【正文】 式（ 3–12）即為所求的額定轉(zhuǎn)速的匹配條件。 即 1HabHHb a abTTi??? ? ? （ 3–3a） 仿上 1abH aHTTi?? （ 3–3b） 1b aH bHTTi?? （ 3–3c） 于是 1Ha TT p??? （ 3–4a） 1 Hb pTT p??? （ 3–4b） 式中 Ha? 、 Hb? ——太陽輪、內(nèi)齒輪相對于轉(zhuǎn)臂的相對角速度， /rads ； Habi ——太陽輪、內(nèi)齒輪相對于轉(zhuǎn)臂的相對角速度之比； baHi ——太陽輪、轉(zhuǎn)臂相對于內(nèi)齒輪的相對角速度之比； abHi ——內(nèi)齒輪、轉(zhuǎn)臂相對于太陽輪的相對角速度之比； p ——內(nèi)齒輪與太陽輪的齒數(shù)比， bap z z? ，也稱行星排的特性參數(shù)。 第 3 章 可控變速裝置運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析 17 3 可控變速裝置運(yùn)動學(xué) 、 動力學(xué)分析 基于帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理和功能要求，本章主要對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué) 、傳動效率 分析以及蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的傳動特性分析，旨在揭示各傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律、受力特性，主電動機(jī)和蝸桿額定轉(zhuǎn)速的匹配條件，變速裝置的輸出特性以及蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的自鎖條件和解鎖條件等。為滿足檢帶的速度要求，控制系統(tǒng)啟動檢帶運(yùn)行程序后，將電液比例溢流閥 8 的壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定值；其次把電液比例調(diào)速閥 6 的開口量控制在設(shè)定值，并供給液壓馬達(dá)適當(dāng)流量油液，則在主電動碩士學(xué)位論文 16 機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)液壓馬達(dá)也以一定轉(zhuǎn)速帶動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動，二者通過行星傳動機(jī)構(gòu)合成為輸出軸 Ⅴ 的較低轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了檢帶運(yùn)行時(shí)的速度要求。 ③ 多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動的功率平衡 當(dāng)長距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)采用多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動時(shí)，驅(qū)動裝置需要具備功率平衡功能。 （ 2）調(diào)速運(yùn)行狀態(tài) 當(dāng)機(jī)械傳動系統(tǒng)運(yùn)行在調(diào)速狀態(tài)時(shí)，由于行星傳動機(jī)構(gòu)可以作為一個運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)來使用，則液壓馬達(dá)通過蝸輪蝸桿驅(qū)動內(nèi)齒輪以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)可以使輸出軸 Ⅴ 的轉(zhuǎn)速隨之變化。具體包括： PLC、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、三線制電感式速度傳感器、 JYB 壓力變送器、兩線制溫度變送器以及液晶顯示器，各部分具體工作過程不再祥述。液壓系統(tǒng)原理圖如 25 所示，主要液壓元件有液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例調(diào)速閥和電液比例溢流閥等。從零部件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化程度看，機(jī)械和液壓系統(tǒng)制造技術(shù)成熟，容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，獲得預(yù)期的工作性能。 上述 幾種 常用 裝置都能保證帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動而且具有功率平衡調(diào)節(jié)和過第 2 章 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的特點(diǎn) 11 載保護(hù)的功能，但是它們又都有各自的缺點(diǎn)。 調(diào)速型液力耦合器：通過改變液力耦合器工作腔內(nèi)工作液的充油量，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，實(shí)現(xiàn)對工作機(jī)的無級 調(diào)速與軟啟動。在延遲段內(nèi)，下垂皮帶被張緊，延遲段結(jié)束后，按最小加速度或最小沖擊圖 23 Dodge啟動曲線 startup curves of Dodoge 碩士學(xué)位論文 10 的方式完成輸送帶 的 起 動過程，從而最大程度地降低了膠帶輸送機(jī)的 起 動張力。 Nordell推薦的 啟 動過程可表示如下： 202202020022( 0 )2()24( 1 ) ( )24( 0 )2()44()2tTvtTvtt t Tv t TTTvt TtTatv v t TtTTT????? ?? ? ? ? ? ??????? ?? ? ? ?? （ 22） 式中 0v ——膠帶穩(wěn)定運(yùn)行速度， /ms； 第 2 章 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的特點(diǎn) 9 T ——輸送機(jī) 起 動時(shí) 間， s 。對于電動機(jī)過大的 啟 動電流、長時(shí)間的電流沖擊對電動機(jī)的負(fù)面影響也會很大。 課題來源與研究內(nèi)容 本課題來源于河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目《帶式輸送機(jī)可控變速裝置設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究》（項(xiàng)目編號 0524260021）。 