可同步限矩型液力耦合器（征求意见稿）编制说明

PAGE7PAGE一、工作简况1.任务来源根据工业和信息化部办公厅“关于印发2020年第二批行业标准制修订和外文版项目计划的通知（工信厅科函〔2020〕181号）”的要求，由全国连续搬运机械标准化技术委员会（以下简称“连续搬运机械标委会”）归口，湖南中特液力传动机械有限公司和北京起重运输机械设计研究院有限公司负责制定行业标准《可同步力矩型液力耦合器》(申报号2020-0897T-JB)。计划完成时间为2022年。2.主要工作过程1）起草阶段接到该标准制定任务后，由湖南中特液力传动机械有限公司、北京起重运输机械设计研究院有限公司、东北大学组成了标准起草工作组。为保证标准内容的适用性、可靠性及先进性，标准起草工作组对可同步力矩型液力耦合器的发展状况进行了全面仔细地分析，并对使用性能的相关内容进行了试验验证。2020年11月25日湖南中特液力传动机械有限公司、衡阳运输机械有限公司、东北大学等单位对该标准的草案稿进行了讨论，确定了编写方案，收集整理了相关标准与文献，如：VDI2153-1994HydrodynamicpowertransmissionDefinitions-DesignsModeofAction；刘应诚主编的液力偶合器实用手册应用节能、设计制造、使用维护（化学工业出版社）；水介质自动闭锁式无滑差液力偶合器（煤矿机电）；闭锁型液力偶合器.传动技术（1995年02期:18-22）；闭锁式液力偶合器的技术性能（起重运输机械.1985年12期:56-57）；自动闭锁液力偶合器的结构、原理和性能试验（起重运输机械.1988年08期:8-13）等。同时对标准项目的名称《可同步力矩型液力耦合器》的名称进行了认真的研究讨论，2019年4月3日连续搬运机械标委会秘书处对标准计划申报时名称为《可同步限矩型液力耦合器》，2020年7月22日计划下发时名称变为《可同步力矩型液力耦合器》，液力耦合器的基本型式分为普通型、限矩型和调速型，限矩型和调速型都包含力矩型的分类型式，起草工作组认为，标准名称改为《可同步限矩型液力耦合器》更为准确。2020年12月9日，标准起草工作组完成了标准初稿的编写，并提交连续搬运机械标委会秘书处审核。经过多次讨论修改，2021年4月28日标委会秘书处完成标准初稿的审核，并形成最终的标准初稿。2021年5月18日在湖南益阳召开了初稿讨论会，会后根据专家意见进行了修改完善，完成标准征求意见稿和编制说明并报至连续搬运机械标委会秘书处。二、标准编制原则和主要内容1.标准编制原则——本标准在制定过程中遵循“面向市场、服务产业、自主制定、适时推出、及时修订、不断完善”的原则，标准制定与技术创新、试验验证、产业推进、应用推广相结合，统筹推进；——本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》进行编写，坚持与现行有效标准协调一致；——本标准的制定旨在规范国内市场秩序，促进规格型号统一、缩短产品设计周期，便于加强管理，保护企业和消费者的合法权益，提升产品在国内外市场的竞争能力，加快与国际尤其是“一带一路”沿线国家接轨的步伐，使标准更加先进科学。在技术内容方面综合考虑了生产企业的技术能力和用户的利益，寻求最大的经济、社会效益，充分体现了标准在技术上的先进性和技术上的合理性；——在内容表达科学、准确的同时，力求语言简练，通俗易懂。2.标准的主要内容2.1主要内容本标准规定了可同步限矩型液力耦合器的结构型式、基本参数、通用技术要求及试验、包装等要求。本标准适用于以矿物油、含水难燃液、清水为工作介质的液力耦合器。2.2工作原理2.2.1总则可同步限矩型液力耦合器：可自适应地在启动、停机过程中实现“耦合”，在稳定运行工况下实现无滑差“同步”，属于GB/T5837中规定的液力耦合器的派生型式。按照离合器的设置型式可分为外置离心飞块式摩擦离合器、内置离心滑块式摩擦离合器、活块式涡轮离合器3种型式。2.2.2外置离心飞块式摩擦离合器可同步液力耦合器工作原理简介：外置离心飞块式摩擦离合器可同步液力耦合器由摩擦离合器与动压泄液式限矩型液力耦合器组成。摩擦离合器置于耦合器外部，通过输出轴与涡轮相连接。起动时随着涡轮转速逐渐提高，摩擦离合器的离心飞块克服弹簧阻力与摩擦片相接触，由此产生的摩擦力矩随涡轮转速的平方（呈抛物线）递增，当涡轮转速达到一定值（接近额定转速）时摩擦力矩大于额定力矩而使离合器摩擦副完全闭锁，使液力耦合器进入同步工况，耦合器工作介质停止循环流动退出耦合工况，实现1：1传动。由于摩擦离合器外置，不与耦合器工作介质相接触，不用考虑摩擦副对工作介质的污染问题，故摩擦副的选材较为广泛。