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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第12期37卷 335-343页

作者：高军俊李莉崔红伟上海东海职业技术学院机电学院上海200241 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

为了预测液力偶合器与三相异步电机共同工作时的软启动性能,采用仿真软件ANSYS-CFX模拟得到了液力偶合器的泵轮转矩特性,将电机与液力偶合器的输入特性联合分析,结合匹配原则,利用Matlab软件确定了两者在不同充液率及不同转速比下的共... 详细信息

为了预测液力偶合器与三相异步电机共同工作时的软启动性能,采用仿真软件ANSYS-CFX模拟得到了液力偶合器的泵轮转矩特性,将电机与液力偶合器的输入特性联合分析,结合匹配原则,利用Matlab软件确定了两者在不同充液率及不同转速比下的共同工作点,并计算获得了液力偶合器与电机在全充液及部分充液工况下的共同工作输出特性。结果表明,在不同充液率条件下,液力偶合器与电机共同工作时,输出转矩整体上随着输出转速的增大而减小,随着充液率的增大而增大,输出转速较低时,90%、100%充液率下的转矩值保持稳定不变,与电机直接启动相比,共同工作时的输出转矩变化更为平稳。分析结果可为刮板输送机软启动控制策略的研究与制定提供参考。

关键词：阀控充液式液力偶合器软启动部分充液瞬态匹配

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阀控充液式液力偶合器瞬态充液流场及转矩特性预测

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液压与气动 2022年第11期46卷 42-50页

作者：李莉崔红伟王国强李健任维微黄龙太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024 霍州煤电集团鑫钜煤机装备制造有限责任公司山西临汾031400

阀控充液式液力偶合器常被安装布置于刮板输送机的电机与减速器之间,利用其充液调速特性,实现刮板输送机的软启动。为了预测阀控充液式液力偶合器瞬态充液过程的流场及转矩特性,以循环圆直径为500 mm的偶合器为分析模型,应用仿真软件CFX... 详细信息

阀控充液式液力偶合器常被安装布置于刮板输送机的电机与减速器之间,利用其充液调速特性,实现刮板输送机的软启动。为了预测阀控充液式液力偶合器瞬态充液过程的流场及转矩特性,以循环圆直径为500 mm的偶合器为分析模型,应用仿真软件CFX(Computational Fluid Dynamics X),采用非均一化两相流模型与SST(Shear Stress Transport)湍流模型,对充液过程的瞬态特性进行了数值模拟研究,获取了不同工况下的压力场、速度场及转矩值,根据压力、速度分布及变化规律分析了不同工况下泵轮转矩变化趋势,并得到了不同充液率下泵轮转矩系数的拟合公式。结果表明,整体上转矩随着充液率的增大而呈抛物线形式递增,随着速比的增大而减小,并由于环流状态的改变,出现转矩下降速率跌落现象。分析结果预测了阀控充液式液力偶合器的流场及转矩特性,为液力偶合器的使用与设计提供了合理的参考。

关键词：阀控充液式液力偶合器瞬态充液流场特性转矩特性

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阀控充液式液力偶合器瞬态充液与动态匹配特性研究

阀控充液式液力偶合器瞬态充液与动态匹配特性研究

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作者：李莉太原理工大学

学位级别：硕士

煤炭开采量的不断增加对煤炭运输设备刮板输送机的性能提出了更高的要求,刮板输送机朝着大负载、高功率方向发展,阀控充液式液力偶合器作为一种软启动装置可有效解决其启动过程遇到的难启动、过载等问题。液力偶合器不同充液率下所具有... 详细信息

煤炭开采量的不断增加对煤炭运输设备刮板输送机的性能提出了更高的要求,刮板输送机朝着大负载、高功率方向发展,阀控充液式液力偶合器作为一种软启动装置可有效解决其启动过程遇到的难启动、过载等问题。液力偶合器不同充液率下所具有的环流特性很大程度上影响其工作性能,有必要对不同工况下的液力偶合器环流特性进行分析。在使用过程中,电机与液力偶合器泵轮直接连接,为了发挥两者最大效能,需要对电机与液力偶合器联合使用的工况点通过分析进行合理选择。在刮板输送机启动过程中,液力偶合器处于充液状态,为了达到更好的启动效果,研究通过自适应调控流道中的充液流量从而控制容腔内流体体积,为液力偶合器在刮板输送机上的合理使用提供了有力的参考。为了研究阀控充液式液力偶合器在充液过程中环流特性的变化,基于ANSYS-CFX有限元软件,首先对全充液状态下的液力偶合器仿真分析,并选择模拟效果较好的非均一化两相流模型及SST湍流模型对部分充液状态(q=10%～90%)下液力偶合器的环流状态进行数值模拟研究,获得了不同充液率及不同转速比下液力偶合器的压力分布、速度流线分布等环流特性及转矩变化情况。结果表明,充液率越大,偶合器叶片压力层状分布越明显,呈现由循环圆内环向外环压力增大的现象,且在涡轮冲击面入口处会出现高压区,随着速比的增加,流体速度趋于稳定且整体降低;部分充液时,随着转速比的增加泵轮与涡轮中的流体逐渐合为同一循环;充液率的增加使得偶合器传递转矩的能力增强,转速比的增大会导致传递转矩的能力减小,且由于环流状态的变化,出现了转矩值下降速率跌落现象。为了预测电机与液力偶合器共同工作时的软启动性能,通过理论分析获得了电机机械特性曲线及液力偶合器各工况下输入特性曲线,基于匹配原则及利用Matlab软件确定了两者的共同工作工况点。结果表明,某一充液率下,电机与偶合器共同工作时的输出转矩整体上随着输出转速的增大而减小,且输出转速一定时充液率越大,输出转矩越大;当充液率q=90%、100%时,在输出转速较低的情况下输出转矩基本保持不变,此时共同工作输出转矩由电机的最大转矩决定;与电机直接启动相比,电机与偶合器共同工作时的转矩变化更为平稳,具有良好的启动性能。为了研究刮板输送机整机的启动控制策略,计算了刮板输送机不同负载工况下所需的启动转矩及选定了合适的启动曲线,之后对刮板输送机整机模型进行了搭建,通过AMESim与Matlab-Simulink联合仿真,模拟了不同启动时间及空载、轻载、重载、满载工况下各部件的启动运行情况。结果表明,随着负载的增加,相应启动转矩增大,相同时刻所需的偶合器充液率增加,使得充液流量增大,且负载越大启动所需要的时间越长,空载与轻载可采用启动时间为30s的反“S”型启动曲线,重载与满载采用启动时间为40s的反“S”型启动曲线;运行链速与目标链速具有较好的重合度说明了选用的模糊PID控制策略具有稳定可靠的控制效果。综上所述,本文对刮板输送机软启动过程中阀控充液式液力偶合器的充液调控策略及其性能进行了深入研究,为液力偶合器的结构设计、合理使用及智能调控提供了有价值的参考。

