调速型液力偶合器自动控制仿真研究

　　0 引言

　　调速型液力偶合器是一种广泛应用于电力、化工、矿山的调速设备,置于动力机和工作机之间,进行转矩的传递,并通过改变工作腔内工作油的充液率,无级改变输出轴转速,从而使工作机转速获得调节^[1]。与其它调速设备相比,具有启动平稳、运行可靠、调速范围大、降低能耗、可实现无级调速、能长期无检修使用等优点,是最为经济的一种调速手段。

　　调速型液力偶合器主要由泵轮、涡轮以及旋转外壳组成。泵轮、涡轮相对安装,两者之间形成工作腔,其内部充有液体^[2]。调速型液力偶合器的泵轮经输入端与电机相联,为功率输入端;涡轮经输出轴与工作机相联,为功率输出端。工作时,由供油泵向循环圆中冲入工作油,当电机驱动泵轮旋转时,进入泵轮的工作油在叶片的带动下,因离心力的作用由泵轮内侧流向外缘,形成高压高速液流冲击涡轮叶片,使涡轮与泵轮同向旋转工作油。在涡轮中由外缘流向内侧将流入涡轮中的高能液流转变成输出轴的机械能,从而实现能量的柔性传递^[3-5]。调速型液力偶合器的型腔图如图1所示。

　　调速型液力偶合器在运行时,可通过液力偶合器的调速装置操纵勺管径向伸缩,任意改变外壳里油环的厚度,即改变工作腔的油量,实现对输出转速的无级调节^[6-7]。

　　1 调速型液力偶合器调速控制建模

　　调速型液力偶合器的调节输出量是调速型液力偶合器涡轮转速ω_T,输入量是调速型液力偶合器勺管开度θ,调节特性就是ω_T对θ的变化关系曲线。调速型液力偶合器传递函数方块图如图2所示。

　　得到:

　　其传递函数如图3所示。

　　调速型液力偶合器传递函数模型可以表述为有两个惯性环节组成,从理论上推导出液力偶合器调速控制系统动态数学模型及传递函数,得出液力偶合器的传递函数模型为可用一个或两个惯性环节加一个延迟环节表述的变参数系统^[8]。

　　T_s只是和泵轮转速及偶合器的结构有关,一般偶合器的控制对象的时间常数T_m很大,则调速型液力偶合器的传递函数模型可以简化为一阶惯性环节,但是在液力偶合器的实际工作过程中,系统响应一般存在滞后,所以实际系统的动态方程应是带延迟的一阶惯性环节^[9]:

　　式中:k₀为静态增益;

　　T_m为时间常数;

　　τ为纯滞后时间。

　　基于以下的实验数据,用多项式拟合的方法,确立调速型液力偶合器自控系统的数学模型的3个参数。