2.2.3内置离心滑块式摩擦离合器可同步液力耦合器工作原理简介：内置离心滑块式摩擦离合器可同步液力耦合器的离心块通过开有径向槽的反作用盘与涡轮相连接。起动时，随着涡轮转速逐渐提高，离心块在离心力作用下沿反作用盘径向槽移动，克服弹簧阻力与摩擦片相接触并产生摩擦力矩，此摩擦力矩随涡轮转速的平方（呈抛物线）递增，当涡轮达到一定转速（接近额定转速）时摩擦副完全闭锁，使液力耦合器进入同步工况，此时耦合器工作介质停止循环流动退出耦合工况。由于摩擦离合器置于耦合器内部，故结构较为紧凑，同时因摩擦副的磨损对工作介质有一定污染，故需注意摩擦副材料选择。2.2.4活块式涡轮离合器可同步液力耦合器该款可同步液力耦合器的涡轮被剖分制作成若干（≧3）活块，每活块外缘镶有摩擦副材料，活块与输出轴活络连接可作径向移动，在液力耦合器运行中，这些活块既充当摩擦离合器的离心重块，同时又是涡轮的一部分。在起动过程中，涡轮转速逐渐提高，涡轮活块在旋转离心力和循环液流的液推力双重作用下作径向移动遂与外壳镶有摩擦副材料的内壁接触产生摩擦力矩，当涡轮达到一定转速时摩擦副完全闭锁，耦合器进入同步工况，工作介质停止循环流动退出耦合工况。此结构可同步液力耦合器将涡轮与离合器离心块合二为一，设计简单新颖，结构十分紧凑，轴向尺寸短，与正常液力耦合器无异;同时由于摩擦离合器在起动过程中受离心力和液推力双重作用，使耦合器负载拖动能力提升，可按大一规格型号使用。由于该款可同步液力耦合器的摩擦副也置于液偶内部与工作介质相接触，其磨损对工作介质有污染，故摩擦副的选材也十分讲究。2.3输出特性分析采用离心式摩擦离合器的可同步液力耦合器在同步工况时，其工作介质停止循环流动无耦合作用，故可输出力矩MT1可依据重块质量、质心半径与角速度、摩擦副摩擦系数计算，为有限值；当耦合器处于非同步工况时，其输出力矩MT0为液力耦合器输出力矩MT与摩擦副摩擦力矩Mf之和，为复合力矩。（1）外置离心飞块式摩擦离合器可同步液力耦合器复合输出特性曲线见图1。图1外置离心飞块式摩擦离合器输出特性曲线（2）内置离心滑块式摩擦离合器可同步液力耦合器复合输出特性曲线见图2。图2内置离心滑块式摩擦离合器输出特性曲线（3）活块式涡轮离合器可同步液力耦合器中，对活块的作用机理很复杂，难以用简单的数学公式进行描述，只能通过试验数据分析对其作进一步了解。，经分析可将相关情况归纳于表1。表1序号充液率输入转速加载扭矩/Nm起动时间/S同步工况点备注155%100016551i=0.74265%100026537i=0.73闭锁型液力耦合器的优点：(1)在额定工况下运行，转速比1，液力耦合器本身没有转差率损失，效率近似等于100%，节能。(2)改变耦合器的充液量，能在输入转速不变的情况下，调节启动加速时间和传递力矩。(3)在启动段由液力耦合器发挥作用，启动性能好。(4)在超载时，摩擦离合器打滑，起到安全保护作用；当进一步超载时，摩擦离合器脱开，液力耦合器发挥作用，可有效保护过载。(5)摩擦离合器滑摩功率损失较小，在闭锁过程中温升小、磨损小、寿命较长。缺点：液力耦合器结构比较复杂，成本相对提高。2.4解决的主要问题本标准是在带式输送机传动装置为应用背景，也可以在其他需要软起动设备上应用。液力耦合器，特别是限矩型液力耦合器，以其对机械设备实现软起动、改善异步电机起动特性，提高电机起动能力、吸收减缓传动系统传动冲击和扭振、在设备强过载时能对传动系统实施可靠限矩保护以及在多动力并机驱动中能自动均衡各动力机负荷分配等其他传动方式难以取代的特性被得到广泛使用。然而，由于液力耦合器属于有滑差传动元件，因此在额定工况运行时存在一定（约3%~6%）的功率损耗，这些功耗将全部转换为热能使液力耦合器工作温度上升，从而提高液力耦合器在设备超载时喷液的概率，导致液力耦合器密封件老化影响液力耦合器使用寿命;同时液力耦合器喷液会对现场造成一定污染,这对于像粮食机械、生物制药等行业是绝对不可容忍的!更为重要的是，应用极为广泛的液力耦合器其总的能耗是极其巨大的！如果能将此能耗减除，不仅经济意义十分明显，而且在节能减排保护环境方面的意义更是极为显著！减少液力耦合器的能耗，提高其传动效率的最佳途径是使其在额定运行工况时做到主、从动端无滑差（即nT=nB）传动，即主、从动端同步传动。为此，国内外一些厂家研发出了众多可同步液力耦合器产品，其中不仅在结构上有较大差异，在工作原理上也不尽相同：在同步控制方面，有液压控制（多见于调速型液力耦合器）、也有利用重块离心力作用实现同步的，还有利用液流液推力、利用液推力加离心力复合作用实现同步的等等，这对于相关标准的制定提出难题。