筒式磁流变联轴器结构设计及有限元分析

针对传统电动吊具回转机构出现冲击现象的问题,通过设计一种筒式磁流变联轴器替代传统刚性联轴器,实现对冲击效应的主动可控。针对该联轴器传动装置,从理论分析上给出主要设计方法和思路,构建出应用于该吊具的整体结构尺寸模型。同时建立了联轴器内部磁路模型,运用ANSYS软件对设计的磁路模型进行有限元分析,得到了磁流变液工作区域磁感应强度变化趋势,并对磁路结构进行优化。结果表明,通过该方法设计的联轴器磁路模型能够满足实际工程使用,优化后的异向绕组磁路模型比同向绕组模型具有更大的抗磁饱和性能,且能传递较大扭矩,为类似的磁流变结构设计提供很好的指导。

筒式磁流变液联轴器的机理模型及特征解

以筒式磁流变液联轴器为研究对象,建立了考虑最大传递扭矩、转矩可调倍数、相位转差、稳定时间和设计外形尺寸等性能特征的磁流变液联轴器的非线性系统动力学模型,给出了联轴器性能指标的理论显性特征解,并基于此组特征解对MRF-132DG磁流变液联轴器的参数设计和性能评估进行实例分析.结果表明,所提出的机理模型和特征解具有更明确的物理意义,避免了数学模型繁琐的数值求解和实验性能参数拟合曲线分析过程,为类似结构磁流变液联轴器的设计和特性分析提供了更直接的指导和借鉴.

工作间隙对磁流变液联轴器的影响

对一种新型磁流变液传动器件——磁流变液联轴器的磁场进行了有限元分析,研究了工作区的间隙对磁流变液联轴器磁感应强度和剪切应力的大小及分布的影响。通过分析表明,当工作区间隙由0.2mm增加到2.0mm时,工作区的磁感应强度逐渐减小,而磁感应强度和剪切应力沿长度方向的分布却逐渐趋于均匀,磁感应强度最大值与最小值之差由0.65T减小到0.35T;无论是当工作区磁流变液的磁场达到饱和时,还是当磁感应强度使剪切应力达到屈服值时,剪切应力都不会再随磁感应强度升高而增大。通过计算可知,对于所研究的直径与长度之比为5/7的磁流变液联轴器,当工作区间隙由0.2mm增加到2.0mm时,它所能传递的工作扭矩仅降低25%。因此在设计其磁场时应综合计及加工、安装精度及生产成本等因素合理选择工作区的间隙,推荐选用1.2mm左右的工作间隙。

基于宾汉模型的磁流变液联轴器工作转矩预测

针对一种旋转圆筒式磁流变液联轴器,提出了用于预测磁流变液联轴器工作转矩的修正宾汉模型。在该宾汉模型中采用磁流变液联轴器主动转筒和从动转筒之间的转速比n作为宾汉模型的输入参数,并采用指数模型描述磁致库仑阻尼力矩。实验结果表明,当线圈电流恒定时,在负载由小-大-小变化过程中,不同初始转速下的转矩-转速比曲线基本重合,且在负载正向增大和反向减小过程中,磁流变液联轴器工作转矩变化曲线基本重合,未形成滞环。当转速比较小(n<1.3)时,磁流变液工作转矩随负载增大急剧增大;当转速比较大时(n>1.3),工作转矩随负载增大增速减缓,其变化曲线斜率均为0.05,整个转矩-转速比变化曲线与磁流变液联轴器宾汉模型完全吻合,利用磁流变液联轴器力矩宾汉模型可以预测和确定其工作转矩。

基于磁流变技术的回转机构制动冲击控制

针对起重机回转机构制动时惯性冲击易导致设备损坏的问题,提出了一种通过电流改变扭转刚度和阻尼系数的磁流变弹性体联轴器,实现对冲击振动频率和幅值的控制.根据起重机回转制动时的特点,建立了含齿侧间隙、齿轮啮合刚度与磁流变非线性刚度和阻尼的系统动力学方程,推导出系统几个关键性参数与电流间的函数关系.运用数学软件对方程进行数值求解,对联轴器扭矩特性、阻尼特性、齿轮啮合力及制动效果进行了分析.结果表明,磁流变联轴器具有很强的扭矩传递能力,在不影响制动效果的情况下可以显著地降低冲击振荡频率,对冲击载荷峰值也有一定的抑制效果.

