專利名稱：一種限矩型液力偶合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械工程領域有關液力偶合器的建模方法，具體系一種限矩型液力偶 合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法。(二) 背景技術限矩型液力偶合器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性聯(lián)軸器，又稱液力聯(lián)軸器。主要 由主動部分和被動部分組成。主動部分包括后輔室、前半聯(lián)軸節(jié)、后半連軸節(jié)、彈性塊、 泵輪和外殼，從動部分主要包括軸和透平輪等。主動部分與原動機聯(lián)接，被動部分與工作 機聯(lián)接。液力偶合器的泵輪和透平輪組成一個可使液體循環(huán)流動的密閉工作腔，泵輪裝在輸 入軸上，透平輪裝在輸出軸上。動力機(內(nèi)燃機、電動機等)帶動輸入軸旋轉(zhuǎn)時，液體被離 心式泵輪甩出，這種高速液體進入透平輪后即推動透平輪旋轉(zhuǎn)，將從泵輪獲得的能量傳遞 給輸出軸，最后液體返回泵輪，形成周而復始的流動。液力偶合器靠液體與泵輪、透平輪 的葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩。它的輸出扭矩等于輸入扭矩減去摩擦力 矩，所以它的輸出扭矩恒小于輸入扭矩。原動機的扭矩，通過偶合器中的工作液體來傳遞，泵輪將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ?液體的動能，透平輪又將工作液體的動能變?yōu)闄C械能，通過輸出軸驅(qū)動負載。泵輪和透平 輪之間沒有機械聯(lián)系，能量的傳遞完全由工作介質(zhì)——油來完成。限矩型液力偶合器是一種動力式液力傳動元件。由于它能夠帶動負載平穩(wěn)啟動，改善 啟動性能，提高啟動能力，實現(xiàn)過載保護作用，又能隔離振動和沖擊，在多臺電機傳動鏈 中均衡各電機的負荷并減小電網(wǎng)的沖擊電流，且具有效率高，結構簡單等優(yōu)點，所以被廣 泛地應用在電廠輸煤系統(tǒng)設備中。限矩型液力偶合器常用來驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)，用數(shù)值逐步積分法對復雜機械系統(tǒng)進行 運行特性分析可實現(xiàn)在設計階段預測和優(yōu)化其動態(tài)性能，進而實現(xiàn)對復雜機械系統(tǒng)運行過程進行控制和優(yōu)化。而要做到這些，建立限矩型液力偶合力矩方程或數(shù)學模型是進行系統(tǒng) 特性計算和分析的關鍵。作為現(xiàn)有技術的方法是用液力偶合器原始特性曲線直接激勵機械系統(tǒng)，由于液力偶合 器原始特性曲線是考慮電動機和泵輪轉(zhuǎn)速已達到某個穩(wěn)定速度，這樣的計算方法忽略了電 動機和泵輪轉(zhuǎn)速由零增加到某個穩(wěn)定速度的過渡過程，計算的結果與實際情況不完全相 符，會影響整個復雜機械系統(tǒng)的設計的精確度、正確性和順利實施。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供限矩型液力偶合器及由其驅(qū)動的復雜機械系統(tǒng)的建模方法，使其 包括電動機和泵輪轉(zhuǎn)速由零增加到某個穩(wěn)定速度的過渡過程，更加逼近真實狀態(tài)。 本發(fā)明的目的由以下方法實現(xiàn)一種限矩型液力偶合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法，其特征是將所述機械系統(tǒng)分 成兩個獨立部分分別進行建模，將液力偶合器的泵輪和透平輪分開處理， 一個獨立部分是 電動機與液力偶合器的泵輪相連接，另一個獨立部分是液力偶合器的透平輪與機械系統(tǒng)相 連接，分別建立各自的運動方程，根據(jù)這兩個方程求解機械系統(tǒng)中的運動量-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傳動比f = / 和工作液體重度一定時，液力偶合器泵輪所傳遞的力矩A^與泵輪轉(zhuǎn)速"B之間的關系，即ii^-y( )的函數(shù)關系，它實際上是一簇拋物線，即<formula>formula see original document page 5</formula> (1)式中 Z)—作用直徑；義一液力偶合器力矩系數(shù)； y—油液重力系數(shù)； 一液力偶合器透平輪轉(zhuǎn)速 ，即機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)速② 電動機和液力偶合器聯(lián)合力矩特性在電動機和液力偶合器實際運行中，"B 、 和/都是變化的，所以它們的力矩特性 也都是在不斷地變化，這樣復雜的液——機耦合現(xiàn)象可用下述兩運動方程來描述，即將液 力偶合器泵輪與電動機剛性相聯(lián)部分作為一部分，將液力偶合器透平輪與減速器及輸送機剛性相聯(lián)部分作為另一部分，兩者相對獨立，但中間的力矩相同，傳動比也相同。這樣前 者的運動方程為M廣M,/A (2) 式中 ，fi)rf—電動機和泵輪的轉(zhuǎn)速；:一電動機、泵輪及油液的轉(zhuǎn)動慣量。 ③減速器、復雜機械系統(tǒng)等與液力偶合器透平輪剛性相聯(lián)部分的運動方程MW+[c]W+MW={f} (3)式中[M]—復雜機械系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣； [c]一復雜機械系統(tǒng)的阻尼矩陣； [K]一復雜機械系統(tǒng)的剛度矩陣；{尸}一作用在復雜機械系統(tǒng)上的外力矩陣，包括驅(qū)動系統(tǒng)的動力、制動系統(tǒng)的制動力 以及各類運行阻力；t4一復雜機械系統(tǒng)的加速度、速度及位移矩陣； 分別解(2)(3)上述兩方程可得復雜機械系統(tǒng)各點、泵輪及透平輪的轉(zhuǎn)速，進而得到傳動 比和力矩系數(shù)等。本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點是這樣的建模方法避免了傳統(tǒng)的用原始特性曲線直接激勵機械系統(tǒng)所帶來的誤差，包括 電動機和泵輪轉(zhuǎn)速由零增加到某個穩(wěn)定速度的過渡過程，使得方案設計更加正確、全面地 符合真實機械系統(tǒng)狀態(tài)，提高設計規(guī)劃工作的正確性、精確度和實施的效率。(四)
