[发明专利]一种调速型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种机械工程领域有关液力偶合器的建模方法，具体系一种调速型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法。

(二)背景技术

液力偶合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，又称液力联轴器。液力耦合器的泵轮和透平轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，透平轮装在输出轴上。动力机(内燃机、电动机等)带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入透平轮后即推动透平轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴，最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。液力耦合器靠液体与泵轮、透平轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。它的输出扭矩等於输入扭矩减去摩擦力矩，所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接。液力耦合器能消除冲击和振动，输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加，过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏，当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速，使传递扭矩趋於零。

调速型液力偶合器为，液力偶合器工作腔内充入一定量的工作液(一般为32号透平油)，工作轮泵轮从电动机上获得机械能，并转化为液体能，推动透平轮旋转，透平轮把液体能转化为机械能，通过油输出，带动工作机工作，周而复始，实现了从原动机到工作机之间的能量传递。调速型液力偶合器之所以能够调速，是通过偶合器的导管改变导管开度，从而改变工作腔内工作液的充满度，在电机转速不变的情况下，实现对工作机的无级调速，改变输出功率的大小。偶合器配备有电动执行器，能接受执行控制信号并操作导管开度，亦可按用户要求配自动测速装置，可以实现手动调节转速或自动控制。

调速型液力偶合器的具体结构由泵轮、透平轮、转动外壳、导流管等组成。泵轮和透平轮对称布置，中间保持一定间隙，轮内有几十片径向辐射的叶片，运转时在偶合器中充油，当输入轴带动泵轮旋转时，进入泵轮的油在叶片带动下，因离心力作用由泵轮内侧流向外缘，形成高压高速液流冲向透平轮叶片，使透平轮跟随泵轮作同向旋转，油在透平轮中由外缘流向内侧被迫减压减速，然后流入泵轮，在这种循环中，泵轮将原动机的机械能转变成油的动能和势能，而透平轮则将油的动能和势能又转变成输出轴的机械能，从而实现能量的柔性传递。转动外壳与泵轮相连，转动外壳腔内放置一根可径向位移的导流管，运转时，腔内的油随转动外壳一起以与泵轮相同的转速旋转，以圆周速度旋转的油环碰到固定不转(只能移动)的导流管头孔口，动能就变成位能，油环的油即自导流管流出，偶合器中的充油量只能与导流管孔口相齐平，只要改变导流管的位置，就能改变偶合器中的充油度，也就可以在原动机转速不变的条件下实现工作机的无级调速。

调速型液力偶合器常用来驱动复杂机械系统。用数值逐步积分法对复杂机械系统进行运行特性分析可实现在设计阶段预测和优化其动态性能，进而实现对复杂机械系统运行过程进行控制和优化。而要做到这些，建立调速型液力偶合力矩方程或数学模型是进行系统特性计算和分析的关键。

现有技术的方法是用液力偶合器原始特性曲线直接激励机械系统，由于液力偶合器原始特性曲线是考虑电动机和泵轮转速已达到某个稳定速度，这样的计算方法忽略了电动机和泵轮转速由零增加到某个稳定速度的过渡过程，计算的结果与实际情况不完全相符，会影响整个复杂机械系统设计的正确性、精确度以及合理实施。

(三)发明内容

本发明的目的是提供调速型液力偶合器及由其驱动的复杂机械系统的建模方法，使其包括电动机和泵轮转速由零增加到某个稳定速度的过渡过程，更加逼近真实状态。

本发明的目的由以下方法实现：

一种调速型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法，其特征在于：将以上的机械系统分成两个独立部分分别进行建模，将液力偶合器的泵轮和透平轮分开处理，一个独立部分是电动机与液力偶合器的泵轮相连接，另一个独立部分是液力偶合器的透平轮与机械系统相连接，分别建立各自的运动方程，根据这两个方程求解机械系统中的各运动量：

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传动比i＝n_T/n_B和工作液体重度一定时，液力偶合器泵轮所传递的力矩M_B与泵轮转速n_B之间的关系，即M_B＝f(n_B)的函数关系，它实际上是一簇抛物线，即