调速型液力偶合器动态特性预测及充排液控制系统研究

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1、—————————————————————调速型液力偶合器动态特性预测及充排液控制系统研究—————————————————————PredictionofDynamicPerformanceandStudyonHydraulicControlSystemofVariableSpeedHydrodynamicCoupling作者姓名：吴岳诗领域（方向）：机械工程指导教师：马文星教授类别：工程硕士答辩日期：2015年5月31日摘要调速型液力偶合器动态特性预测及充排液控制系统研究调速型液力偶合器以其显著的调速节能水平和众多优良传动性能，在各类工业传动领域里得到了广泛的应用，节能效益十

2、分显著。调速精度和稳定性是衡量调速型液力偶合器性能的重要指标，但由于其内部气液两相流场流动状态的复杂性，难以实现对其动态输出特性的准确预测和把握。同时，调速型液力偶合器充排液控制系统具有滞后性和时变性等特点，达到较高的调速精度和稳定性比较困难。目前对调速型液力偶合器气液两相流场的研究主要局限在静态工况，对动态工况下的气液两相内部流场特性方面的研究尚未展开，且对于充排液控制系统的研究也不够完善。本文结合污水处理系统中用于污水鼓风翻腾的曝气风机工作匹配要求，从调速型液力偶合器动态性能预测、充排液控制系统和调速控制性能等方面进行了较为系统的研究。基于瞬态三维多相流流动理论与计算流体力学

3、，采用CFD数值模拟方法对其动态特性进行了预测，为充排液调速控制研究奠定基础。结合动态特性预测结果采用机电液一体化数值模拟方法对充排液控制系统进行研究，提高了充排液调速控制的精度及稳定性。本文的研究工作为调速型液力偶合器动态特性预测及充排液控制系统调速性能分析提供了有效方法，具有一定的工程应用价值。论文通过结合曝气风机匹配需要，确定了调速型液力偶合器传递功率、输入转速范围及调速要求，分析并确定循环圆有效直径、流道结构参数及调速原理方案，设计了本文分析的调速型液力偶合器样机模型，并抽取相对应的全流道三维几何模型。建立了全流道网格模型，确定描述工作腔中气液两相流的流体控制方程及动态边

4、界条件。采用有限体积法对流体控制方程进行离散，使用SIMPLIC算法与PISO算法分别对离散方程组进行了迭代计算。采用UDF方法定义动态工况边界条件，对动态调速工况下的内部流场及其特性进行了预测。分析动态工况下气液两相交界面的动态变化，实现了对气液两相环流动态转换工况范围的预测，并在此基础上拟合了调速曲线。对调速型液力偶合器调速原理、调速方式、典型油路系统、动作执行器结构以及工作原理进行了详细分析，结合曝气风机匹配要求选定了油路系统与充排液控制方案，采用参数自整定算法的PID控制器引入充排液控制系统。分析了系统中用作安全阀功I能的溢流阀自身的压力流量特性、流量连续性方程以及阀芯动

5、力平衡方程。基于调速型液力偶合器充排液控制系统，建立了调速控制性能机电液一体化仿真模型，对曝气风机在不同运行机制下的调速性能进行了数值模拟。基于数值计算结果，分析了充排液控制系统在启动过程以及在典型调速工况下的动态调速控制性能，结果表明充排液控制系统能够较平稳地调整液力偶合器的输出转速，并能动态跟随转速需求的变化。以启动时间、最大动态偏差、转速超调量三个指标参数，评价了本文所研究的调速型液力偶合器充排液控制系统调速控制性能，得到了该充排液控制系统在启动控制时所用时间，以及在典型工况下调速控制时的最大动态偏差和转速超调量，结果显示其具有较好的调速控制性能。关键词：调速型液力偶合器，

6、动态性能预测，充排液控制系统，机电液一体化仿真IIAbstractPredictionofDynamicPerformanceandStudyonHydraulicControlSystemofVariableSpeedHydrodynamicCouplingVariablespeedhydrodynamiccouplingiswidelyusedinmanyfieldsofindustrialtransmissionwithitsmanyexcellenttransmissionperformancesandenergysaving,anditsenergyefficiency

7、isquiteobvious.Accuracyandstabilityofvariablespeedcontrolareimportantindicatorstomeasuretheperformanceofvariablespeedhydrodynamiccoupling.However,owingtothecomplexitiesofitsinternalgas-liquidtwophaseflowstatus,itisdifficulttopredictandgraspth