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双活塞液粘调速离合器动态特性研究

农业机械学报 2014年第7期45卷 1-6页

作者：廖湘平龚国芳王鹤周天宇浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江310027

为了解决液粘调速离合器摩擦副偏磨问题,提高液粘调速离合器摩擦片运动系统的响应速度,提出了一种新型双活塞结构液粘调速离合器。基于摩擦片受力模型,推导出了双活塞结构液粘调速离合器摩擦片间油膜的动态平衡方程及传递函数,并对其动... 详细信息

为了解决液粘调速离合器摩擦副偏磨问题,提高液粘调速离合器摩擦片运动系统的响应速度,提出了一种新型双活塞结构液粘调速离合器。基于摩擦片受力模型,推导出了双活塞结构液粘调速离合器摩擦片间油膜的动态平衡方程及传递函数,并对其动态特性进行了理论分析及仿真研究。结果表明:双活塞结构液粘调速离合器与单活塞的相比输出响应速度明显提高;在输出转速为80 rad/s时,其响应时间可由52 s减少到22 s。

关键词：液粘调速离合器双活塞结构动态特性

基于AMESim的液粘调速离合器动态接合特性研究

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农业机械学报 2016年第6期47卷 324-332页

作者：廖湘平龚国芳孙辰晨王飞浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027

为了在不增加系统装机功率的前提下提升驱动扭矩,设计了一种'电机+飞轮+液粘调速离合器'驱动系统。创建了驱动系统各能量传递环节的数学模型、油膜承载力模型和驱动系统的AMESim仿真模型,揭示了飞轮转动惯量、油膜厚度控制曲线等因素对... 详细信息

为了在不增加系统装机功率的前提下提升驱动扭矩,设计了一种'电机+飞轮+液粘调速离合器'驱动系统。创建了驱动系统各能量传递环节的数学模型、油膜承载力模型和驱动系统的AMESim仿真模型,揭示了飞轮转动惯量、油膜厚度控制曲线等因素对液粘调速离合器动态接合特性的影响规律,得到了扭矩、转速及冲击度变化曲线,搭建了相应的实验台架。仿真和实验结果表明,通过合理控制液粘调速离合器的油膜厚度,实现了持续时间长达50 s的两倍额定扭矩的输出,可满足大中型机械设备对于启动扭矩大、冲击度小的工程需求。

关键词：液粘调速离合器 AMESim 动态接合特性

液粘调速离合器摩擦副传递转矩的计算及热平衡校核

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机床与液压 2009年第3期37卷 83-84,61页

作者：黄桂陈飞李晓亚李鹏中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221008

液粘调速离合器是一种利用摩擦副之间的油膜剪切力来传递动力的新型传动装置,在大功率风机、水泵调速节能和特种车辆、工程机械无级调速方面有着广泛的应用前景。阐述了液粘调速离合器的工作原理,给出了摩擦副传递转矩的理论计算及摩擦... 详细信息

液粘调速离合器是一种利用摩擦副之间的油膜剪切力来传递动力的新型传动装置,在大功率风机、水泵调速节能和特种车辆、工程机械无级调速方面有着广泛的应用前景。阐述了液粘调速离合器的工作原理,给出了摩擦副传递转矩的理论计算及摩擦副的热平衡校核公式,并进行了相关分析。

关键词：液粘调速离合器油膜剪切力摩擦副

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液粘调速离合器在火电厂锅炉送风机上的应用

中国电力 2001年第2期34卷 69-70页

作者：王渝汉江苏省电力试验研究所

介绍液粘调速装置的原理、调速特性及200 MW机组送风机采用液粘调速离合器的运行情况，并与液力偶合器调速特性、设备体积和经济性等进行比较。

关键词：火电厂送风机锅炉液粘调速离合器

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液粘调速离合器液压变频控制系统的设计开发

液粘调速离合器液压变频控制系统的设计开发

作者：李险峰华北电力大学

学位级别：硕士

在90年代初国内引进了液体粘性传动技术，开发了液粘调速离合器专门用于工业大型风机、水泵的调速节能，随着该技术的成功应用，国内生产厂家已基本掌握了液粘传动技术的核心，相继自行设计开发了大型液粘传动离合器，传递扭矩最大达到3... 详细信息