为此，有必要将常见可同步液力耦合器，特别是定充型可同步液力耦合器做个了解。可同步型液力耦合器在德国、美国已经有多年的研究，国内大连液力机械厂、上海起重运输机械厂于上世纪90年代已经开发出该类产品，在JB/T8848中也给出了该类产品的分类。(1)关于本标准的名称同步型液力耦合器的早期的名称为闭锁型液力耦合器lockinghydrauliccoupling，GB/T5837-2008将其列为“派生类型”，并采用“K”表示其代号。(2)关于标准中的术语GB/T3858-2014按现代汉语词典“偶合”：无意中恰巧相合。“耦合”：物理学上指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。(3)关于产品开发和试验验证见后。三、主要试验（或验证）情况湖南中特液力传动机械有限公司开发的可同步力矩型液力耦合器，于2019年3月20日在公司检测中心液力耦合器实验台上完成了YOK400的性能试验，现将试验情况报告如下：1.试验目的、内容及要求1.1测定YOK400同步力矩型液力耦合器的起动运行特性曲线；1.2验证该耦合器主要性能指示是否达到设计要求，并给予适当评价。2.试验条件2.1根据液力传动相似原理，采用电动机降速至1000r/min实验方法；2.2本次试验采用20号汽轮机油为工作介质，工作温度为70℃±5℃；2.3试验用仪表精度见表2：表2测量参数精度力矩0.2级转速0.2级温度0.5级3试验台设备及仪表试验台结构的示意图如图3所示：标引序号说明：1——拖动电动机为三相异步电动机（型号：Y315S-4；功率：110KW；转速：1480r/min）；2——JM338型网络化智能数字式转矩转速传感器（型号：2000A；转矩量程：2000N•m；转速量程：2500r/min）；3——安装支架；4—被检测元件（液力耦合器）；5——加载电机为变频调速三相异步电动机（型号：YSP315L2-4；功率：200KW；转速：1480r/min）；6——制动器；7——检测控制操纵室。图3试验台结构示意图4.试验数据记录表3时间（S)主机功率加载电机功率主机转矩加载电机转矩主机速度加载电机机速度主机电流加载电机机电流速度给定转矩给定000087030820130500745790078013100041899007810001315102198159461898091100013202914283249999540931021000132525222392161001984851011000133025222382131000100084101100013352522234211100110018410110001340252323821310011001841021000134540363873651001100111812410002350403540337799892811812510002355403539837299892711812410002360423739336999892711712510002365433738536099892711812410002370353135032699994310711710002075373334932599994510711710002080373233431299994310611610002085343029827799995610011210001890343032630110009559911210001895312830628310009561011121000181003430298277999955100112100018105322829527110009619510910001711031283012751000960981091000171153027291266100096294107100016120302729026710009649410710001612530272932661000964941071000161303027294266100096394107100016135302729226810009649410810001614030262902651000964941071000161453027292268999963941071000161503026293266100096395108100016155423839437310009571171241000231604237400377998926118125100023165453942439899891412513010002517046404274089989131