶合器驅動復雜機械系統的建模方法。

(二)背景技術

液力偶合器是以液體為工作介質的一種非剛性聯軸器，又稱液力聯軸器。液力耦合器的泵輪和透平輪組成一個可使液體循環流動的密閉工作腔，泵輪裝在輸入軸上，透平輪裝在輸出軸上。動力機(內燃機、電動機等)帶動輸入軸旋轉時，液體被離心式泵輪甩出。這種高速液體進入透平輪后即推動透平輪旋轉，將從泵輪獲得的能量傳遞給輸出軸，最后液體返回泵輪，形成周而復始的流動。液力耦合器靠液體與泵輪、透平輪的葉片相互作用產生動量矩的變化來傳遞扭矩。它的輸出扭矩等於輸入扭矩減去摩擦力矩，所以它的輸出扭矩恒小于輸入扭矩。液力耦合器輸入軸與輸出軸間靠液體聯系，工作構件間不存在剛性聯接。液力耦合器能消除沖擊和振動，輸出轉速低于輸入轉速，兩軸的轉速差隨載荷的增大而增加，過載保護性能和起動性能好，載荷過大而停轉時輸入軸仍可轉動，不致造成動力機的損壞，當載荷減小時，輸出軸轉速增加直到接近于輸入軸的轉速，使傳遞扭矩趨於零。

調速型液力偶合器為，液力偶合器工作腔內充入一定量的工作液(一般為32號透平油)，工作輪泵輪從電動機上獲得機械能，并轉化為液體能，推動透平輪旋轉，透平輪把液體能轉化為機械能，通過油輸出，帶動工作機工作，周而復始，實現了從原動機到工作機之間的能量傳遞。調速型液力偶合器之所以能夠調速，是通過偶合器的導管改變導管開度，從而改變工作腔內工作液的充滿度，在電機轉速不變的情況下，實現對工作機的無級調速，改變輸出功率的大小。偶合器配備有電動執行器，能接受執行控制信號并操作導管開度，亦可按用戶要求配自動測速裝置，可以實現手動調節轉速或自動控制。

調速型液力偶合器的具體結構由泵輪、透平輪、轉動外殼、導流管等組成。泵輪和透平輪對稱布置，中間保持一定間隙，輪內有幾十片徑向輻射的葉片，運轉時在偶合器中充油，當輸入軸帶動泵輪旋轉時，進入泵輪的油在葉片帶動下，因離心力作用由泵輪內側流向外緣，形成高壓高速液流沖向透平輪葉片，使透平輪跟隨泵輪作同向旋轉，油在透平輪中由外緣流向內側被迫減壓減速，然后流入泵輪，在這種循環中，泵輪將原動機的機械能轉變成油的動能和勢能，而透平輪則將油的動能和勢能又轉變成輸出軸的機械能，從而實現能量的柔性傳遞。轉動外殼與泵輪相連，轉動外殼腔內放置一根可徑向位移的導流管，運轉時，腔內的油隨轉動外殼一起以與泵輪相同的轉速旋轉，以圓周速度旋轉的油環碰到固定不轉(只能移動)的導流管頭孔口，動能就變成位能，油環的油即自導流管流出，偶合器中的充油量只能與導流管孔口相齊平，只要改變導流管的位置，就能改變偶合器中的充油度，也就可以在原動機轉速不變的條件下實現工作機的無級調速。

調速型液力偶合器常用來驅動復雜機械系統。用數值逐步積分法對復雜機械系統進行運行特性分析可實現在設計階段預測和優化其動態性能，進而實現對復雜機械系統運行過程進行控制和優化。而要做到這些，建立調速型液力偶合力矩方程或數學模型是進行系統特性計算和分析的關鍵。

現有技術的方法是用液力偶合器原始特性曲線直接激勵機械系統，由于液力偶合器原始特性曲線是考慮電動機和泵輪轉速已達到某個穩定速度，這樣的計算方法忽略了電動機和泵輪轉速由零增加到某個穩定速度的過渡過程，計算的結果與實際情況不完全相符，會影響整個復雜機械系統設計的正確性、精確度以及合理實施。

(三)發明內容

本發明的目的是提供調速型液力偶合器及由其驅動的復雜機械系統的建模方法，使其包括電動機和泵輪轉速由零增加到某個穩定速度的過渡過程，更加逼近真實狀態。

本發明的目的由以下方法實現：

一種調速型液力偶合器驅動復雜機械系統的建模方法，其特征在于：將以上的機械系統分成兩個獨立部分分別進行建模，將液力偶合器的泵輪和透平輪分開處理，一個獨立部分是電動機與液力偶合器的泵輪相連接，另一個獨立部分是液力偶合器的透平輪與機械系統相連接，分別建立各自的運動方程，根據這兩個方程求解機械系統中的各運動量：

①所述限矩型液力偶合器的力矩特性：

限矩型液力偶合器力矩特性是指傳動比i＝n_T/n_B和工作液體重度一定時，液力偶合器泵輪所傳遞的力矩M_B與泵輪轉速n_B之間的關系，即M_B＝f(n_B)的函數關系，它實際上是一簇拋物線，即