在90年代初国内引进了液体粘性传动技术，开发了液粘调速离合器专门用于工业大型风机、水泵的调速节能，随着该技术的成功应用，国内生产厂家已基本掌握了液粘传动技术的核心，相继自行设计开发了大型液粘传动离合器，传递扭矩最大达到35000N*m，应用领域越来越广泛，现已普遍应用于钢铁、自来水、石化、火电厂的冲渣泵和排烟风机。本文进行液粘调速离合器液压变频控制系统的设计与开发。根据其应用特点，通过研究液压变频控制系统的功能设计及开发过程，运用机械、液压、电气控制的理论，对其开发过程进行解构，提出了一个相对实用的液粘调速离合器控制系统的设计及开发，对设备的控制能力进行了提高改善。首先，本文介绍了课题的选题背景，对国内外发展现状进行了介绍。其次，介绍了液粘调速离合器的基本原理及其控制系统的理论知识。包括液粘传动的概念，系统控制的目标以及各项具体的功能。然后，本文结合液粘调速离合器的实际工况对液压变频控制系统进行了设计和开发，并进行了试验研究，针对试验结果提出了改进措施。控制系统的设计开发从原理到实现各个阶段进行阐述，主要内容为：液粘传动的原理及特性、控制方案及理论分析、元器件的选择、控制系统的设计实现、控制系统的调试试验。最后，根据试验的结果提出了改进系统的措施。

关键词：液粘调速离合器液压变频控制系统设计开发

液粘调速离合器控制与TBM刀盘脱困技术研究

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液粘调速离合器控制与TBM刀盘脱困技术研究

作者：秦永峰浙江大学

学位级别：硕士

硬岩掘进机（TBM）是通过岩石破碎、渣土运输、支撑衬砌和换步推进等完成隧道断面一次性成形的大型隧道开挖装备,主要应用于水利、市政、公路和铁路等隧道建设。TBM在围岩软硬不均、断层破碎带和底层易扰动等恶劣地质环境下掘进时,极易... 详细信息

