液力偶合器调速控制系统探析.doc

1、液力偶合器调速控制系统探析摘 要近年来我国经济社会取得飞速发展，不过能源浪费的问题也日益突出，产品能耗比超过世界平均水平的 40%，引起人们广泛关注，依靠技术实现节约能源可以说是解决我国能源供需矛盾的重要途径，节能技术当中传动节能以及调速节能简单易行并且效益卓著，所以应用非常广泛，在调速节能当中，液力偶合器调速控制有着显著的优势。本文简要介绍液力偶合器调速控制的原理，并论述液力偶合器调速控制系统的应用情况。 关键词液力偶合器；调速控制；原理；传动；模糊控制 中图分类号：TG303 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0195-01 液力偶合器作为通用液力传动的元件，置

2、于工作机以及动力机之间，可以传递两者动力，从而保证主动轴同从动轴之间柔性连接，将主动轴转矩等值传递到从动轴。液力偶合器有着结构简单、节约能源以及性能可靠能方面的优点，在冶金、船舶、发电、纺织以及化工等行业得到广泛应用。 一、液力偶合器调速控制的原理 液力偶合器的主要构件有泵轮、涡轮以及壳体，其中壳体通过螺栓同泵轮之间实现固定连接，作用在于避免工作液体的外溢，泵轮同动力机连接，涡轮则同负载链接，泵轮以及涡轮都有径向叶片1，同时泵轮以及涡轮叶片间凹腔形成圆环状的工作腔，在腔内填充液体从而传递动力，可以说液力偶合器通过液体的运动实现能量转换，动力机带动泵轮转动的过程当中，工作腔内部工作液体受离心力以

3、及工作叶片作用，从小半径的泵轮入口加速抛向大半径泵轮出口，其中液体动量矩不断上升，泵轮则将动力机的机械能转化为液体动能，并且泵轮抛出工作液可以冲击涡轮叶片，从而带动涡轮以及泵轮的同向运动，最终实现涡轮负载做功，将液体动能转化成为机械能，而实现动能转化之后液体继续流回泵轮，进行后续的循环，这样一来就能够不用机械连接而传递能量2。 在液力偶合器的调速原理方面，调速型的液力偶合器在保持输入转速前提下，改变工作腔内部的充油量，从而实现调节输出转速的效果，工作腔的进出口流量相等的时候，液力偶合器的工作腔保持充液量恒定不变，要想调节工作腔充液量，就需要避免工作腔进出口流量相等3。按照调节充液量不同的方式，

4、液力偶合器的调速类型有以下三种。第一种是进口调节式，该类型的调速偶合器通过操纵勺管来调节流道工作油量，同时能够进一步分成固定导管阀式、喷嘴导控式以及固定导管泵控式等。第二种是出口调节式，该类型的调速偶合器运转过程当中流道进油量保持恒定不变，而是用移动流道的排油勺管确定流道当中的充油量，同时根据勺管移动的不同方式能够分成伸缩式勺管以及回转式勺管4。第三种是复合调节式，该调速偶合器运转过程当中一方面使用排油勺管的位移实现调速，另一方面还利用控制阀以及冷油循环门来控制偶合器流道进油。调速偶合器目前广泛应用在工作机需要进行无级调速的环境，例如离心式水泵以及风机配合，能够在调速的过程当中大量地节约电能。

5、液力偶合器进行调速的节能原理方面，主要是通过改变转速从而改变特性曲线来调节流量，根据离心风机水泵工作的原理，其流量同转速一次方是成正比的，压力同转速平方成正比，同时轴功率同转速三次方成正比，因此在降低转速调节流量的时候，轴功率根据转速三次方的比例而大幅下降，在流量以及转速下降 1/2 的时候，根据理论计算可以得出轴功率会下降为原值 1/8，因此有着显著的节能效果5。 二、液力偶合器调速控制系统的应用 液力偶合器调控控制系统主要应用于工作机属于叶片机械传动系统当中，有着比较理想的调速节能效果。这里的调速节能指的是调节流量或者间歇运行的那些风机水泵，通过液力偶合器实现调速，从而替代耗能落后的节流调