251311000271754941450430997902133135100027180524449847499688314514410003018553445104849968831441451000301906051575555996878160159100035195614957955699584316516110003520060495795559958391651601000352056855648624995839182177100040210685065563399375218617710004021568496566339947461861771000402206849659634993745186177100040225694965963499374418617710004023074447056889936171991941000452356927669655993397191194100045240595569553995881621721000452455855515439959015816810004525020262995128621100045255211681005100455110004526021168100410045511000452652116810041004551100045270211681004100455110004527521168100410045511000455.运行曲线图4实时运行曲线6.结论YOK400可同步力矩型液力耦合器在启动运行2分26秒后，输入转速、功率、转矩与输出转速、功率、转矩同步，达到设计要求。参加试验人员：吴立平、孙军红、唐国和、臧剑光、张宇。7.YOKD动压泄液限矩型液力耦合器原始特性曲线图(a)(b)(c)(d)图5YOKD动压泄液限矩型液力偶合器原始特性曲线图四、标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利问题。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况随着国内经济高速增长，及经济全球化持续深入发展，国家“一带一路”战略的实施推进，为我国企业提高在全球范围内的资源配置能力，抢占市场，拓展外部发展空间提供了新机遇。钢铁冶金、矿山、电力、起重运输、工程建筑、造船、石油、化工、轻工、建材等行业对风机、水泵、带式输送机、球磨机、破碎机、离心机、游艺机、起重机、提升机等的需求量不断增长。液力偶合器具有：保护电机，提高电机起动能力，防止动力过载，减少对电网的冲击，隔离扭振，在多机驱动系统中，能均衡各电机的负载；基于这些优点，液力偶合器在上述行业设备上得到广泛应用，需求量逐年递增。限矩型液力偶合器的泵轮和涡轮之间有3%~4%的滑差，传递效率不是百分之百，存在3%~4%的功率损耗。可同步限矩型液力偶合器有延时起动，负荷过载保护功能，保留了限矩型液力偶合器的一切优点，在额定工况下，处于无滑差，基本无功率损耗的工作状态，能降低能耗，提高产品性能质量，可同步液力耦合器是值得大力推广的节能降耗、绿色环保的产品。以一台日工作16小时，全年工作365天，传递功率为100kw，传递效率为96%的液力耦合器，若采用可同步型式，则年节电量为23360kwh，折合标准煤8.41吨。液力耦合器实现同步运行，完全没有耗能升温从而避免喷液，能大大延长其使用寿命，减少现场维保工作量。据保守估计，目前国内在线运行的限矩型液力偶合器有几十万台以上，如果部分能被可同步限矩型液力偶合器替换，节能效果也是具大的，在国家提倡节能减排，降低能耗的方针政策下，有具大的现实作用和深远影响。可同步液力耦合器品种多样，结构差异大，运行机理不尽相同，故不应将产品结构、工作原理、摩擦副选材等诸元素纳入标准予以规定，以免限制新品种、新产品的开发。可同步式液力耦合器，首要的是须保留其软启动、限矩保护等液力耦合器特别具有的性能，这必须是在标准制定中给予重点考虑的。我国每年在运行使用的限矩型液力偶合器有几十万台，许多新建项目也大量配套使用限矩型液力偶合器。由于限矩型液力偶合器在使用时存在3%~4%的滑差，即输出功率有损耗是存在的事实，如果能把偶合器3%~4%的损耗功率能利用起来，这是一个相当惊人的数字，可以少建几个大型火力发电厂，可以节约好多煤炭资源。中国的液力偶合器技术都是模仿测绘国外产品，能否有所突破和创新。基于此种想法，湖南中特液力传动机械有限公司从2015年开始，自主创新，独立研发了可同步限矩型液力偶合器;其技术稳定和成熟，但需要更快、更多地推广应用，使科技成果更快更好地转化为生产力。六、与国