硬岩掘进机（TBM）是通过岩石破碎、渣土运输、支撑衬砌和换步推进等完成隧道断面一次性成形的大型隧道开挖装备,主要应用于水利、市政、公路和铁路等隧道建设。TBM在围岩软硬不均、断层破碎带和底层易扰动等恶劣地质环境下掘进时,极易发生因围岩收缩变形甚至坍塌而导致的TBM刀盘被困事故。采用人工脱困的方法耗时费力、增加成本、严重耽误工期并具有很大的安全隐患,如果TBM刀盘驱动系统能够提供足够大的脱困扭矩,实现TBM的快速脱困,对于保障TBM的高效掘进具有重要意义。为了提高TBM刀盘驱动系统的输出扭矩,本文在不增加装机功率的前提下设计了基于变频电机、惯性飞轮和液粘调速离合器的TBM刀盘脱困技术方案,通过飞轮的储放能作用来提高驱动系统的输出扭矩,以实现TBM刀盘脱困。液粘调速离合器作为一种柔性传动环节可减少惯性飞轮所带来的冲击,由于接合过程可控,可通过对液粘调速离合器控制油腔压力和活塞位移的控制实时动态调节扭矩输出,使得飞轮所产生的扭矩稳定可控。但液粘调速离合器系统存在较大的非线性、参数不确定性和时变性,其控制问题是难点和关键。因此,研究液粘调速离合器控制技术,提高控制精度和稳定性,并在此基础上将液粘调速离合器视为一个控制性能良好的元件,研究本方案中飞轮和液粘调速离合器的活塞位移轨迹对TBM刀盘脱困性能的影响是实现TBM刀盘脱困的两个重要问题。本文主要研究工作如下:第一章介绍了TBM技术在国内外研究现状和发展历史及其目前存在的不足之处。接着讨论了TBM脱困技术以及TBM刀盘驱动系统的研究现状,介绍了实际工程中处理TBM被困的常规方法,分析了已有刀盘驱动系统的不足之处,引出了本课题针对TBM被困问题所提出的基于变频电机、惯性飞轮和液粘调速离合器的脱困方案,并对本方案中的核心部件液粘调速离合器的相关技术进行调研。最后分析了现有研究所存在的不足之处,并阐述了本文的主要研究内容和研究意义。第二章主要对液粘调速离合器进行系统建模,对液粘调速离合器活塞进行受力分析,建立其动力学方程,并重点对油膜承载力进行详细推导;设计了液粘调速离合器高低压工况下独立控制的泵阀联合控制液压控制系统,高压时液压泵转速恒定,采用电液比例溢流阀控,低压时采用液压泵控。建立了液压控制系统中的关键液压元件电液比例溢流阀和液压泵的数学模型,列写液粘调速离合器控制油腔流量的连续性方程,为后续的液粘调速离合器控制技术的研究及TBM刀盘脱困模拟系统仿真提供了理论基础。第三章针对液粘调速离合器液压系统以及液粘调速离合器主机存在较强的非线性、参数不确定性等问题,从液粘调速离合器控制油腔压力和活塞位移两个角度分别提出了液粘调速离合器液压系统低压工况的液压泵滑模控制和高压工况的电液比例溢流阀的PID控制的压力控制策略以及基于RBF神经网络的液粘调速离合器活塞位移滑模控制策略;在AMESim-MATLAB联合仿真模型中,通过与常规PID控制进行对比,验证了所提控制策略的有效性,所提控制策略可以提高液粘调速离合器的控制性能,并能够满足将液粘调速离合器作为一个高可靠性、高精度的元部件来控制TBM刀盘脱困的需求。第四章对TBM刀盘脱困模拟试验台进行了分析概述,然后从机械结构、液压系统和电控系统三个角度对试验台进行设计描述,并对各部件进行选型,最后对第三章提出的液粘调速离合器液压系统压力滑模控制策略进行实验验证并与常规PID控制作比较,实验结果表明相对于常规PID控制算法,经过平滑处理的滑模控制算法具有很好的压力跟踪效果,可有效的抑制常规滑模控制输入信号的抖振,并且提高液压泵的压力控制精度。第五章搭建了TBM刀盘脱困模拟仿真模型,建立了矢量控制式变频电机和负载模拟等的动力学模型,通过在AMESim中搭建液粘调速离合器及其液压系统物理模型,在MATLAB中建立变频电机、负载模拟及位移控制等模块,搭建了AMESim与MATLAB的联合仿真模型。最后基于第三章所提出的液粘调速离合器控制策略研究了直线、凹向抛物线、凸向抛物线和正弦曲线型活塞位移轨迹对TBM脱困性能的影响,讨论了不同飞轮转动惯量和不同飞轮初始转速对液粘调速离合器所传递的扭矩及冲击度影响,为了减少冲击度,应在满足TBM脱困性能的前提下,尽量选择小的飞轮转动惯量和初始转速。本章通过仿真分析验证了本课题组所提出的方案的正确性和有效性,对TBM的刀盘脱困问题具有一定的参考价值。第六章,总结了本论文所进行的工作,并指出下一步的工作展望。

关键词： TBM刀盘脱困液粘调速离合器惯性飞轮滑模控制 RBF神经网络脱困性能联合仿真

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液粘调速离合器油膜剪切空化与传动性能研究

液粘调速离合器油膜剪切空化与传动性能研究

作者：郑旭东江苏大学

学位级别：硕士

液粘调速离合器通过油膜粘性剪切传递动力,在风机、水泵、带式输送机等大型机械装备的调速起动过程中具有显著的节能效果。本文以液粘调速离合器摩擦副间油膜为研究对象,开展了油膜剪切空化试验与仿真研究,并分析了油膜剪切空化对液粘... 详细信息

