用于低速从动机械的液力行星齿轮复合传动装置

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2013年第7期 液压与气动为4/3～4(5)或4/3-5[5 3； 为液力变矩器涡轮输出转速，也是差动轮系太阳轮转速；n 为装置的输人转速，即是液力变矩器泵轮输入转速，同时也是差动轮系齿圈转速；n 为液力行星齿轮输出转速，也是差动轮系行星架转速。由式(1)可得：n (2) c - - z定义i n /n 为液力行星齿轮传动比，由式(2)可得： (3) cR -- j式中，i佃为液力变矩器转速比，i AT/n 。

离心涡轮液力变矩器计算工况转速比-般为 0.35 -0.92 ]，考虑到差动轮系结构参数 的合理取值范围，取两个参数的低限值代入到式(3)，可得：。

iTB 0.354/3CR 而 1 ： -0.7214以常用的的4极电动机为例，同步转速为 1500fmin，理论上液力行星齿轮输出转速为 1082 r/min，对于低速传动诚，这样的转速不能满足要求，在差动轮系行星架输出端需加减速齿轮。同样的工作转速要求，由式(3)可以看出，采用高转速比的液力变矩器，输出端减速齿轮需要更大的减速比。从后面的分析还可看到，差动轮系的结构参数也要大-些。

2.2 传动 系统转矩关 系设液力变矩器涡轮输出转矩为 - ，根据传动及系统的转矩平衡关系，差动轮系太阳轮转矩 齿圈转矩帆 、行星架转矩 分别为：M -MT (4)Mq ·(- ) (5)Mi-(1 )·(-MT) (6)液力行星齿轮输出轴转矩为：Mc-Mj(1 )·(- ) (7)从绝对值来说，太阳轮上的转矩最小，齿圈次之，行星架上最大。因此，对于同等的传递功率，低转速输出，采用行星架作为输出轴 自然是比较合适的。

输入轴直接驱动液力变矩器泵轮和差动轮系齿圈，其轴上转矩可写成：， 1 、R B ql专 )。(-MT) (8)式中：M 为液力变矩器泵轮输入转矩；K为变矩系数，K ：- M /MR o2.3 液力变矩器的分流功率与液力行星齿轮机械传动效率(1)液力变矩器涡轮功率占液力行星齿轮输出功率的比例：： - MTnT： (9)i p -- --- - ，0、 c乃c -TB ，(2)液力变矩器泵轮输入功率占液力行星齿轮输出功率的比例：MBn。

- Mcnc-(iTB )·K (10)(3)液力行星齿轮机械传动效率：Mcnc ( rR )· 、叩YJ M-R-n R ] L 11液力变矩器工作于第-象限(牵引工况)，变矩器传动效率 。 与转速比、变矩系数的关系为叼 。 K· ，此关系代入式(10)和式(11)，根据对应速比工况的效率参数同样可以计算泵轮功率比例和总体机械传动效率。

2.4 差动轮系结构参数 的确定由式(10)关系可以看出，选定液力变矩器计算工况 i (相应最佳效率 叼。 、变矩系数 K)对应液力行星齿轮额定输出转速 ，在差动轮系结构参数确定的条件下，即可得出泵轮输入功率 占装置输出功率(也可以说是额定工况工作机械所需的驱动功率)的比例，从而根据选定的基型液力变矩器可以确定新型液力变矩器的结构参数，如循环圆直径D等。

设装置输出转速，也就是工作机械的转速变化范围为 no i - 0 (no i

2.5 计算实例与分析某工作系统技术参数要求为：输入转速为 n 1485 r/min；输出转速为n 650 r/min；传递功率为P 1000 kW；额定效率为叼YI ≥95% ；调速范围为60% ～100%，即 0 i 390 r/min。

国内目前比较成熟的导叶可调式液力变矩器只有LB46-种型号 J，原始特性如 图 7所示， 佃 ：0.92，町 0.85。针对高转速比液力变矩器的匹配计算选取 LB46作为参考基型。

o.o o.1 0.2 0.3 0.40.50.6 0.7 0.80.9 1.o1.1 1.21.3 1.4 1.5转速比图 7 1.1346型液力变矩器原始特性匹配计算结果如表 1所示。反转工况液力变矩器为吸收功率，低速工况涡轮功率比例为负值♂构参数 对额定工况液力行星齿轮传动效率影响较小，但对低速工况涡轮功率分流比例影响较大。选择较大的，额定工况可以获得较高的传动效率，但在较低转速工况下，液力变矩器吸收功率的比例也较大，导致液力变矩器发热增加，降低总体机械传动效率。