起重机回转冲击载荷的磁流变抑制策略

针对起重机回转传动系统在紧急启制动时产生的惯性冲击易导致回转齿轮损伤失效问题,提出了一种抑制起重机回转冲击载荷的新策略。将回转传动系统减速器输出轴与回转小齿轮用磁流变弹性体联轴器联接,通过控制联轴器的扭转刚度和阻尼特性调节系统的传动特性,实现对回转传动系统振动冲击响应特性的调节。本文建立了回转传动系统磁流变振动控制的动力学方程,通过数值实验方法和分析法研究了联轴器扭矩传递特性、阻尼耗能缓冲特性、齿轮啮合力变化以及传递效率等系统特性,预测了系统在定常及随机载荷激励作用下的动态响应和冲击载荷的磁流变抑制效果。结果表明,磁流变弹性体联轴器不影响起重机回转传动系统的扭矩传递能力和传动效率,可以显著地降低系统对冲击载荷振动响应的峰值,改善回转传动系统的抗冲击性能,提高传动系统的可靠性。

基于磁流变技术的压桩机吊机回转启动冲击控制

针对压桩机吊机回转启动冲击载荷损坏设备的现象,提出一种基于磁流变技术的冲击振动控制方法。根据压桩机吊机回转启动工况特点和磁流变联轴器工作原理,运用键合图理论建立回转系统的动力学模型。基于MATLAB仿真平台分析输入电流不同时联轴器的传动特性及其对回转系统启动冲击载荷的抑制规律。研究结果表明:小电流时联轴器刚度系数小,系统响应滞后,大电流时联轴器趋近于刚性连接,系统响应快速;联轴器阻尼系数小,传递能量损耗少,对系统传动效率影响很小;联轴器磁滞效应可有效控制系统压力幅值和脉宽,降低齿轮啮合力冲击峰值,提高系统工作稳定性。

起重机回转传动系统冲击载荷的磁流变半主动控制

以起重机回转支承传动系统为研究对象,提出了基于磁流变技术的起重机回转传动系统冲击载荷的控制策略和方法,即采用磁流变弹性体联轴器实现回转驱动装置与回转小齿轮的刚度和阻尼可控连接,实现了冲击载荷的振动抑制,建立了回转支承传动系统磁流变非线性动力学模型,求解了系统在定常及随机载荷激励作用下的动态响应,并以弹性体的变形量和联轴器的内外筒转角位移差值为控制对象,采用双态控制和PID控制两种半主动控制策略对冲击载荷的磁流变抑制效果进行了仿真研究。仿真结果表明:这两种半主动控制策略都能较好地抑制回转系统中的惯性冲击,并可改善起重机回转系统的运行平稳性。其中,双态控制对启制动时间的优化效果更佳,PID控制对冲击峰值和时间的综合优化能力更强。

起重机回转系统的磁流变减振研究

提出一种基于磁流变减压混合模式的面向大功率起重机回转机构冲击载荷的控制方法:在回转机构传动系统的输出端采用波纹状磁流变联轴器将输出轴与回转小齿轮联接,通过控制联轴器的扭转刚度和阻尼特性来调整系统的传动特性,实现对回转机构振动冲击响应特性的调节。结合2种成熟的磁流变液扭矩传递装置结构,通过建立波纹状磁流变联轴器的整体机理模型,根据实际工况,对MQ3235门座起重机回转机构的振动系统动力学模型进行启动过程的数值模拟。结果表明,在确保波纹状磁流变液联轴器的传动转矩能够达到系统要求后,其运动学参数满足起重机回转机构正常工作条件下,齿轮啮合冲击载荷峰值明显减小,最大耗能系数可达到15%,在改善驾驶人员的操作舒适性的同时,提高了起重机回转机构的工作可靠性。

起重机回转传动系统启动冲击载荷磁流变控制

针对起重机回转传动系统快速启动时冲击载荷容易导致设备损坏的问题,提出了一种基于磁流变技术的冲击载荷控制方法,即通过改变回转传动系统的传递刚度和阻尼特性,实现对快速启动时冲击载荷峰值和脉宽的控制.根据起重机回转传动系统启动工况的特点,建立含齿侧间隙、齿轮啮合刚度与磁流变非线性刚度和阻尼的系统动力学方程,考察了启动工况下影响回转传动系统动态特性的磁流变联轴器刚度、阻尼等关键参数,预测了电流磁致效应对启动冲击载荷峰值的抑制效果.结果表明:采用磁流变联轴器的回转传动系统具有强大的动力传递能力,并可方便有效地调整启动冲击载荷特性,显著地抑制冲击载荷峰值.