变泵轮转速液力变矩器动态特性分析

    1 概述

    液力传动行业发展至今,主要的研究工作是把如液力耦合器、变矩器作为一种传动元件,通过两个途径来改善其传动性能或满足机械不同的性能参数的要求。一是不断改善液力元件的工作腔及叶栅系统的设计,改善液体的流动状态,以提高它们的传动效率或获得不同要求的性能参数指标;二是通过一定的结构设计途径,使液力元件在工作过程的不同工况实现换相工作,其目的也是提高效率和改善动力性能参数指标。

    目前,液力元件与控制技术、电子技术的结合还构成了液力传动应用的一个新领域)))液力传动控制系。随着控制理论和实践的不断发展,在解决工程实际问题中,引起了从静态到动态的质的飞跃,给人们提供了得以处理各类工程和系统动态最佳性能的方法;提高了产品质量,降低了成本,提高了劳动生产率;同时,还使人们从繁重的体力劳动和复杂的手工操作中解放出来。

    实际上利用液力元件的某种可调节作用可以组成液力控制系统,这一控制系统很适合对某些过程实现速度和力的控制,与电气和液压控制相比有着某些独特的优点,在某些领域有着较好的应用前景。液力元件可调节的参量有泵轮转速、叶轮叶片角度、充液量等。

    在某一个涡轮负载力矩下,通过改变泵轮转速,就可以改变涡轮的输出特性,达到无级调节的目的。调节泵轮的输入转速的方法有调节原动机的转速,如利用变频器控制电机的转速,或在原动机与变矩器之间加入液粘调速器等。应用变频器控制与向心式液力变矩器构成闭环控制系统曾成功地应用于在空中加油吊舱地面实验台的加载装置上,显示了液力控制系统在某些方面独特的优越性。

    2 液力变矩器的理论分析与数学模型建立

    单级液力变矩器一般分为:泵轮(B)、涡轮(T)及导轮(D)。各工作轮中均有空间曲面形状的叶片。其中的泵轮是起着离心式水泵作用的叶轮,它将机械能转换为工作介质的能量。在变矩器中起着原动机的作用;涡轮是起着水轮机作用的叶轮,它将高能介质的能量重新转换为机械能;导轮是起着导向装置作用的叶轮。工作介质在循环圆中由B-T-D-B方向流动(正向)传递功率。

    由动态条件下,叶片式机械的广义基本方程:

式中 Q—工作液体密度;

    qv—循环流量;

    R—叶轮半径;

    X—叶轮角速度;

    Jm—叶轮机械转动惯量。

    角标B为泵轮,T为涡轮,D为导轮

    式中:第一项为静态力矩,第二项为动态力矩。在动态状态下,循环流量qv为导轮开启角度;、时间t、泵轮角速度XB的函数。