专利名称：一种限矩型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法
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。
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f = / 和工作液体重度一定时，液力偶合器泵轮所传递的力矩A^与泵轮转速"B之间的关系，即ii^-y( )的函数关系，它实际上是一簇抛物线，即<formula>formula see original document page 5</formula> (1)式中 Z)—作用直径；义一液力偶合器力矩系数； y—油液重力系数； 一液力偶合器透平轮转速 ，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，"B 、 和/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M广M,/A (2) 式中 ，fi)rf—电动机和泵轮的转速；:一电动机、泵轮及油液的转动惯量。 ③减速器、复杂机械系统等与液力偶合器透平轮刚性相联部分的运动方程MW+[c]W+MW={f} (3)式中[M]—复杂机械系统的质量矩阵； [c]一复杂机械系统的阻尼矩阵； [K]一复杂机械系统的刚度矩阵；{尸}一作用在复杂机械系统上的外力矩阵，包括驱动系统的动力、制动系统的制动力 以及各类运行阻力；t4一复杂机械系统的加速度、速度及位移矩阵； 分别解(2)(3)上述两方程可得复杂机械系统各点、泵轮及透平轮的转速，进而得到传动 比和力矩系数等。本发明的有益效果和优点是这样的建模方法避免了传统的用原始特性曲线直接激励机械系统所带来的误差，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，使得方案设计更加正确、全面地 符合真实机械系统状态，提高设计规划工作的正确性、精确度和实施的效率。(四)
图1为本发明一种限矩型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法的数学模型及计 算原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明1) 首先在最初始阶段，即电动机刚通电时，其产生电动机输出力矩A^;2) 其次也在最初始阶段，液力偶合器泵轮有一初始输出力矩Mv;3) 根据公式Mrf - = J一d和wd = %。 + 可分别计算出经过时刻后电动机和 液力偶合器泵轮的角加速度和角速度、转速；4) 由于液力偶合器透平轮力矩等于其泵轮力矩，故作用在复杂机械系统上的外力就 是力矩M"可用这个激励求解液力偶合器透平轮和复杂机械系统的输出转速 等参数；5) 当液力偶合器透平轮的转速发生了变化，其转差率/及力矩系数;i都发生变化，根据公式= A; 5"/重新计算液力偶合器泵轮输出力矩A/,，然后再重复步骤4)求解复 杂机械系统输出转速 等参数；6) 当第一个A,结束后，再开始第二个A"第三个A , - ，直到复杂机械系统运行结束达到一个稳定的值。在每一个A/中须重复步骤3)至5)直到系统计算结束。
权利要求
1. 一种限矩型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法，其特征是将机械系统分成两个独立部分分别进行建模，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。
2. 根据权利要求1所述复杂机械系统的建模方法，其特征在于① 所述的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/ = /"B和工作液体重度一定时，液力偶合器 泵轮所传递的力矩Me与泵轮转速 之间的关系，即^^=/( )的函数关系，它实际上是 一簇抛物线，即<formula>formula see original document page 2</formula>式中 P—作用直径义一液力偶合器力矩系数 /一油液重力系数 一液力偶合器透平轮转速 ，即机械系统转速② 所述的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，"s 、 和/都是变化的，它们的力矩特性也都 在不断地变化，这样的液——机耦合现象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 为礼-M,^ (2) 式中 ,6^—电动机和泵轮的转速厶一电动机、泵轮及油液的转动惯量③ 所述的减速器、复杂机械系统等与液力偶合器透平轮刚性相联部分的运动方程<formula>formula see original document page 3</formula> 式中[M]—复杂机械系统的质量矩阵 [C]一复杂机械系统的阻尼矩阵 [K]一复杂机械系统的刚度矩阵&}一作用在复杂机械系统上的外力矩阵，包括驱动系统的动力、制动系统的制动力 以及各类运行阻力。{3^,{i}， (x)—复杂机械系统的加速度、速度及位移矩阵 分别解上述(2)(3)两方程可得复杂机械系统各点、泵轮及透平轮的转速，进而得到传 动比和力矩系数等。
全文摘要
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。一种限矩型液力偶合器驱动复杂机械系统的建模方法，将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。本发明的建模方法避免了传统的用原始特性曲线直接激励机械系统所带来的误差使得方案设计更加正确、全面地符合真实机械系统状态，提高了整体机械系统设计规划工作的正确性、精确度和实施效率。
文档编号G06F17/50GK101271486SQ20081003676
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者李光布 申请人:上海师范大学