关键词：阀控充液式液力偶合器充液特性软启动模糊PID控制策略联合仿真

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阀控充液式液力偶合器叶栅系统优化及瞬态换热特性研究

阀控充液式液力偶合器叶栅系统优化及瞬态换热特性研究

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作者：王国强太原理工大学

学位级别：硕士

随着煤炭行业和综采技术的飞速发展,重型机械设备持续研发、生产和使用,采煤效率不断提升,对刮板输送机传动系统的性能及稳定性有了进一步的要求。阀控充液式液力偶合器作为一种性能优越的软启动装置,能够有效解决传动过程中遇到的难启... 详细信息

随着煤炭行业和综采技术的飞速发展,重型机械设备持续研发、生产和使用,采煤效率不断提升,对刮板输送机传动系统的性能及稳定性有了进一步的要求。阀控充液式液力偶合器作为一种性能优越的软启动装置,能够有效解决传动过程中遇到的难启动和超载等难题。大功率综采设备的使用对矿用液力偶合器的性能及散热有了更高的要求,有必要对叶轮叶栅系统参数优化及流动换热特性进行分析。因此基于计算流体动力学对阀控充液式叶轮叶栅系统参数进行了优化设计,研究了不同工况下液力偶合器流动换热规律,为液力偶合器与整机匹配及智能调控提供了可靠的依据。为了研究阀控充液式液力偶合器全充液流场特性,对计算流体动力学基本原理和计算方法进行了介绍,采用ICEM CFD软件对流场几何模型进行了网格划分,并通过网格无关性验证等操作保障了数值计算的精确性,利用CFX软件计算分析了多工况下流场及转矩特性分布规律。结果表明:随着速比的增大,内流场液流整体速度呈下降的趋势,在低速比时,叶轮内液流流动不稳定,涡轮叶片冲击面入口处形成了明显的高压区。高速比下液流对涡轮的冲击作用降低,水液环流趋于稳定且分布均匀,循环圆中心处形成显著的漩涡现象,叶片压力向层状分布转变,速比越大,层状分布越明显。针对液力偶合器叶栅系统优化设计,利用试验设计方法设计了叶栅系统参数,以额定转矩为优化目标,采用Isight软件中的近似建模与优化算法模块完成了参数优化,并进行了参数主效应及交互效应分析。结果表明:叶轮叶片数及厚度之间皆存在较强的交互作用;双参数整体优化得到的偶合器额定转矩值更大,且优化后的叶轮强度满足使用要求;恰当的试验设计方法与响应面模型可以在相对较短的时间内准确的预测最优叶栅参数组合。针对叶栅系统参数对液力偶合器流场及转矩特性的影响,以独立优化得到的最佳解为基准设计了不同参数组合的方案,对不同方案的液力偶合器内流场特性及转矩特性进行数值模拟研究。结果表明:液流整体流速随叶片数增加先增大后减小,随叶片厚度的增大呈减小的变化趋势;最优解对应整体压差最小,泵轮叶片数与叶片厚度对额定转矩影响作用较大;最优解对应液力偶合器叶轮获得了最大有效容腔,液力损失最低且循环流动转换充分,提高了传递转矩的能力。为了研究液力偶合器瞬态换热特性,重新构建了包含进出水口的几何模型,建立了液力偶合器流动换热瞬态计算模型,利用多步求解方式对正常运转工况及堵转工况下温度场分布特性进行了研究,并对比分析了循环换水工况的温度场分布特性,得到了三种工况下流场温度随时间变化曲线。结果表明:水液流速与叶轮转速的差值决定了产热快慢,差值越大,温度上升越快;额定工况与堵转工况下流场温度皆呈线性上升趋势,但后者温度变化更加剧烈,循环换水工况下温度呈先快后慢的下降变化趋势。综上所述,本文对阀控充液式液力偶合器叶栅系统参数优化设计及内部流动换热特性进行了深入研究,为液力偶合器结构优化设计、循环换水策略及智能调控提供了可靠的方法和理论依据。

关键词：阀控充液式液力偶合器叶栅参数优化设计 CFD 瞬态换热

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