圖1為本發(fā)明一種限矩型液力偶合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法的數(shù)學模型及計 算原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明1) 首先在最初始階段，即電動機剛通電時，其產(chǎn)生電動機輸出力矩A^;2) 其次也在最初始階段，液力偶合器泵輪有一初始輸出力矩Mv;3) 根據(jù)公式Mrf - = J一d和wd = %。 + 可分別計算出經(jīng)過時刻后電動機和 液力偶合器泵輪的角加速度和角速度、轉(zhuǎn)速；4) 由于液力偶合器透平輪力矩等于其泵輪力矩，故作用在復雜機械系統(tǒng)上的外力就 是力矩M"可用這個激勵求解液力偶合器透平輪和復雜機械系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)速 等參數(shù)；5) 當液力偶合器透平輪的轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化，其轉(zhuǎn)差率/及力矩系數(shù);i都發(fā)生變化，根據(jù)公式= A; 5"/重新計算液力偶合器泵輪輸出力矩A/,，然后再重復步驟4)求解復 雜機械系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速 等參數(shù)；6) 當?shù)谝粋€A,結束后，再開始第二個A"第三個A , - ，直到復雜機械系統(tǒng)運行結束達到一個穩(wěn)定的值。在每一個A/中須重復步驟3)至5)直到系統(tǒng)計算結束。
權利要求
1. 一種限矩型液力偶合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法，其特征是將機械系統(tǒng)分成兩個獨立部分分別進行建模，一個獨立部分是電動機與液力偶合器的泵輪相連接，另一個獨立部分是液力偶合器的透平輪與機械系統(tǒng)相連接，分別建立各自的運動方程，根據(jù)這兩個方程求解機械系統(tǒng)中的運動量。
2. 根據(jù)權利要求1所述復雜機械系統(tǒng)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傳動比/ = /"B和工作液體重度一定時，液力偶合器 泵輪所傳遞的力矩Me與泵輪轉(zhuǎn)速 之間的關系，即^^=/( )的函數(shù)關系，它實際上是 一簇拋物線，即<formula>formula see original document page 2</formula>式中 P—作用直徑義一液力偶合器力矩系數(shù) /一油液重力系數(shù) 一液力偶合器透平輪轉(zhuǎn)速 ，即機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)速② 所述的電動機和液力偶合器聯(lián)合力矩特性在電動機和液力偶合器實際運行中，"s 、 和/都是變化的，它們的力矩特性也都 在不斷地變化，這樣的液——機耦合現(xiàn)象用下述兩運動方程來描述，即將液力偶合器泵輪 與電動機剛性相聯(lián)部分作為一部分，將液力偶合器透平輪與減速器及輸送機剛性相聯(lián)部分 作為另一部分，兩者相對獨立，但中間的力矩相同，傳動比也相同，這樣前者的運動方程 為禮-M,^ (2) 式中 ,6^—電動機和泵輪的轉(zhuǎn)速厶一電動機、泵輪及油液的轉(zhuǎn)動慣量③ 所述的減速器、復雜機械系統(tǒng)等與液力偶合器透平輪剛性相聯(lián)部分的運動方程<formula>formula see original document page 3</formula> 式中[M]—復雜機械系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣 [C]一復雜機械系統(tǒng)的阻尼矩陣 [K]一復雜機械系統(tǒng)的剛度矩陣&}一作用在復雜機械系統(tǒng)上的外力矩陣，包括驅(qū)動系統(tǒng)的動力、制動系統(tǒng)的制動力 以及各類運行阻力。{3^,{i}， (x)—復雜機械系統(tǒng)的加速度、速度及位移矩陣 分別解上述(2)(3)兩方程可得復雜機械系統(tǒng)各點、泵輪及透平輪的轉(zhuǎn)速，進而得到傳 動比和力矩系數(shù)等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機械工程領域有關液力偶合器的建模方法，具體系一種限矩型液力偶合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法。一種限矩型液力偶合器驅(qū)動復雜機械系統(tǒng)的建模方法，將機械系統(tǒng)分成兩個獨立部分分別進行建模，將液力偶合器的泵輪和透平輪分開處理，一個獨立部分是電動機與液力偶合器的泵輪相連接，另一個獨立部分是液力偶合器的透平輪與機械系統(tǒng)相連接，分別建立各自的運動方程，根據(jù)這兩個方程求解機械系統(tǒng)中的運動量。本發(fā)明的建模方法避免了傳統(tǒng)的用原始特性曲線直接激勵機械系統(tǒng)所帶來的誤差使得方案設計更加正確、全面地符合真實機械系統(tǒng)狀態(tài)，提高了整體機械系統(tǒng)設計規(guī)劃工作的正確性、精確度和實施效率。
文檔編號G06F17/50GK101271486SQ20081003676
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權日2008年4月29日
發(fā)明者李光布 申請人:上海師范大學