3、 液力耦合器调速

1第三章液力耦合器调速2第一节液力耦合器工作原理液力耦合器是一种应用很广的通用传动元件。它置于动力机与工作机之间传递动力液力耦合器能改善起动性能、实现过载保护、无级调速等。3一、液力耦合器的结构典型的液力耦合器结构(图3—1)由对称布置的泵轮、涡轮以及主轴、外壳等构件组成。外壳与泵轮通过螺栓固定连接，其作用是防止工作液体外溢。输入轴(与泵轮固定连接)与输出轴(与涡轮固定连接)分别与动力机和工作机相连接。泵轮与涡轮均为具有径向直叶片的叶轮。由泵轮和涡轮具有叶片的凹腔部分所形成的圆环状空腔称为工作腔，供工作液体在其中循环流动，传递动力进行工作。45二、液力耦合器的工作原理1、工作过程：液力耦合器被电动机带动运转时，在液力耦合器腔体内的工作液体，受泵轮的搅动，既随泵轮做圆周运动，同时又对泵轮做相对运动。由于旋转运动的离心力作用，液体从泵轮半径较小的流通进口处被加速，并被抛向半径较大的流通出口处，从而液体的动量增大，即泵轮从电机吸收机械能和转速并转化成液体能。在泵轮出口处液流以较高的速度和压强冲向涡轮叶片，并沿着叶片表面与工作腔外环所构成的流道做向心流动。液流对涡轮叶片的冲击减低了自身速度和压强，使液体的动量降低，释放的液体能推动涡轮(及工作机)旋转做功(涡轮将液体能转化成机械能)。6当液流的液体能释放减少后，由涡轮流出而进入泵轮，再开始下一个能量转化的循环流动，如此周而复始不断循环。2、能量转换过程：在这个过程中，将泵轮旋转机械能转换为液体动能，再将液体动能转换成涡轮旋转的机械能，然后从输出轴输出，带动负载转动。3、输出转速：输出转速的大小与液力耦合器传递的动能（即转矩能力）的大小有关，而传递转矩能力的大小与液力耦合器工作腔内的液体量多少有关。7工作腔内的液体量越多传递的转矩能力越大。当工作腔内完全充满液体时，则传递转矩能力最大，使液力耦合器输出轴输出的转速达到最高。可见，改变液力耦合器工作腔内液体的充满程度，就能改变传递转矩的能力，从而改变负载转速的大小。4、基本类型限矩型：设置辅助腔，来调节工作腔充满度。在液力耦合器力矩过载时靠液流的静压或动压使工作腔中工作液体自动地倾泄入辅助腔，减少工作腔充满度，限制输出力矩的提高，从而构成限矩型液力耦合器。8调速型：在工作腔以外设置导流管和导管腔(供导管导出工作液体的辅助腔)，依靠调节装置改变导管开度来人为地改变工作腔中的充满度(或充液量)，从而实现对输出转速的调节，按此原理构成了调速型液力耦合器。5、转速差在液力耦合器运转中的能量转化过程中，不可避免的伴随着能量损耗，造成工作液体发热，温度上升，同时使涡轮转速低于泵轮转速，形成液力耦合器运转中必定存在的转速差。9第二节液力耦合器的特性参数1、转矩T：由封闭力系平衡原理可知，液力耦合器中的两个叶轮对工作腔内工作液体作用所产生的泵轮转矩T1与涡轮转矩T2之和等于零。即T1+T2=0，或者T1=-T2说明耦合器只能传递转矩而不能改变转矩的大小。（这是忽略各种损耗后的理论值）102、转速比i：转速比为涡轮转速与泵轮转速之比，即转速比用以表示液力耦合器运转工况。3、转差率s：转差率为涡轮对泵轮的转速差与泵轮转速之百分比，即i=——n2n1s=———=1-in1-n2n111按GB／T5837—93“液力耦合器型式与基本参数”的规定，普通型与调速型液力耦合器的额定转差率s＝3％；限矩型液力耦合器的额定转差率s＝4％。4、过载系数液力耦合器有最大过载系数kg和起动过载系数ks。最大过载系数为最大力矩Tmax与额定力矩Tn之比：kg=——TmaxTn12起动过载系数ks为起动力矩Ts与额定力矩Tn之比：5、效率η效率为输出功率P2与输入功率P1之比，即ks=——TsTnη=——=——=iP2T2n2P1T1n113液力耦合器效率等于其转速比(在忽略轴承等功率损失的情况下)，这是液力耦合器的重要特点之一。