表 1 高速 匕液力变矩器匹配计算数据L 叼YJ TBmin 尸T i1 2.00 2.2237 0.9473 -0.248O -0.14162 2.20 2.2275 0.9505 -0.3280 -0.17523 2.40 2.2309 0.9534 -0.4080 -0.20484 2.60 2.2338 0.9559 -0.4880 -0.23l15 2.80 2.2365 0.9582 -0.5680 -0.25456 3.0o 2.2389 0.9602 -0.6480 -0.27557 3.20 2.24l1 0.9621 -0.7280 -0.29458 3.40 2.2431 0.9638 -0.8080 -0.3l17式中： J 为额定工况液力行星齿轮传动效率； TBmi为最低调节转速工况液力变矩器转速比；P j 为最低调节转速工况涡轮功率比例。

保证液力行星齿轮机械传动效率要求，同时兼顾最低转速工况下的涡轮功率所占比例和差动轮系结构参数的合理取值范围，可初步确定 。遵循这样的原则，根据匹配计算结果，可 以优选表 1中的第 6组数据。

以上只是理论上的匹配计算结果，实际工作中需要结合工作机械的负载特性，选择合适的差动轮系结构参数，确定液力变矩器合理的转速比工况变化范围。

值得注意的是为了满足最低转速调节的要求，液力变矩器反转工况转速比取得过小(即反转速度大)，有可能使得反转特性无法满足负载转矩特性的要求，这样的匹配计算就没有实际意义了。如果减小差动轮系结构参数，增大反转工况转速比，又会降低额定工况下的液力行星齿轮传动效率。这就涉及到液力变矩器的选型问题了。

作为选型参考，选取曾经用于内燃机车传动的JQB2离心涡轮液力变矩器作为参考基型l6j，i 0.46，叼。 o.86。匹配计算结果如表2所示。

表 2 低速比液力变矩器匹配计算数据0f 叼YJ TBmin PTnmin1 1.加 1.7238 0.9568 -O.2O40 -0.20482 1.40 1.7706 0.9613 -0.2840 -0.25453 1.60 1.8101 0.9649 -O.3640 -0.29454 1.80 1.8440 0.9679 -0.4440 -0.32745 2.00 1.8734 0.9705 -0.5240 -0.35506 2.20 1.8991 0.9726 -0.6O40 -0.37847 2.40 1.9218 0.9745 -0.6840 -0.39868 2.60 1.9419 0.9761 -0.7640 -0.4161根据前述的优化参数选取原则 ，针对低速比液力变矩器可优化选取表 2中的第 2组数据，可以看出，这样的匹配结果相比高速比液力变矩器更可龋3 结论(1)对于在-定负荷变化范围内工作的的低速从动机械的调速驱动采用液力行星齿轮复合传动装置，可选用工业普通的4极或6极定速电动机，而不必考虑选用昂贵的、大功率多极低速电机配置高压变频器。

液力行星齿轮近似机械传动的简单、可靠、低成本的特点也是众所周知的；2013年第7期 液压与气动 13DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.07.004基于高速开关阀的液压马达调速系统研究郝建军 ，程 昶 ，张志刚 ，葛帅帅Study on Speed Control System for Hydraulic Motor Basedon a High-speed On/Of ValveHAO Jian-jun -，CHENG Chang ，ZHANG Zhi.gang ，GE Shuai-shuai(1.重庆理工大学 汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室 ，重庆 巴南 400054；2.重庆科学技术研究院，重庆 渝北 400050)摘 要：提出-种以高速开关阀、插装阀为主要调速控制元件，单向阀、蓄能器为辅助元件的液压马达调速系统，并介绍了其主要结构原理和应用特点；建立了液压系统的数学模型，对其进行了相关的理论分析并采用 AMEsim软件进行了仿真分析，验证了系统的可行性。

关键词：高速开关阀；插装阀；调速；仿真中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)07-0013-04引言液压马达调速系统具有响应快、功率/重量 比大，负载刚度高和性价比高的特点，能够实现高速度、高精度、大转矩的控制，因而广泛用于冶金、机床、船舶等工程机械领域。现有的液压马达调速系统，基本形式主要有泵控方式和阀控方式两类。泵控方式包括变转速控制和变排量控制方式：变转速控制是通过变频电机等输入转速来实现；变排量控制是通过手动或电控收稿 日期 ：2013.O1 29基金项 目：重庆 市科技 攻关计 划项 目资助 (cstc2012gg-yyjsB30002)作者简介 ：郝建军(1963-)，男，山西大同人，副教授 ，博士，主要从事汽车传动及其测试技术的研究工作。

(2)系统关键结构参数的确定要综合考虑工作机械的特性与特点、液力变矩器的特性、兼顾额定工况的要求及低转速工况传动情况等多种因素。高速比液力变矩器的特性会给系统的匹配设计带来困难，低速比导叶可调式液力变矩器的开发是-项重要的基础研究工作；(3)用于低速传动的液力行星齿轮在火电厂的磨煤机上已有成熟应用 J。其他行业，如化工领域 PVC生产线上的聚合釜 J、化肥厂柱塞式 甲胺泵，石油矿场钻机设备，液化天然气往复式压缩机等低速工作机械，也可探讨采用液力行星齿轮替代可调式液力变矩器、调速型液力偶合器作为调速驱动装置。