一種大功率磁流變恒加速軟啟動裝置及其控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種磁流變軟啟動裝置，尤其是一種大功率磁流變恒加速軟啟動裝置及其控制系統。
【背景技術】
[0002]磁流變液是一種新型的智能材料，當無外加磁場時，其呈現出低粘度類牛頓流體特性。而外加磁場的情況下，可以將流變性能良好的液體形態，在毫秒級的時間內變成類似固態的材料，而一旦磁場失去作用，又將恢復至液態。磁流變液在磁場作用下磁流變液中磁性顆粒可形成通鏈、支鏈、孤立鏈和柱狀鏈等微觀結構，而各類微觀鏈結構的末端容易斷裂，因此，單純地依靠剪切模式很難提高磁流變液的屈服強度。但是，當磁流變液在磁場中受到沿磁場方向的外加正壓力時，其剪切應力可以得到較大提高，甚至是提高一個數量級。這種通過施加壓力改變磁流變液性能的方法即所謂的磁流變液擠壓強化技術。磁流變液形成柱鏈狀微觀結構還沒有發生剪切，磁流變液中的鐵磁顆粒與傳動壁面間就存在了相對運動，這種現象即為壁面滑移，減小甚至避免壁面滑移可提高磁流變液的固化強度。由于磁流變液的這種優良的流變特性，其在機械、汽車等領域得到了廣泛的應用。國內專利:CN100359198C公開了一種磁流變軟啟動裝置，將主動件做成空腔，其內放置形狀與其相匹配的從動件，通過兩組電磁線圈產生磁場增大其扭轉力矩。CN102297213B公開了一種多片式磁流變軟啟動裝置，采用多片式結構，增大扭矩的變化范圍，可實現重型機械設備的可控軟啟動。CN102359513B公開了一種水冷式磁流變軟啟動裝置，采用多個主，從動圓筒間隙布置的結構形式，增大了軟啟動裝置的扭轉力矩。上述磁流變軟啟動裝置增大扭轉力矩主要有兩種方式:一方面通過增大勵磁線圈的電流，進而增大磁場強度，提高磁流變液的固化強度。增大勵磁線圈的電流在一定范圍內可以有效地增加扭轉力矩，但是當磁流變液達到磁飽和之后，增大勵磁線圈的電流則無法繼續提高扭轉力矩。另一方面，通過增加摩擦片的數量形成多個阻尼腔，從而增大軟啟動裝置最大扭轉力矩。但是，增加摩擦片的數量不但使裝置更加復雜，難以進行加工和裝配，而且操作困難，可靠性得不到保證。而且上述磁流變軟啟動裝置對其啟動加速度沒有實現有效的控制。
【發明內容】
[0003]為了解決上述問題，本發明提供一種大功率磁流變恒加速軟啟動裝置及其控制系統，一方面當磁場強度達到磁流變液飽和磁場強度時，增大磁流變液的壓力可繼續增大其固化強度，極大地提高了軟啟動裝置的最大扭轉力矩。另一方面，在圓盤的表面設置徑向溝槽，減小了磁流變液固化后的壁面滑移，增大了軟啟動裝置的最大扭轉力矩。并通過對勵磁電流大小和磁流變液壓力的智能控制，進而實現對磁流變液流變特性的控制，并最終實現磁流變液軟啟動裝置的恒加速啟動。
[0004]本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是:一種大功率磁流變恒加速軟啟動裝置及其控制系統，分為裝置部分和控制部分;大功率磁流變軟啟動裝置部分包括左導磁外殼、出液/壓力測量端口、軸承端蓋、圓螺母、圓錐滾子軸承、主動軸、主動圓盤、隔磁環、勵磁線圈、密封圈、進液/加壓端口、從動圓盤、右導磁外殼、圓錐滾子軸承、圓螺母、從動軸和軸承端蓋。左導磁外殼與右導磁外殼通過螺釘扣合固定在一起，左導磁外殼的端部通過螺釘固定帶有密封圈的軸承端蓋，主動軸通過一對圓錐滾子軸承與左導磁外殼相連，圓螺母將圓錐滾子軸承壓緊固定，主動圓盤通過螺釘固定在主動軸的右端，從動軸通過一對圓錐滾子軸承固定在右導磁外殼上，右導磁外殼端部通過螺釘固定帶有密封圈的軸承端蓋，從動圓盤通過螺釘固定在從動軸的左端，在主動圓盤、從動圓盤與左導磁外殼、右導磁外殼構成的凹槽內依次設有勵磁線圈、隔磁環、密封圈，隔磁環上設有注入磁流變液和對磁流變液加壓的進液/加壓端口以及排出磁流變液和測量磁流變液壓力的出液/壓力測量端口。
[0005]進一步，主動圓盤與制動圓盤間的間隙1.5-2mm。
[0006]進一步，主動圓盤與制動圓盤的內表面都具有徑向條紋溝槽，減小磁流變液與圓盤的壁面滑移，提高磁流變液固化后的傳動能力。
[0007]大功率磁流變恒加速軟啟動裝置的控制部分，包括輸入端轉速傳感器、輸出端轉速及轉速加速度傳感器、勵磁線圈電流傳感器、磁流變液壓力傳感器、數據處理器、擴展數據連接設備、MCU控制器、勵磁線圈電流控制器以及液壓缸增壓控制閥。