太原理工大學(xué)的任家駿、段德榮教授對基于特征的蝸桿傳動 CAD/CAE/CAPP集成系統(tǒng)的工作進(jìn)行了研究 [29]。 芬蘭坦佩雷大學(xué)（ Tampere Univ. of Technology, Fin.）的 Martti 在齒輪類零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其參數(shù)化繪圖方面也進(jìn)行了不少的研究工作 [22]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 國外從 20 世紀(jì) 60 年代初就展開了運(yùn)用 CAD/CAM 技術(shù)對 齒輪類零件和以該類零件為主要傳動件的變速裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化繪圖、三維建模等方面的研究 工作，較具代表性的主要有： 英國格拉斯哥大學(xué)（ University of Glasgow）的 和 GonzalezPalacios教授 以及里茲大學(xué)（ University of Leeds）的 Faydor 教授等根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的基本理論 ， 為新型 2KH 少齒差行星圓柱齒輪減速器提供了一種模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法[17]。 經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在的三維模型已經(jīng)是可以進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的以特征為基礎(chǔ)的實(shí)體模型。 研究的目的和意義 對可控變速裝置的研究開發(fā)及推廣必須借助于 CAD/CAM 技術(shù)。 作為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) [5]之一，可控啟動技術(shù)或軟啟動技術(shù) [6]應(yīng) 運(yùn)而生。 （ 3）瞬態(tài)沖擊大問題 啟動時(shí)產(chǎn)生的動態(tài)初張力會降低輸送帶的使用壽命，可能引發(fā)斷帶事故。當(dāng)今，無論從輸送量、運(yùn)距、經(jīng)濟(jì)效益等各方面來衡量，它已經(jīng)可以同火車、汽車運(yùn)輸相抗衡，成為各國爭先發(fā)展的行業(yè)。 （ 2） 結(jié)合可控變速裝置機(jī)械傳動系統(tǒng)主要組成零件大都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，以傳動系統(tǒng)總體積為目標(biāo)函數(shù)，以取離散值或整型值的參 數(shù)為設(shè)計(jì)變量，并從幾何約束和性能約束兩方面給出了約束條件，建立了可控變速裝置離散優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 學(xué)碩士學(xué)位論文 ii 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙 、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。 論文題目： 可控變速裝置參數(shù)優(yōu)化與三維建模 方法研究 論文編號： 摘要 i 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。采用改進(jìn)枚舉法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，獲得了比較合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)值。 帶式輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、輸送量大、輸送物料范圍廣泛、運(yùn)距長、裝卸料方便、可靠性高、運(yùn)費(fèi)低廉、自動化程度高等特 點(diǎn) [1]， 它的優(yōu)越性已十 分明顯，是國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。為了保證輸送帶運(yùn)行可靠，必須提高輸送帶的強(qiáng)度等級，相應(yīng)加大了輸送帶的初期投資。實(shí)現(xiàn)軟啟動和軟停車是解決大型帶式輸送機(jī)上述問題的有效措施。 CAD/CAM技術(shù)是隨著信息技術(shù)的發(fā)展而形成的一門新技術(shù)，它的應(yīng)用引起了社會和生產(chǎn)的巨大變革，因 此 CAD/CAM 技術(shù)被視為 20 世紀(jì)最杰出的工程成就之一 [8]。參數(shù)化以其基于特征、全參數(shù)全相關(guān)、全尺寸約束和尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改等優(yōu)勢，受到人們的廣泛青睞。以減小體積和提高效率為目標(biāo)建立了模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用最優(yōu)水平截集法和常規(guī)優(yōu)化方法對模型進(jìn)行優(yōu)化求解，并運(yùn)用 SolidWorks 對該傳動機(jī)構(gòu)是否干涉進(jìn)行了模擬 [18]。 此外，國外從事該方面研發(fā)工作的還有德國亞琛工業(yè)大學(xué)（ Technical Achen, Ger.）的 WernKueir 加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)（ Memorial Uni. of Newfoundland） 的 Hans J.， Pratt Regli [2325]。以蝸桿傳動的各個零件為研究對象 ,利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和圖形單元建模技術(shù)建立了蝸桿傳動的特征模型 ,實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAE/CAPP 之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。 