矿山高效永磁涡流驱动关键装备及技术研究

　　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