[0008]其中，輸入端轉速傳感器、輸出端轉速及轉速加速度傳感器、勵磁線圈電流傳感器、磁流變液壓力傳感器通過對應探頭分別檢測輸入端轉速、輸出端轉速及轉速加速度、勵磁線圈電流及磁流變液壓力，并將數據交由數據處理器分析處理，按照一定的通信協議將數據發給擴展數據連接設備和MCU控制器，MCU控制器依照預先設定的緩沖值及數據處理器發來的檢測數據綜合計算，通過一定的算法規則解算出勵磁線圈電流和液壓缸壓力的參考數據，依照控制規則，當勵磁線圈電流達到飽和值之前MCU處理器不會對液壓缸給出壓力增加的控制信號，勵磁線圈電流參考數據將發送給勵磁線圈電流控制器，進而將電流參考數據轉化為實際控制電流，同理，液壓缸壓力參考數據將發送給液壓缸增壓控制閥，將壓力參考數據轉化為實際液壓壓力。同時，MCU控制器解算出的勵磁線圈電流和液壓缸壓力的參考數據也將通過通信協議反饋給數據處理器，進而通過數據處理器將參考數據發給擴展數據連接設備。工作過程中，整套控制系統的各個傳感器將持續工作，隨時收集大功率磁流變軟啟動裝置的工作狀態信息，通過數據處理器將這些信息和可能通過擴展數據連接設備得到的緩沖值一同發給MCU處理器，用于隨時調整對勵磁線圈電流控制器以及液壓缸增壓控制閥的控制。
[0009]當輸出端轉速和輸入轉速一致時，M⑶處理器將通過勵磁線圈電流控制器以及液壓缸增壓控制閥控制勵磁線圈電流和液壓缸壓力保持當前值不變，并在輸入轉速改變或者負載扭矩改變之前維持這個值。
[0010]進一步，主控制器包括M⑶控制器、數據采集處理器、A/D轉換器以及D/A轉換器;其中，M⑶控制器主要用于邏輯功能的控制，A/D轉換器和數據處理器主要用于采集傳感器數據，D/A轉換器用于控制勵磁線圈電流控制器及輔助增壓控制器。
[0011]進一步，數據采集處理器包括數據處理器、壓力數據采集模塊、電流數據采集模塊、輸入端速度數據采集模塊、輸出端速度數據采集模塊、輸出端加速度數據采集模塊、擴展數據連接設備以及相應的A/D轉換器;其中，數據處理器用于完成對各個傳感器數據的實時處理，并將處理完成的數據遞交給MCU控制器以備控制使用;壓力數據采集模塊能夠采集磁流變液介質的壓力數據，通過A/D轉換器將數據交由數據處理器處理;電流數據采集模塊能夠采集電磁線圈中的電流數據，通過A/D轉換器將數據交由數據處理器處理;主動軸端和從動軸端的速度采集模塊分別用于采集主動軸端和從動軸端的角速度，通過A/D轉換器將數據交由數據處理器進行比對;從動軸端加速度采集模塊用于采集從動軸端轉速增加的速度，經過數據處理器處理后用于閉環控制該大功率磁流變液軟啟動裝置的緩沖速度;擴展數據連接設備用于連接上位機或者編程卡，將各個傳感器數據實時傳輸到上位機或者編程卡上，實現實時監控該大功率磁流變液軟啟動裝置的狀態，并可以通過上位機或者編程卡設定該大功率磁流變液軟啟動裝置的緩沖速度。
[0012]進一步，輔助阻尼控制器包括勵磁線圈和液壓缸控制閥；其中，勵磁線圈可以改變磁流變液介質中的磁場強度，液壓缸控制閥用于改變液壓缸輸出的壓力，進而控制固化后磁流變液的壓力。
[0013]本發明與【背景技術】相比，具有的增益效果是:
[0014](I)本發明傳動圓盤的表面具有徑向條紋溝槽，減小磁流變液與圓盤的壁面滑移，提尚磁流變液固化后的傳動能力。
[0015](2)本發明通過控制器給磁電線圈增大給定的電流值以產生相應的電磁量，從而增強磁流變介質的剪切屈服強度;通過改變液壓油缸對磁流變液介質施加的壓力值，輔助增加固化后的磁流變液介質的剪切屈服應力，提高了其傳動能力。并通過對勵磁電流和壓力的伺服控制，最終實現負載裝置的軟啟動。
[0016](3)本發明在上述結構的基礎上，可以用上位機或者編程卡通過擴展數據連接設備實時監控該大功率磁流變液軟啟動裝置的傳感器信息及運行信息，并可以實時改變該大功率磁流變液軟啟動裝置的啟動加速度。
[0017](4)輔助阻尼控制器通過數據采集處理器采集的電流及壓力數據進行閉環控制，確保了磁流變液軟啟動裝置的伺服控制性能。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的系統結構原理圖
[0019]圖2是是本發明的裝置結構示意圖
[0020]圖3是本發明的二級控制原理圖
[0021]圖4是本發明的傳動圓盤結構示意圖
[0022]附圖中:I左導磁外殼，2出液/壓力測量端口，3軸承端蓋，4圓螺母，5圓錐滾子軸承，6主動軸，7主動圓盤，8隔磁環，9勵磁線圈，10密封圈，11進液/加壓端口，12從動圓盤，13右導磁外殼，14圓錐滾子軸承，15圓螺母，16從動軸，17軸承端蓋。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
[0024]如圖1所示，一種大功率磁流變恒加速軟啟動裝置及其控制系統，分為裝置部分和控制部分；
[0025]如圖2所示，大功率磁流變軟啟動裝置部分包括左導磁外殼1、出液/壓力測量端口
2、軸承端蓋3、圓螺母4、圓錐滾子軸承5、主動軸6、主動圓盤7、隔磁環8、勵磁線圈9、密封圈10、進液/加壓端口