6、节，可以节约大量的能源。除此之外，液力偶合器调速系统在炼钢转炉风机、管道输油泵以及热电锅炉的给水泵方面的应用同样有着显著的节能效果，并且在大功率的水泵以及风机调速控制方面，液力偶合器调速控制系统因为性价比突出的特点，应用日趋广泛。 在液力偶合器调速系统的控制方面，大部分使用 PID 控制，这一方法有着简单实用并且精度高的优点，不过 PID 控制对于模型有着比较强的依赖性，同时收到控制系统时变性以及非线性的影响比较明显，液力偶合器的内部流动状态非常复杂，同时在工作的过程当中，不同的工况以及工作环境之下，不同寿命周期的模型在参数方面会存在较大的区别6，所以建立数学模型的过程中往往存在一定的困难，因

7、此单一 PID 的控制无法很好实现液力偶合器的调速系统控制，模糊控制则是近年来逐渐发展流行的新型控制器，通过使用模糊理论以及模糊运算来实现系统控制，在液力偶合器调速系统当中的应用有着以下方面的优点。第一是模糊控制基于规则控制，同时根据操作人员经验或者是专家知识而建立控制规则，并不要求建立精确数学模型，因而设计简单并且便于应用。第二是从工业过程定性角度出发，更加容易制定语言控制的规则，模糊控制对数学模型无法获取的动态特性更加适用。第三是模型控制的算法以及系统设计的方法，因为出发点以及性能指标的区别而容易出现较大区别，语言控制的规则更加独立性，通过这些控制的规则实现模糊连接，可以实现优于常规控制的

8、效果。第四是模糊控制基于启发性知识以及语言决策的规则而设计，能够模拟人工控制方法，提高控制系统适应的能力，有着一定程度的智能性。第五是模糊控制系统鲁棒性好，干扰以及参数变化对于控制效果带来的影响较小，适合非线性以及纯滞后系统控制。不过模糊控制有着控制精度不高以及稳态误差等方面的缺点，因此研究人员提出模糊-PID 控制的方法，在液力偶合器的调速控制系统当中逐渐得到应用。 液力偶合器调控控制系统的应用呈现出下列发展趋势。液力偶合器作为传动装置使用的时候，主要研究原始特性以及外特性等，还包括同原动机以及负载机械之间匹配的关系，机变是研究其调节的特性，只是涉及静态调节，不过作为液力传控当中的传动控制单

9、元，需要进一步研究动态特性。此外，目前的液力偶合器调速控制系统主要使用 PID 控制技术，在系统控制效果方面不够理想，因此需要进一步研究新型控制方法改善液力偶合器的调速控制效果，最终实现自动调速控制，尤其是伴随计算机技术的发展，可以考虑使用计算机动态仿真控制液力偶合器的调速控制系统，从而省去大量实验并减少工作量。 综上所述，偶合器调速可以说是节电的一种重要手段。在性能、性能、价格、应用条件以及操作经验方面的差异，使得不同调速装置都有着巨大的应用前景，在调速方式选择的过程中应当因地制宜并且讲求实效。液力偶合器调速控制系统运行简单，同时使用维护简便，有着见效快、投资少以及节能效益明显的特点，因此应

10、当进一步推广应用。 参考文献 1 倪胜福，程述声，赵遵道，等.调速型液力偶合器动态特性分析J.哈尔滨工业大学学报，2014，26（3）：137-142. 2 王永生，陈华清，敖晨阳，等.舰船液力偶合器稳态、动态性能研究J.船舶工程，2013，15（10）：291-293. 3 吴洪兵，薛惠芳.调速型液力偶合器控制系统数学模型的建模过程J.南京工业大学学报（自然科学版） ，2014，11（3）：306-309. 4 黄元峰，石云宝，庞绍平，等.复合控制在液力控制系统中的应用J.吉林工业大学自然科学学报，2014，30（4）：270-274. 5 孙建华，汪伟，余海燕.基于模糊-PID 的汽轮机转速控制系统J.自动化技术与应用，2014，27（1）：127-130. 6 张恩勤，施颂椒，翁正新.模糊控制与 PID 控制方法的比较J.上海交通大学学报，2014，33（4）：501-503.