因此，通常使之在高转速比下运转以求得到高效率。14第三节液力耦合器的特性曲线1、外特性曲线外特性曲线是指液力耦合器在全充满状态、且泵轮转速保持不变的条件下，所传递的转矩、效率与输出转速关系(图3—2)。为考核液力耦合器特性和便于应用，一般情况下还要测出各不同充液量下的输出特性，其相应特性曲线也是外特性曲线。为区分起见，称此曲线簇为通用外特性曲线。不同规格的液力耦合器具有不同的外特性曲线。15由图可以看出：当n1=n2时，工作液体在工作腔内不产生流动，所以T=0。当n1＞n2时，工作液体在泵轮与涡轮离心压力差作用下产生循环流动，从而传递转矩，转差率越大，传递的转矩T越大，当n2=0时，T最大。耦合器的效率等于转速比，当n1不变时，η=n2/n1=kn2（k为常数）即η为一条通过原点的直线T，ηTηn2n1=n2图3-2外特性曲线162．全特性曲线该曲线包括液力耦合器的牵引工况、反传工况和反转工况在内的外待性曲线(图3-3）A、牵引工况(o≤i≤1)：位于第一象限。特点：泵轮驱动涡轮转动，涡轮转速小于泵轮转速。ⅡT/T10i图3-3全特性曲线ⅠⅢⅣ117B、反传工况(i＞1)：位于第四象限。特点：在外载荷驱动下涡轮转速大于泵轮转速。此时动力反传，由涡轮传给泵轮。工作腔里液流反向循环，涡轮以“泵轮工况”运转，泵轮以“涡轮工况”运转。涡轮输入功率，泵轮向电机输出功率。此时电机处于“发电”状态。泵轮和涡轮转向未变。此时，若电机容量小而不能提供足够的发电制动力矩，将会造成“飞车”(速度失控)事故。18C、反转工况(i＜o)：位于第二象限。特点：载荷驱动涡轮反转，电机驱动泵轮正转，载荷与电机同时向液力耦合器输入功率，均转化为热量，使液温迅速上升。随着涡轮反转转速的升高，液流循环流速减弱(在涡轮里反转趋势加强)，使传递力矩下降。当液流在涡轮里的反转趋势上升到与泵轮里正转相互势均力敌时，工作腔中原来的一个循环液流变为正转(在泵轮里)和反转(在涡轮里)两个循环液流，此时传递力矩最低。当涡轮反转转速高于泵轮正转转速时，两个不同旋向的循环液流又合为一个反向旋转的循环液流，特性曲线随转速差的增加而上升。19反转工况运转的实例：由电机通过液力耦合器驱动的倾斜上运带式输送机，当严重超载使输送带由原来的上行变为下行时．液力耦合器即处于反转工况。3、影响特性曲线的因素：有多种，如：工作腔的几何尺寸与形状、叶片的倾斜角度、工作液体的粘度与温度、辅助腔的型式、液体比重、输入转速、转差率、充液率等对特性曲线均有影响。20第四节液力偶合器的分类液力偶合器的结构形式有很多种。按GB／T5837—93“液力偶合器型式与基本参数”国家标准规定，液力偶合器分类及型号如下：21221、按应用特性分类：可分为三个基本类型：普通型、限矩型、调速型；两个派生类型：液力偶合器传动装置和液力减速器。同一类型的液力偶合器依其腔型结构和性能的不同，又可分为若干个品种。同一品种的液力偶合器具有相同的腔型结构与相同的原始特性。232、按液力偶合器腔型特点分类有静压泄液式、动压泄液式、复合泄液式、长圆形、斜蛋形、扁桃形、扁圆形等不同腔型。前四种常用于限矩型液力偶合器和普通型液力偶合器.后三种腔型多用于调速型液力偶合器和液力偶合器传动装置。243、按液力偶合器工作腔数量分类：有单工作腔、双工作腔液力偶合器。相同有效直径时，双工作腔液力偶合器比的单工作腔传递力矩(功率)增大一倍。。相同功率时，双工作腔比单工作腔的径向尺寸小，但轴向尺寸大，结构复杂。254、按叶片布置方式分类：有径向叶片和倾斜叶片两种液力偶合器。叶轮叶片均为平面叶片(骨面为平面的叶片)。径向叶片为径向布置的叶片，其叶片骨面与轴面(轴线的平面)相重合。倾斜叶片是骨面与叶片轴面相交的平面叶片，即叶片平面以其骨面端线为轴旋转，与轴面有一夹角。以泵轮为基准，将倾斜叶片分为前倾斜叶片和后倾斜叶片。265、按液力耦合器有无支承分类：可分为悬挂式、自支承式两类。