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| 內容簡介： |
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本书针对重载起动、磨损剧烈、污染严重等恶劣煤矿环境下的机械系统的传动节能问题，通过现场调研、理论分析、建模仿真与试验研究相结合的方法，以煤矿大型带式输送机为例，探索电动机—双盘式磁力耦合器—大型带式输送机之间的联合工作特性，建立不同工况下大型带式输送机永磁涡流传动模型，研究永磁磁场—温度场之间的耦合机理，并利用磁路法与有限元法明确永磁涡流传动系统输出特性与永磁材料、盘间气隙、铜盘厚度、磁铁厚度、磁极面积、磁极对数等参数之间的量化关系，提出与之相协调的自适应保护控制策略；基于大型带式输送机永磁涡流传动试验台，开展相关综合性能试验研究，并与理论结果进行对比分析。在此基础上，提出了一种新型复合式磁力耦合器结构形式，从轴向/径向同时充磁，增大感应磁场面积，并采用理论分析、计算机仿真和试验验证相结合的方式，对其进行系统、深入研究。针对煤矿井下特殊环境，以复合式磁力耦合器为对象，以安全高效、节能环保、平稳传动和减小体积为目标，理论计算、仿真分析与试验验证相结合，围绕复合式磁力耦合器的主要结构设计、磁力传动分析、永磁—热耦合分析以及测试平台设计等关键性问题展开研究，为研制煤矿高效永磁涡流传动关键装备及技术提供重要的理论参考与技术支持。
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目录前言第1章绪论1.1背景及研究意义1.2磁力耦合器的研究发展现状1.3现有矿山机械传动方式的作用、分类及原理和特点1.3.1矿山机械传动的影响机理研究1.3.2调速型液力耦合技术1.3.3液黏性调速技术1.3.4变频调速技术1.4永磁涡流传动技术及其优点1.4.1永磁涡流传动技术的原理1.4.2永磁涡流传动技术的优点1.5现阶段磁力耦合器研究存在的问题1.5.1技术研究难点1.5.2课题研究内容第2章双盘式磁力耦合器的永磁涡流理论与分析2.1磁力耦合器的典型结构2.2双盘式磁力耦合器的基本结构2.3双盘式磁力耦合器的永磁涡流理论2.3.1能量传输过程2.3.2磁场假设与磁路分析2.3.3磁场计算2.3.4功率损耗计算2.3.5输出转矩计算2.4本章小结第3章双盘式磁力耦合器的工作特性与控制策略研究3.1双盘式磁力耦合器的工作特性3.2大型带式输送机永磁涡流传动系统的工作特性3.2.1带式输送机的工作特性3.2.2减速器的工作特性3.2.3永磁涡流传动系统数学模型的建立3.3大型带式输送机永磁涡流传动控制策略的研究3.3.1反馈控制系统研究3.3.2永磁涡流传动过程理论分析3.3.3大型带式输送机传动控制系统的研究3.3.4多电动机功率平衡条件下的永磁涡流传动特性3.4本章小结第4章双盘式磁力耦合器的振动噪声分析与参数优化4.1双盘式磁力耦合器振动噪声分析与试验研究4.1.1电磁径向力解析模型的建立4.1.2谐波分析与有限元模拟4.2电磁径向力波谐波响应NVH特性分析4.2.1有限元分析4.2.2叠加响应分析4.3模态叠加法与流程分析4.4振动噪声试验与计算4.4.1试验参数4.4.2试验内容4.4.3双盘式磁力耦合器的振动噪声计算4.5双盘式磁力耦合器的气隙优化4.6双盘式磁力耦合器永磁体个数及正对面积的优化4.7双盘式磁力耦合器永磁体厚度的优化4.8双盘式磁力耦合器铜盘厚度的优化4.9本章小结第5章双盘式磁力耦合器的涡流损耗与温度场分析5.1双盘式磁力耦合器涡流损耗的有限元计算5.1.1有限元计算基本步骤5.1.2模拟结果和分析5.2双盘式磁力耦合器温度场分析5.2.1传热学基本理论5.2.2温度场研究的前处理5.3三维温度场的有限元分析5.4双盘式磁力耦合器风冷散热装置研究5.4.1双盘式磁力耦合器风冷散热片5.4.2风冷散热片参数优化5.4