液粘调速离合器通过油膜粘性剪切传递动力,在风机、水泵、带式输送机等大型机械装备的调速起动过程中具有显著的节能效果。本文以液粘调速离合器摩擦副间油膜为研究对象,开展了油膜剪切空化试验与仿真研究,并分析了油膜剪切空化对液粘调速离合器传动性能的影响,主要内容如下:搭建了液粘调速离合器可视化试验装置,采用高速摄像技术对油膜流动形态进行图像分析,获得了输入转速、油膜厚度和摩擦副表面形貌等对油膜剪切空化的影响规律,试验发现:油膜剪切空化现象发生在摩擦片沟槽内,且在低转速工况下,空化形态表现为单个或多个相对稳定的气泡,随着转速的增加,气泡逐渐增大,并破裂成众多小气泡。考虑摩擦副表面形貌特征,建立了油膜流场数学模型,采用有限差分算法求解了油膜的速度、压力及压力系数,并预测了不同输入转速、沟槽结构及表面粗糙度下油膜剪切空化初生位置,结果表明:油膜剪切空化初生发生在油膜沟槽区上游位置,空化初生面积与沟槽宽度、沟槽深度和表面粗糙度成正比,与沟槽截面参数α、沟槽倾斜角和膜厚比成反比。建立了油膜流场的瞬态三维CFD模型,仿真模拟了油膜剪切空化形态演变过程,分析了油膜流场速度、压力和气液质量传递速率随时间的变化规律,以及转速、入口压力、入口温度、沟槽结构等对油膜剪切空化剧烈程度的影响,研究发现:油膜剪切空化位置与试验和预测结果基本一致;空泡在0.01s内得以迅速发展,随后逐渐趋于稳定状态,且达到稳定状态的时间受转速、入口压力、沟槽结构等参数的影响。基于油膜剪切空化效应,研究了油膜流场的温度分布和传递转矩变化规律,理论与试验分析了转速、入口压力、油膜厚度、沟槽结构等对油膜传递转矩的影响,研究表明:油膜剪切空化效应使得油膜剪切层温度降低,且摩擦片沟槽内的局部高温区域变大;油膜剪切空化越剧烈,转矩降低幅度越大;试验结果与仿真结果基本一致,验证了理论研究的可靠性。

关键词：液粘调速离合器油膜沟槽结构空化效应传动性能

液粘调速离合器摩擦副热—机耦合分析及结构优化

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液粘调速离合器摩擦副热—机耦合分析及结构优化

作者：陈哲江苏大学

学位级别：硕士

液粘调速离合器传动效率高,能实现无级调速,广泛应用在风机、水泵等大型重载机械的软启动以及调速领域。摩擦副是液粘调速离合器的关键部件之一,在调速过程中,摩擦副所在工况复杂,其中微凸体之间的接触摩擦会导致摩擦副温度上升,造成摩... 详细信息

液粘调速离合器传动效率高,能实现无级调速,广泛应用在风机、水泵等大型重载机械的软启动以及调速领域。摩擦副是液粘调速离合器的关键部件之一,在调速过程中,摩擦副所在工况复杂,其中微凸体之间的接触摩擦会导致摩擦副温度上升,造成摩擦副结构变形,降低离合器传递效率和使用寿命。因此,对液粘调速离合器摩擦副进行热-机耦合分析和结构优化具有重要的意义,本文研究内容和结论如下:(1)建立了摩擦副三维导热模型,探索了热边界条件中热流密度和对流换热系数的计算模型,研究了摩擦副温度场理论求解过程,结合热机耦合方法,获得了摩擦副应力分布规律。(2)对比分析了摩擦副材料组合和尺寸规格对摩擦副温度场以及应力场的影响规律,结果表明:改变摩擦衬片、基片以及对偶片材料,对摩擦副热机耦合影响较大,最终确定本文后续研究的材料组合:对偶片材料为65Mn,摩擦衬片材料为铜基粉末冶金材料,摩擦基片材料为45钢;适当增加摩擦衬片厚度、提高内外径比值能够改善摩擦副的温升与变形。(3)分析并确定了摩擦片沟槽深度、数量以及角度三个因素的最佳响应范围,利用Design-Expert中Box-Behnken模块,对上述三种因素进行响应面分析,结果表明:沟槽深度、数量以及角度对摩擦片温度以及传递扭矩影响较大,其中,B(角度)影响程度最高,A(数量)次之,C(深度)影响程度最低,并获得了沟槽最佳参数组合:沟槽数量20,角度5.55°,深度为0.5mm。(4)通过实验验证了液粘调速离合器扭矩模拟结果,两者吻合度较好,同时研究了不同边界条件下,油膜的温升规律,研究表明:摩擦副之间的转速差大小对油膜温升影响程度较大,大转速差加剧了摩擦副间的油膜剪切发热,温升较大,而入口流量以及入口压力的变化对油膜温度变化影响程度较低,加大入口流量时,能小幅度降低油膜温度。

