阀控式液力偶合器用于带式输送机启动过程的研究

摘要

带式输送机的可控启动技术是决定现代带式输送机发展的关键技术。调速型液力偶合器具有显著的软启动性能，是带式输送机软启动的主要方式。本文以阀控式液力偶合器作为研究着手点，研究其在用于带式输送机启动过程中的可控与控制精度稳定性等问题。
　　输送带属于多种组成成分的粘弹性体，它的力学特性是研究可控启动的首要出发点。由于黏弹性体在被拉伸时体现出滞后、蠕变及松弛等特性，带式输送机的启动传递力矩在拉动输送带时体现为张力以波的形式传给后续的输送带。因此，对于输送带上的某一点，速度、加速度以及张力等变量是关于时间的函数，这种动态特性在长距离大运量输送带输送机起动或制动时表现的非常明显，对输送机产生巨大的瞬时冲击，容易造成输送带断裂、降低传动装置寿命等问题。本文以实现带爬升段的S型启动曲线为目的，研究偶合器的外特性和其供液系统的控制。
　　液力偶合器属于复杂的液力传动装置，对其流场流动状态的研究可以实现高精度的调速目标。本文以ANSYS-CFX作为其流场分析工具，给出合适的气液两相流模型、湍流模型、交界面动坐标系设置及壁面设置。以(0)562桃形腔水介质为例，计算出不同充液率和不同转速比下流场特性，对比流场压力分布云图、叶片表面受压云图以及流道中间截面速度矢量分布云图，总结出液力偶合器内部流场流动为环流流动的特点。并且，采用叶片上压力值数值积分方法得到偶合器涡轮输出力矩。
　　阀控液力偶合器是典型的机电液一体化系统，其充排液系统是控制充液率变化的关键。本文对关键阀组结构建立了AMESim液压仿真模型，将阀组的响应等一并考虑为控制对象。分析了阀控型的双腔液力偶合器对充排液系统的压力、流量等要求，确定了充液阀、排液阀及循环阀的规格参数。在分析了工作腔进排液口的结构形式以及阀体为电磁式先导控制阀形式后，对单独阀体及整体充排液系统进行了AMESim环境下的模型建立。设计参数自整定的模糊PID控制器智能控制阀控液力偶合器充排液过程，并通过联合AMESim-Simulink仿真实验，给出一算例下的控制过程，验证了智能模糊-PID具有系统稳定，误差小等良好的控制效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 液力偶合器研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文主要研究目标及内容

第2章 阀控偶合器负载与性能需求分析

2．1 输送带的粘弹性特性

2．1．1 输送带的静特性

2．1．2 输送带的动特性

2．2 输送带纵向振动的理论分析

2．3 驱动装置的影响

2．4 本章小结

第3章 液力偶合器内部流场的数值分析

3．1 液力偶合器基本特性

3．2 流体力学基础

3．2．1 流体力学控制方程

3．2．2 湍流的控制方程

3．3 流体力学数值计算基础

3．3．1 计算区域及控制方程离散化

3．3．2 流场数值算法

3．4 基于CFX的液力偶合器流场数值分析

3．4．1 κ-ε湍流模型

3．4．2 气液两相流模型

3．4．3 旋转坐标系下的流体动力学方程

3．4．4 流体域网格划分

3．4．5 计算模型设置和边界条件的确定

3．4．6 数值分析结果

3．5 外特性计算

3．6 本章小结

第4章 智能充排液控制系统

4．1 带式输送机的液力调速装置启动过程分析

4．2 阀控调速型液力偶合器充排液控制系统分析

4．3 基于AMEsim的充排液液压系统模型

4．4 模糊自整定PID控制系统设计

4．4．1 PID控制

4．4．2 模糊控制器的设计

4．5 AMEsim—Simulink联合仿真实验

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 主要研究工作和结论

5．2 展望

参考文献

作者简介及在学期间所取得的科研成果

致谢