.3风冷散热装置结构参数多物理场分析5.5本章小结第6章双盘式磁力耦合器试验与特性分析6.1试验台及其测试系统的构建6.2试验台的工作原理6.3试验研究6.3.1输出转速测试6.3.2软起动测试6.3.3滑脱点测量6.3.4起动瞬时电动机电流对电网的影响6.3.5多电动机功率平衡的试验验证6.3.6风冷散热测试6.4本章小结第7章新型复合式磁力耦合器设计与三维度漏磁损耗计算方法7.1复合式磁力耦合器的新型设计7.1.1复合式磁力耦合器设计方法7.1.2复合式磁力耦合器结构设计7.1.3复合式磁力耦合器的工作原理7.2复合式磁力耦合器三维度漏磁损耗计算方法7.2.1空载等效磁路网络模型7.2.2各部分磁阻分析计算7.3三维有限元验证7.4本章小结第8章复合式磁力耦合器磁力传动理论及仿真分析8.1复合式磁力耦合器的磁路设计与分析8.2磁场转矩模型8.3复合式磁场特性的单因素影响规律分析8.3.1气隙（轴向或径向）长度对输出转矩的影响8.3.2磁极数（轴向或径向）对输出转矩的影响8.3.3永磁体厚度对输出转矩的影响8.3.4铜转子的槽数对输出转矩的影响8.3.5铜导体的厚度对输出转矩的影响8.4本章小结第9章基于改进响应面方法的复合式磁力耦合器优化分析9.1响应面方法9.1.1响应面方法的基本理论9.1.2响应面方法的改进9.2改进响应面方法的误差分析9.3基于改进响应面方法的复合式磁力耦合器结构参数优化9.3.1基于改进响应面方法的结构参数优化模型9.3.2基于改进响应面方法的流程分析9.3.3单因素影响分析9.3.4改进响应面试验设计9.4参数优化与验证9.5本章小结第10章基于永磁—热耦合有限元分析的复合式磁力耦合器性能研究10.1永磁—热耦合仿真模块搭建与温度场仿真10.1.1导热微分方程10.1.2建立温度场的数学模型10.2永磁—热耦合分析流程10.2.1联合仿真平台搭建10.2.2联合仿真参数设置10.2.3表面传热系数确定10.2.4温度场载荷分布及计算结果10.3复合式磁力耦合器性能参数修正10.3.1温度对复合式磁力耦合器铜导体电导率的影响10.3.2温度对复合式磁力耦合器永磁体性能的影响10.3.3性能参数修正10.4本章小结第11章多场耦合下复合式磁力耦合器试验研究与特性测试11.1试验的目的及意义11.2试验系统的搭建11.2.1硬件系统11.2.2试验测量参数采集系统11.2.3复合式磁力耦合器试验样机研制11.3试验方法及内容11.3.1三维度漏磁损耗效应的验证试验11.3.2改进响应面优化的验证试验11.3.3复合式磁力耦合器磁力传动特性试验11.3.4复合式磁力耦合器机械特性以及过载保护特性试验11.3.5永磁—热耦合试验11.4本章小结第12章结论和展望12.1结论12.2展望参考文献
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前言永磁涡流传动技术是一种新型调速技术，具有轻载起动、过载保护、隔离振动、零泄漏、节能环保等特性，在发电、冶金、污水处理、采矿与水泥、制药、化工等需要重载大转矩输送设备的行业具有广泛应用前景。本书以煤矿大型带式输送机为例，研究其高效永磁涡流传动特性。大型带式输送机一般运量大、运距长，加之其牵引构件的特殊性，在起制动过程中所表现出的动态特性极其复杂。针对现有大型带式输送机传动装置的缺陷，作者提出了一种大型带式输送机永磁涡流传动装置，可以实现非接触式传递动力，具有安全高效、绿色节能、低碳环保、传递平稳等优点。针对大型带式输送机的起制动工况，根据等效磁路法建立了双盘式磁力耦合器的数学模型；研究电动机—双盘式磁力耦合器—滚筒等多部件的整体工作性能以及与之协调的控制策略，分析双盘式磁力耦合器在多电动机功率平衡情况下的应用；基于单因素分析法，优化分析双盘式磁力耦合器的参数（如永磁材料、盘间气隙、铜盘厚度、磁铁厚度、磁极面积、磁极对数等）对其输出能力的影响；考虑磁场—温度场—应力场等多物理场的耦合作用，分析双盘式磁力耦合器的涡流损耗特性；利用试验台测试45kW双盘式磁力耦合器（输入转速为1500r/min，转速差率为 2.5%）的输出特性与可靠性。