悬挂式液力耦合器：没有支承转子的箱座，转子部件悬挂在电机与负载轴上。优点：结构简单、造价低、散热性好缺点：不易安装适用：小功率、较低转速场合自支承式液力耦合器：将转子部件经轴承支承在支架上。优点：安装方便、运转平稳适用：大功率、高转速场合27第五节、液力偶合器的运行特点液力传动由于利用液体在主动、从动件之间传递动力，为柔性传动，具有自动适应性。在传动运行中可有以下特点：1、能使电机空载起动，不管调速型还是限矩型均具空载起动特点，在由静到动的起步瞬间(nl＝o)，电机只带泵轮空载起动，且转速迅速上升，由于力矩与转速平方成正比，泵轮与涡轮力矩迅速提高，当涡轮力矩等于载荷起动力矩后，则涡轮带动载荷设备缓慢起步并升速。对电机为空载起动，而对载荷设备却可满载、平稳地起动和加速。282、对电机和工作机均有良好的过载保护性能。若匹配合适，即使在工作机卡位不转时，电机仍能带动泵轮照常转动，并且不超载、不失速、不堵转，从而保护电机不烧毁，以及传动部件免于损坏。3、降低起动电流的持续时间和减小起动电流平均值。没有液力偶合器时起动冲击电流大、持续时间长，装液力偶合器后，由于电机不是直接带动载荷而使起动冲击电流很快降低下来，因而缩短了起动电流的持续时间。4、在多电机驱动时可以平衡功率，便于多机驱动，并可顺序延时起动，使各电机起动电流相互错开不叠加，大大降低总起动电流峰值。295、减缓冲击、隔离扭振、保护设备与传动部件，延长设备使用寿命。6、调速型液力偶合器可无级调速，既可手动操作，又易于实现远程控制和自动控制。7、维护简便，可长时期无检修地运行，而且由于主、从动件不接触，没有机械摩擦，所以寿命长，寿命周期效益高。液力偶合器传动效率较高，额定工况时为o．97左右。8、应用在风机、泵类负载系统中，调速型液力偶合器可以有显著的节能效果；限矩型液力偶合器在合理匹配下，由于降低电机机座号也有节能效果。309、液力偶合器适于与高、低电压的异、同步电机匹配使用，特别是在高电压、大容量电机的调速传动中占有主要地位。10、液力偶合器在传动中的特点是不能增大或减小传递的力矩，也不能增速（带有变速齿轮箱的除外）。11、液力偶合器的缺点是在运转中随着负载的变化，转速比也相应变化，因此不可能有精确的转速比。适于无需精确调速的场合。31第六节、液力偶合器的应用领域按液力偶合器自身特性及国内、外实践经验，液力偶合器可配套应用在下表所列各领域中。323334第七节、液力偶合器的节能实例3536第八节液粘调速离合器1、什么是液体粘性传动：是流体传动中新兴的学科，与液压传动、液力传动在概念和原理上有本质不同。液压传动基于帕斯卡定律，以液体的压能传递动力；液力传动基于欧拉方程，以液体动量矩的变化来传递动力。液体粘性传动(简称液粘传动)基于牛顿内摩擦定律，以液体的粘性(或油膜剪切)来传递动力。372、液粘传动两大类：按运行中油膜厚度是否变化分类一类是运行中油膜厚度不变，改变工作腔中油液充满程度以调节输出转速，如硅油风扇离合器。另一类是运行中油膜厚度可变，包括：液粘调速离合器、液粘制动器、液粘测功机、液粘联轴器、液粘调速装置。在我国应用较多的是液粘调速离合器和硅油风扇离合器。383、液粘传动的工作原理在两块平行放置的平板之间，充满着动力粘度为μ的油液，两平扳间距为δ。下板固定，上板以速度V平行于下板运动，则板间流体受到剪切。当运动速度不太高时，流体相邻层间的流动状态可看作是相互平行移动的层流。粘附在下板表面上流体分子的速度为零，粘附在上板表面上流体分子的速度为V，变化规律为一直线。39为保持上板的速度V，所需要的力F与板表面积A、流体动力粘度μ及速度梯度成正比即：404、液粘调速离合器的工作原理：通过改变油膜厚度调节输出转速。靠调节系统调节压力来控制油膜厚度。主动摩擦片与动力机相联，输入转速视为常量。从动摩擦片与工作机相联，输出转速为变量。输出转速需降低时，调节系统降低压力使油膜厚度增大