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1、专论与综述3液体粘性调速离合器实验加载与检测系统设计112杨前明谷昭军史永忠(1.山东科技大学机电学院,青岛266510;2.济南海依兰液压公司,济南250100)摘要:基于液体粘性传动理论的液体粘性调速离合器(HVD),近年来在大功率、重载工况下的应用优势受到业内普遍认可与关注。本文介绍了一种用于液体粘性调速离合器模拟实验加载装置的组成及工作原理,并对模拟加载进行了力学分析;给出了实验系统参数检测与控制的实现方法,并对阻力矩检测原理进行了讨论。关键词:液粘调速大功率重载模拟加载参数检测与控制1引言2.2液压模拟加载力学分析基于液体粘性传动理论的液体粘性调速离合器液压加载装置主
2、要由两组对称布置的液压加载油缸(HVD)近年来在煤矿、港口、冶金等行业的应用受到科技与摩擦盘组成,图2所示为HVD模拟加载装置原理图。界与企业界的日益关注。HVD除具有无级调速、可控性好、重大功率工况下易于实现软启动软制动等特点外,良好的节能潜力与较高的性价比与国内外同类产品比较具有良好推广应用潜力。本文根据HVD应用于重载、大功率的工况特点,提出了一种对HVD实现产品加载性能测活塞半径r试的实验系统设计方法,可以用于制造商实现该产品的性能测试。2实验加载测试系统图2HVD模拟加载装置原理示意图2.1液压加载系统组成及工作原理设液粘调速系统输出转矩为M,加载缸对摩擦盘作用系统组
3、成图1所示为HVD液压加载系统原理示意力为N,相互摩擦系数为f,摩擦反力矩为Mf,有M=Mf且图,主要由电机Ⅰ、液粘调速离合器Ⅱ、转矩转速传感器二者大小相等、方向相反。Ⅲ、液压加载装置Ⅳ及其它辅助部件组成。单个油缸对摩擦盘产生的作用力为:πr2N=·p(2-1)4单个加载油缸与摩擦盘之间摩擦力为:πr2Ff=Nf=·p·f(2-2)4式中:Ff—加载油缸与摩擦盘之间产生摩擦力(N);Ⅰ电动机;Ⅱ液粘调速离合器;Ⅲ转矩转速传感器;Ⅳ加载装f—摩擦系数。置;P1离合器润滑油入口油压;P2离合器控制油压;P3加载油因此有:压;T1油箱油温T2离合器润滑油出口温度;C1、2加载油缸;M
4、=M=FR=πfpr2R(2-3)ff1、2电液比例溢流阀;3扭矩仪;4摩擦盘式中:R——制动油缸作用半径(m)。图1HVD实验加载测试系统原理示意图由式(2-3)得,加载油缸控制油压:工作原理如图1所示HVD实验加载测试系统中,加Mp=(2-4)4πfr2R载装置Ⅳ对液粘调速离合器产生阻力转矩实现模拟加载。加载装置Ⅳ主要由摩擦盘4与两组对称布置在同一由式(2-4)分析知,通过调节加载油缸控制油压大小半径圆上的四个加载油缸组成。电动机作为源动机向即可实现对系统模拟加载。HVD输入功率,两组加载油缸产生的加载阻力矩Mf对3系统参数检测与控制设计HVD进行加载。电液比例压力阀根据加
5、载要求调节四个3.1系统组成及检测原理加载油缸输入压力,从而实现对模拟阻力矩(负载)的调系统检测与控制设计的目的是对实验测试参数,如油节与控制。温、控制油压、加载油压等进行检测,根据系统输出转矩、作者简介:杨前明,山东科技大学机电学院副院长,教授。现代制造技术与装备2007第6期总第181期4转速及润滑油油温的控制目标,对检测参数进行调节,从轮、内齿轮是齿数相同互相脱开不相啮合的。而获得理想的输出参数。图3所示为HVD实验加载系统当信号齿轮随弹性轴同步转动时,由于信号齿轮与套参数测试与控制系统框图,主要由传感器的参数检测部筒内的内齿轮等组成的封闭磁路气隙磁导产生周期性的分Ⅰ、控
6、制器Ⅱ、参数指示与调节部分Ⅲ三个部分组成。变化,线圈内部的磁通量亦产生周期性变化,使线圈中感传感器参数检测部分包括温度、油压传感器,转矩转速传生出近似正弦波的交流电信号。这两组交流电信号的频感器等。参数指示与调节部分Ⅲ的功能是对实验系统被率相同且与轴的转速成正比,因此可以用来测量转速。此测参数,如转矩、转速(功率需二次运算进行显示),对被时信号发生器2、3输出信号A、B信号的频率与转速成正控油温、油压进行调节与控制。主控制器Ⅱ的功能是根据比,2个信号之间的相位关系一定,初始相位差为一常数。输入的被测信号按照控制要求指令对控制对象进行控当弹性轴传递转矩时,由于弹性轴扭转变形。弹性
7、轴制。两端的信号齿轮之间产生相对扭转角,使得2个信号的相位关系发生变化。2个信号间相位差的变化量为:Δθ=z·Δφ(3-1)式中:z——信号齿轮的齿数。弹性轴在转矩作用下发生扭转变形,在弹性范围内,两截面间相对扭转角Δφ与M转矩有如下关系:LΔφ=·M(3-2)G·Ip式中:L——两截面间的距离(m);Ip——弹性轴断面惯性矩;G——剪切弹性模量。由式(3-1)、(3-2)得M=G·Ip·Δθ(3-3)z·L图3HVD实验加载参数测试与控制系统框图由式(3-3)可以看出转矩M与两信号相位差的
