液力偶合器的研究现状及发展趋势

　　随着煤矿综采工作面长运距、高链速、超重型刮板输送机的不断推出,电动机功率也逐渐增大,且为多机驱动。目前单台电机功率已达1 600 kW,对传动系统的起动性能、过载保护、多机平衡等提出了更高要求。可控、超软启动(启动时间、启动力矩可任意调节)就是在该背景下提出的。目前,普通限 矩型偶合器已远不能满足需求,应用于大功率刮板输送机的软启动装置主要是阀控调速型偶合器,偶合器的工作原理决定了其在运行过程中不可避免地存在滑差,产 生功率损失,所以CST、变频调速技术凭借其较高的运行效率和优良的调控性能,和偶合器形成了竞争之势[1]。要进一步加强偶合器在刮板输送机中的使用性 能和竞争力,必须从提高运行效率和调控性能两方面着手,单纯依靠结构设计已不能满足刮板输送机对软启动、甚至超软启动的要求,实现多机负载的自动平衡。

　　从国内外已公开资料看,同为液力传动元件,由于应用领域不同,对于偶合器研究相对液力变矩器较少。作者将对国内外偶合器先进研究方法和手段进行调研,在此基础上提出偶合器,尤其是应用于大功率刮板输送的偶合器新的开发思路。

　　1　流场研究方法

　　在满足功率传递及性能要求的前提下,保持高的传动效率和较小的几何尺寸,是大功率刮板输送机对偶合器软启动设备的基本要求。流道的形状和几何参数直接影响 流场的分布,对偶合器性能起着决定性的作用。液体在腔体内的流动情况,是判断腔型优劣的最重要依据之一,所以国内外均重视流场研究。

　　传统液力元件设计,主要采用一维欧拉束流理论和相似原理;试验手段主要有台架试验(外特性)及测压管(内特性)等。尽管这些理论和方法仍在广泛应用,但对 于偶合器内部复杂的黏性、不可压缩、非稳态三维流动越来越显示出其局限性,经验依赖性较大,无法反映出细微结构变化对整体性能影响,无法准确展现出腔体内 部流动现象。20世纪80年代末至90年代初提出的液力传动二维流动理论和基于S1、S2流面的准三维流动理论也因条件限制未发展成为指导液力元件设计的 成熟理论和方法[2]。

　　随着计算机与先进测量技术的发展,三维计算流体动力学(CFD)研究、内部流场测量及可视化研究不断取得突破,为偶合器的研究提供了新的手段和方法。作为全球最大的液力元件生产和供应厂家,德国VOITH公司走在了前列。

　　(1)试验手段

　　由于偶合器特殊结构和工作方式的限制,常规流体测量工具运用到偶合器流场测量较为困难,主要在于传感器的安装及信号的传输,光学手段显示出了其优越性,可实现流动量值的测量和流态的显示。