全书主要内容如下：综述了传统和新型大型带式输送机传动装置的作用、原理及特点，并对其性能进行了比较；概述了永磁涡流传动技术的优越性和发展历程；着重阐述了永磁涡流传动技术在大型带式输送机中的应用，并总结了永磁涡流传动技术新的研究成果与应用研究现状；简要概括了本书所涉课题的研究意义、研究难点与研究内容。基于等效磁路法，建立了双盘式磁力耦合器的数学模型，分析了双盘式磁力耦合器的能量传递过程、功率损耗、输出转矩等特性，联立三相异步电动机、减速器、双盘式磁力耦合器与带式输送机，系统研究了以上各装置的联合工作特性，并提出了与之协调的控制策略；以Harrison曲线启动为例，模拟了带式输送机永磁涡流传动装置的工作过程；分析了双盘式磁力耦合器在多电动机功率平衡下的应用情况。建立了双盘式磁力耦合器的三维模型，运用三维有限元软件对双盘式磁力耦合器的输出特性进行仿真。模拟大型带式输送机的实际工况，基于单因素分析法，探讨不同永磁体个数及正对面积、永磁体厚度和铜盘厚度等结构参数对双盘式磁力耦合器输出转速与输出转矩的影响，并得出双盘式磁力耦合器的结构参数。基于热力学理论，模拟煤矿井下特定工况，仿真双盘式磁力耦合器的整体及各部件的温度分布，并得出不同转速差下双盘式磁力耦合器关键部位的温升曲线。针对目前双盘式磁力耦合器采用广泛的散热方式——肋片散热及风冷强迫对流散热，依据热阻理论，选取双盘式磁力耦合器散热装置的几何尺寸作为目标函数，运用数学软件进行优化参数设计，得到散热装置的设计参数。基于45kW带式输送机永磁涡流传动试验台，依次测试了永磁涡流传动装置的输出特性、过载堵转特性、电流冲击特性以及多电动机功率平衡特性。结果表明，它具有良好的传动特性、较快的响应度、较好的功率平衡性能，冲击电流峰值小、冲击时间短，这些优势为进一步将其应用于大型带式输送机提供了理论和试验依据。基于现有筒式和盘式磁力耦合器的结构特点及工作特性，依据永磁涡流传动原理，提出了一种复合式磁力耦合器，其永磁体在径向和轴向同时充磁，铜导体在径向和轴向同时切割磁力线，增加电磁阻尼，并对新型复合式磁力耦合器的总体结构与设计方法进行了研究。传统的三维有限元方法计算漏磁系数时需要耗费大量的建模及计算时间。考虑漏磁效应，建立了复合式磁力耦合器等效磁路网络模型，由此得到了复合式磁力耦合器漏磁系数的计算公式，实现了运用简单磁路公式快速精准分析复杂结构磁力耦合器漏磁的目的。应用化“场”为“路”法，建立了复合式磁力耦合器气隙磁场的数学表达式。根据电流叠加性原理，将电流折算至导体表面，并且沿着圆周方向对感应电动势积分，推导出复合式磁力耦合器的输出转矩模型。仿真结果显示：复合式磁力耦合器相较于同等尺寸条件的双盘式磁力耦合器，实现了磁通密度的增大。基于改进的响应曲面法，应用Ansoft Maxwell与Design Expect 8.0 软件，设计多因素多响应值二次正交旋转组合试验对复合式磁力耦合器结构参数进行优化分析，实现了复合式磁力耦合器结构布局与参数选择。提出了一种基于永磁—热耦合的三维有限元分析方法，应用搭建永磁—热耦合有限元模型，分析涡流热量对铜导体与永磁体性能的影响，将涡流产生的热功率作为热源载荷依次导入Transient Thermal模块的温度场，再将温度场的仿真结果修正复合式磁力耦合器的性能参数，实现了复合式磁力耦合器三维有限元仿真精度的提高。设计了复合式磁力耦合器测试平台系统，依次对漏磁效应、磁力传动特性、机械特性、永磁—热耦合特性进行测试，并验证改进响应面优化结果，得到了如下结论：复合式磁力耦合器的传递效率高，机械特性偏软，具有良好的磁力传动能力以及过载保护能力。本书由安徽理工大学王爽等人编著，理论分析、仿真模拟、试
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