[发明专利]一种限矩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，具体系一种限矩型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法。

(二)背景技术

限矩型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。主要由主动部分和被动部分组成。主动部分包括后辅室、前半联轴节、后半连轴节、弹性块、泵轮和外壳，从动部分主要包括轴和透平轮等。主动部分与原动机联接，被动部分与工作机联接。

液力偶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。液力偶合器靠液体与泵轮、透平轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。它的输出扭矩等于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。

原动机的扭矩，通过偶合器中的工作液体来传递，泵轮将原动机的机械能转变为工作液体的动能，透平轮又将工作液体的动能变为机械能，通过输出轴驱动负载。泵轮和透平轮之间没有机械联系，能量的传递完全由工作介质——油来完成。

限矩型液力偶合器是一种动力式液力传动元件。由于它能够带动负载平稳启动，改善启动性能，提高启动能力，实现过载保护作用，又能隔离振动和冲击，在多台电机传动链中均衡各电机的负荷并减小电网的冲击电流，且具有效率高，结构简单等优点，所以被广泛地应用在电厂输煤系统设备中。

限矩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，建立限矩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。

作为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的设计的精确度、正确性和顺利实施。

(三)发明内容

本发明的目的是提供限矩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：

一种限矩型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法，其特征是：将所述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运动量：

①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

M_y＝λγD⁵n_B²(1)

式中D-作用直径；

λ-液力偶合器力矩系数；

γ-油液重力系数；

n_T-液力偶合器透平轮转速n_T，即机械系统转速

②电动机和液力偶合器联合力矩特性

在电动机和液力偶合器实际运行中，n_B、n_T和i都是变化的，所以它们的力矩特性也都是在不断地变化，这样复杂的液——机耦合现象可用下述两运动方程来描述，即将液力偶合器泵轮与电动机刚性相联部分作为一部分，将液力偶合器透平轮与减速器及输送机刚性相联部分作为另一部分，两者相对独立，但中间的力矩相同，传动比也相同。这样前者的运动方程为