本文在介紹帶式輸送機(jī)新型軟啟動裝置 —— 可控變速裝置結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，主要做了以下 三個方面的 研究工作： （ 1） 對 帶式輸送機(jī)可控變速裝置 機(jī)械傳動系統(tǒng)進(jìn)行了動力學(xué)、運(yùn)動 學(xué)、傳動效率分析 以及蝸桿傳動特性分析，揭示可控變速裝置在不同工作狀態(tài)下 各 傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律及受力特性 。軟啟動系統(tǒng)則是對動力系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載應(yīng)保證在 啟 動和停車的過程 中 作用在機(jī)械電器設(shè)備上的沖擊能量最小，使設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用，同時(shí)還能解決多電機(jī)的順序 啟 動和過載自動保護(hù)及多級驅(qū)動的功率平衡問題。 圖 22中， t=0時(shí) 啟 動加速度為零，此后速度逐漸增大； t=T/2時(shí)加速度線性增大到最大值，然后逐漸對稱地減小，而速度繼續(xù)增大； t=T帶速達(dá)到輸送機(jī)設(shè)計(jì)帶速v0時(shí)，加速度減小到 0。這就是 Dodge最佳 起 動曲線。 變頻調(diào)速裝置：主要由 IGBT 絕緣柵極可控晶體管、控制器、與電抗器組成。調(diào)速型液力耦合器工作效率低，維護(hù)工作量大，調(diào)節(jié)控制反應(yīng)慢、精度低，難以達(dá)到理想的功率平衡。電氣控制系統(tǒng)以先進(jìn)的 PLC（可編程控制器）及其配套功能模塊構(gòu)成，功能完善，制造成本低。液壓馬達(dá)為蝸桿機(jī)構(gòu)提供動力，通過電液比例調(diào)速閥 6 調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的流量而使其轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無級變化。 碩士學(xué)位論文 14 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理 根據(jù)功能要求和工作狀態(tài)的不同，帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理可分為額定運(yùn)行狀態(tài)下的工作原理和調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)下的工作原理兩種情況。根據(jù)輸入和輸出的轉(zhuǎn)速不同又可分為下述幾種情況： ① 輸送機(jī)軟啟動 輸送機(jī)啟動時(shí)先使液壓馬達(dá)帶動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動至轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的數(shù)值，根據(jù)行星傳動機(jī)構(gòu)的工作原理可知，輸出軸 Ⅴ 和輸入軸 Ⅱ 都有可能轉(zhuǎn)動，但 是由于輸出軸 Ⅴ 與滾筒聯(lián)接，阻力矩很大，而輸入軸 Ⅱ 通過齒輪機(jī)構(gòu)與主電動機(jī)的轉(zhuǎn)子聯(lián)接，阻力矩較小，則主電動機(jī)的轉(zhuǎn)子就會隨之轉(zhuǎn)動而輸出軸 Ⅴ 不轉(zhuǎn)動。多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動的功率平衡功能本質(zhì)上都是通過 調(diào)速實(shí)現(xiàn)的。 ⑥ 溫度保護(hù) 齒輪、軸承等傳動件溫度過高會顯著降低使用壽命。 運(yùn)動學(xué)分析 圖 3 1 為帶式輸送機(jī)可控變速裝置的機(jī)械傳動系統(tǒng)簡圖。 式（ 3–4a）、（ 3–4b）即為行星傳動中基本構(gòu)件之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系。 當(dāng)變速裝置在額定轉(zhuǎn)速下正常運(yùn)行時(shí)，蝸桿傳動機(jī)構(gòu)反向自鎖， 2 0n? ，且輸出端轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。 （ 3）主電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和蝸桿額定轉(zhuǎn)速的匹配條件 根據(jù)變速裝置的功能要求，在軟啟動開始和軟制動結(jié)束時(shí)刻，主電機(jī)和蝸桿的轉(zhuǎn)速均為額定轉(zhuǎn)速且無論輸出端有無 負(fù)載，均有 0Hn ? ，結(jié)合（ 3–9）式得： 10 120 2banZin i Z?? （ 3–12） 式中 10n ——主電機(jī)額定轉(zhuǎn)速， /minr ； 20n ——蝸桿額定轉(zhuǎn)速， /minr 。 取相對于轉(zhuǎn)臂的角速度，則有 0HH?? ，結(jié)合（ 3–2）式得 0HHa a b bTT????。 本章小結(jié) 在介紹軟啟動技術(shù)、帶式輸送機(jī)理想啟動曲線、并分 析常用軟啟動裝置優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本章主要闡述了帶式輸送機(jī)可控變速裝置的結(jié)構(gòu)組成、所能實(shí)現(xiàn)的功能及工作原理。 ⑤ 檢帶運(yùn)行 如果需要檢查輸送帶，應(yīng)使其低速運(yùn)行。在此過程中由于行星傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動合成作用，輸出軸 Ⅴ 和滾筒的轉(zhuǎn)速就會按照相應(yīng)的規(guī)律減小，直至閥 6 的開口量達(dá)到最大，此時(shí)主電動機(jī)以額定轉(zhuǎn)速處于空載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，輸入軸 Ⅱ 在主電動機(jī)的帶動下仍以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，而輸出軸 Ⅴ 和滾筒的轉(zhuǎn)速減小為零，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟制動。因此，此時(shí)控制系統(tǒng)將電液比 例溢流閥 8 的壓力調(diào)節(jié)到較低數(shù)值，液壓系統(tǒng)處于低壓溢流工作狀態(tài)，從而可以減小液壓系統(tǒng)的功率消耗，節(jié)約能量，提高效率。 電氣控制系統(tǒng)由