液粘离合器液压控制系统仿真研究

液粘离合器液压控制系统仿真研究 2009年02月03日  互联网   - 摘 要：应用AMESim软件对液拈离合器液压控制系统进行仿真,建立起一套PID控制系统,对性能进行预测,得到的仿真结果为提供了参考依据。 1 概述 履带车辆散热系统中,风扇是一个必不可少的元件,控制了风扇的转速可以基本控制坦克动力装置及传动装的热平衡。而目前,对于我国履带车辆中的风扇传动装置主要有机械传动和调速型液力偶合器传动两种,前者没有调速的功能,后者虽可实现调速,但是调速范围有限,重量大。相比液力偶合器,液粘调速离合器的动力传递和速度的调节靠油膜的内摩攘力来实现,有结构紧凑、体积小、效率高、调速精度高的优点,并且可以完全结合高效传递功率。例如法国的勒克莱尔传动箱的风扇传动。但是国内迄今为止还没有液粘调速离合器运用到履带车辆中,由于液粘离合器所具有的以上优点,完全可替代以往风扇传动中的偶合器,达到减重、增效及灵活控制的目的。因此,为了尝试将液粘离合器运用到艘带车辆的风扇传动中,对其性能进行了研究与分析。 随着仿真理论的发展及软件的应用,使用液压及控制系统仿真软件对液粘离合器进行仿真研究成为可能,而利用仿真分析的结果可以对设计进行指导并对实验结果进行修正。本文针对风扇传动,用AMESim软件对液粘离合器液压及控制系统进行仿真，建立一套控制系统,对性能进行了预侧,同时其仿真结果为设计提供了参考依据。液粘离合器原理如图1所示。 2液粘离合器系统模型的建立 2.1液粘离合参数 油液密度： 。液粘离合器：采用AMESim摩擦离合器模型TRDC2A,调整内部参数,在能够模拟相似工况的情况下,基本满足利用液体粘性调速的要求,使用该模型近似需求的液粘离合器模型。（离合器内使用的油液与液压系统油液不同,其密度、动力粘性随温度线性变化。） 2.2风扇特性 由于该设计液粘离合器的目的是替代风扇传动中的液力偶合器,首先应明确风扇特性。风扇特性通过数据文件FAN定义,如图2所示。 图2中位于上面的曲线表示的是两侧风扇总的输出转矩T与转速n的关系, 下面的曲线表示 的是单个风扇输出转矩与转速的关系。 2.3液粘离合器内部属性定义公式 在AMESim中, 该型离合器摩擦特性如图3所示, 摩擦力随摩擦片相对速度变化的曲线。 在dx区间以外, 摩擦力是相对速度的函数： 在dx区间内, 认为两摩擦片已粘合在一起, 此时摩擦力则为 式中, Vrel为相对速度。 2.4 液粘离合器系统模型原理 （1）控制原理 液粘离合器是一个闭环的能够实现无级调速的系统, 控制系统通过反馈给它 的需求转速信号调整电液比例阀, 电液比例阀用压力来调节离合器摩擦片的间隙也就是调节油膜厚度, 从而调节离合器被动轴的转速, 然后输出给风扇, 将转速信号反馈给控制系统。如图4所示。 （2）液粘离合器系统模型 以下为液粘离合器系统AMESim模型 , 如图5所示。模型为闭环系统, 离合器入口:输人轴转速（r/min）;出口:输出轴转速(r/min)。控制接口：闭锁离合器控制信号（0～1，0－解锁,1一闭锁）。此模型是全开放的, 可以在中任意修改模型结构和参数。 1）为液压系统所使用的油。 2）为离合器所使用的油。 3）粗实线方框图中为液压系统, 液压系统基本由电液比例阀和泵组成, 其中电液比例阀的电流和压力范围分别是0～400mA和0～2.5MPa。 4）虚线方框图中为离合器及输出部分, 离合器中输入为固定转速4000r/min,设置输出随指令信号变化, 并根据输入值使得输出基本变化范围为0～4000r/min。在此输出是根据风扇 的输出特性进行插值,同时通过控制系统调整液压系统的压力,而后反馈给离合器,离合器调 整输出转速, 以达到调速的目的。 5）椭圆框图中为信号转换部分, 这部分在实际中是不存在的, 在此是根据离合器模型所要求的 0～1之间的指令信号对液压信号做了比例缩小。 6）所有框图外为控制系统,控制系统中用目标转速对转速作了一个减法,然后通过一个PID控制器将信号调整为电液比例阀所能接受的电流信号从而调整压力,其中控制器中的参数按照齐格勒-尼柯尔斯调解律进行调解得到,分别为比例增益为0.6，积分增益为0.5, 徽分增益为1。 3液粘离合器系统模型仿真结果及分析 以下为液枯离合器调速特性,表1中所示为转速比不同时, 压力、输出转矩、输入转速及输出转速的变化规律。 如图6及图7所示, 仿真中转速为 500r/min以下时,因为带排转矩的存在,使得此区间较难控制,且实际中也存在带排这类情况,由于风扇调速对此范围不要求作精确控制,因此仿真时未作转速比0-0.125范围内的仿真。 从图6中可以看出压力、转矩并不是随转速比i线性变化, 在这里可以近似地看做是分段线性变化。即当转速比小于0.7时,压力与转矩按照OA段线性变化;转速比为0.7～0.9之间,压力与转矩按照AB段线性变化;当转速比为0.9～1时,压力与转矩按照BT段线性变化。该曲线 反映出了用摩擦离合器模型TRDC2A近似的液粘离合器的调速特性。 由图7可知该液粘离合器的模型反映了一种较为理想的状况, 输出转速随转速比i线性变化，并且理论上调速范围可以从12.5%达到100%。 实际中, 由于摩攘片较多,其带排转矩较大,调速范围不可能达到12.5%。同时,控制系统也较为复杂。仿真结果与实际结果不可避免地有一定差距, 其中的原因也有很多, 在此只能够近 似地模拟实际状况,从仿真中对实际的设计参数进行预测与校正, 从而辅助设计。 4 结束语 通过系统仿真得到了该液粘离合器的调速特性曲线,并且曲线基本反映了离合器的工作特性,为试验及设计提供一定的理论指导。 参 考 文 献 [1]魏衰官, 赵家象. 液体粘性传动[m]. 北京;国防工业出版社,1996. [2]满咏梅.差动轮系动态可控液粘调速装置的控制研究[D],2004. [3]黄晓光,大功率风机、水泵用液体粘性调速离合器控制系统的研究[D],2000. [4]郑勇建.液体粘性调速离合器的研制及实验与仿真研究[D],2003.