限矩型液力偶合器技术功率平衡分析

限矩型液力偶合器技术功率平衡分析
【摘要】液力偶合器是一种电动机、工作机之间的流体传动元件，具有柔性传递动力功能，可以实现电动机过载保护、无级调速、启动性能及功率平衡等方面的改善，有限矩型、调速型两种。

本文就限矩型液力偶合器进行探讨，分析限矩型液力偶合器的结构和工作原理，并探讨了如何合理使用限矩型液力偶合器。

【关键词】限矩型液力偶合器；充油量；功率平衡
1、限矩型液力偶合器的结构及工作原理
1.1 结构
液力偶合器也被称为液力联轴器，主要组成部分包括输入、输出轴，涡轮，易熔塞，泵轮及外壳等构件。

输入轴一端相连电机，一端相连泵轮，输出轴一端相连涡轮，另一端则相连工作机。

泵轮与涡轮呈现对称分布的特点，它们均有一定数量的径向辐射叶片叶轮，外壳与泵轮固结成密封腔，以向腔内充填工作液体的形式实现传递力。

其结构如下图1所示。

1. 2 工作原理
液力偶合器实际是涡轮机、离心泵的组合，其主要组成部分如上述所讲。

工作原理如下：原动机利用输入轴实现泵轮旋转，受到工作腔形状限制以及离心力的作用，填充在工作腔里面的工作液体会经过较小的泵轮入口，在加速加压的作用下冲向半径较大的泵轮出口，这时会加大液体动量矩增量，也就是说偶合器的泵轮实现了将输入机械能转化为液体的功能。

工作液体受力从泵轮出口冲出，冲向对面涡轮，依据涡轮叶片形成的路径，液流开始做向心流动并实现将释放的液体功能向机械能转化，由驱动涡轮进行旋转充分带动负载实现做功功能。

这样工作液体就实现了在工作腔内的循环螺旋环流运动，在没有任何输入、输出直接机械连接状况下，只用依靠液体动能就可以实现柔性连接。

2、合理使用限矩型液力偶合器的措施
2.1 与工作机特性相匹配
工作机在起动的瞬间会产生最大的阻力负载，伴随着不断增加的转速，摩擦力矩会逐渐减小直至稳态运转。

但标准鼠笼型异步电动机输出转矩则相反，在起动时相对较小，伴随转速的不断增加会逐渐提升，直至最大转矩点，如图2（a）所示。

因此，处于直接驱动系统的电机，为了工作机基于带负载起动最不利情况下，确保电动机启动瞬间能够将最大静阻力矩克服，才可确保工作机顺利启动，就必须将电机机座号增强，不过这种方式较浪费能源。

基于电机加限偶驱动工作机系统基础，在电机尚未进行运转，电机刚启动开始加速时，在电机轴上施加的负载，是液力偶合器的泵轮力矩，并非最大的工作机静摩擦力矩，这时候电机启
动瞬间的泵轮转矩为零，伴随着不断上升的电机转速，依据平方抛物线方式增加，实现与电机外特性曲线段落相交，而工作机负责则有由相交点的转矩实现驱动。

如图2。

通过以上研究可以发现，在工作机上采用限矩型液力偶合器，电机将会出现快速启动，这种情况的发生与负载无较大关系，为确保工作及可以在最不利的负载情况下起动，需要在选择限矩型液力偶合器的充油量多少、规格大小等方面注意选择，尽可能确保液力偶合器零速工况泵轮特性曲线可以经过临界点b，如图2（a）所示，这样只需要确保电机最大转矩比工作机的最大静阻力矩高，便可实现工作机起动，还能够保证加速至稳态工况点。

所以采用限矩型液力偶合器的情况下仅需要满足鼠笼型异步电动机具备较高的最大转矩相对值即可。

2.2 和鼠笼型电动机相匹配
要求限偶和电机相匹配的根本就是要求依据电机的实际外特性参数对过载系数Tg达小进行合理的确定。

过载系数Tg即为偶合器最大转矩Mmax/额定转矩【1】。

为实现机械传动系统不因过载而被破坏，并实现在起动时最大限度的利用最大转矩，要求限偶过载系数必须满足表1规格要求。

2.3 对实际充油量科学、合理确定
通常情况下限偶充液率选定范围为40%-80%【2】。

80%情况下则会因为工作腔的流液流态变化缺乏充分的空间而造成偶合器特性受到影响，液体充满腔内，会损坏偶合器特性，加上受热膨胀将会引发偶合器壳体爆裂或密封失效等。

从合理使用充油量方向出发，对充油量进行调整可以实现最大转矩工况点泵轮特性和电机临界点的有效匹配。

实际应用过程中，电机容量通常会比需求要大，而且受到自动控制系统的整定要求影响，开展油量调整是较重要的环节。

可以依据以下的方法：先采用原标定油量加入，没有标定可以依照60%-70%【2】总容积量进行冲油。

处于制动工况情况下，基于工作机最大阻力负载条件下或是刹住工作机的情况下，将电机启动，若电机尖峰电流1s降至2-2.5倍的稳态运行电流，且相对接近85%的额定转速，生产运行过程中无功能不正常现象，可以看做是油量适当；假如电机电流5%的稳态运行滑差，表明油量太少，应增加油量；如果电机电流>2.5倍稳态运行电流，就表示油量太多需要将油量减少。

可参考图2（c）的电流曲线。

3、总结
应用限矩型液力偶合器可实现电机的空载起动，具有柔性传动功能和过载保护功能，可以缓解隔离扭振和冲击，确保出轴承、油封之外无其他的直接机械摩擦，具有较小的磨损；还能对多机均衡驱动功能进行协调，基于以下两点实现：①传递功能和充油量基本呈现正比关系，可通过调整偶合器冲液度实现输出功率的调整，确保多电机处理一致；②液力传动具备自动适应性，可以对多机驱动进行自动协调，基于冲液度大致合理条件下，采用自动适应性不但可以实现各电机输出功率的均衡调整，还可以使电机依照顺序起动，减少起动冲击，并实现同步
驱动，确保多台电机可以对一台工作机同步驱动。

限矩型液力偶合器应用在带式输送机方面，通过对油量进行控制可以实现功率的平衡。

【参考文献】
[1] 姜鹏. YOXF限矩型液力偶合器动平衡工装改进[J]. 现代经济信息.2009（15）：276-277
[2] 王坤，包继华，吴艳. 变频在带式输送机多点驱动功率平衡的研究[J]. 煤矿机械.2010.31（6）：66-68。