关键词：液粘调速离合器摩擦副热-机耦合分析响应面分析优化

液粘调速离合器油膜传动性能分析及结构参数优化

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液粘调速离合器油膜传动性能分析及结构参数优化

作者：任重太原理工大学

学位级别：硕士

随着现代化工业的快速发展,节能降耗成为工业企业的生存之本,液粘调速离合器以其摩擦损耗较小的特点,在许多工程生产领域得到应用。为了使液粘调速离合器更好的满足高速、重载、高精度等复杂工况,本文以液粘调速离合器为出发点,应用FLU... 详细信息

随着现代化工业的快速发展,节能降耗成为工业企业的生存之本,液粘调速离合器以其摩擦损耗较小的特点,在许多工程生产领域得到应用。为了使液粘调速离合器更好的满足高速、重载、高精度等复杂工况,本文以液粘调速离合器为出发点,应用FLUENT计算流体动力学软件对其摩擦副一对摩擦片之间的薄膜流体进行数值计算,分析了影响双圆弧结构摩擦片间隙内薄膜流体传动性能的外部因素,对离合器接合时产生的空化现象展开了研究。分析了双圆弧沟槽摩擦片结构参数对油膜传动性能的影响,在此基础上对结构参数进行优化,使其有更好的油膜传递转矩能力及优良的散热能力,为双圆弧槽结构摩擦片的设计提供理论依据。本论文的主要研究内容如下:1)介绍了液粘调速离合器流体流场数值计算理论方法,主要包括:液粘传动基础理论、液粘传动数学模型、湍流模型以及空化模型。根据其各自特点选择出本文需要的模型,为本文数值计算提供理论铺垫和参考依据,选择适用于重载场合的双圆弧槽摩擦片结构进行研究。2)对影响双圆弧槽油膜传动性能的外部因素进行分析,研究工作油粘度、进油温度以及转速对油膜传递转矩的影响,着重分析了液粘调速离合器在接合过程中产生的空化现象及影响空化程度的因素,对比了空化前后各个参数对油膜转矩传递的影响。结果表明:工作油粘度及主动摩擦片转速对空化影响较大,粘度的增大、主动摩擦片转速的增加,使得空化体积分数明显增加;转速对空化区域的大小及产生位置有较大影响;工作油表面张力及进油压力对空化几乎没有影响。工作油粘度和主动摩擦片转速与油膜可传递转矩呈正相关,进油温度与油膜可传递转矩呈负相关,工作油粘度取0.015Pa·s-0.025Pa·s,进油温度取45℃-55℃时传递性能较好,转速必须控制在合理的范围内,不可过高。考虑空化现象相比于不考虑空化现象,油膜可传递转矩都有着不同程度的减小。3)分析了不同摩擦片沟槽结构的工作特点,突出研究双圆弧沟槽摩擦片结构薄膜流体。分析了双圆弧沟槽结构参数发生变化时油膜传递性能的变化,结构参数主要包括油槽角度、油槽深度以及油槽数量。重点研究这些参数对油膜压力、温度及传递扭矩等传递性能的影响,并对比了油膜空化前后压力及温度的变化。最终通过控制变量法,综合对比油槽初始角、深度及数目的最优范围并进行优化,得出双圆弧沟槽初始角度为47.5°,油槽深度为0.3mm,油槽数目为57时传递转矩最大,且有着良好的散热能力,为双圆弧槽结构摩擦片的设计提供理论依据。

关键词：液粘调速离合器双圆弧沟槽空化效应传动性能结构优化