【正文】 轉(zhuǎn)速隨著閥 6 開口量的增大而按照一定的規(guī)律增大。當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)處于額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)只需為潤(rùn)滑系統(tǒng)提供油液即可。 （ 3）電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要作用是處理系統(tǒng)的液壓電機(jī)啟停信號(hào)、主電機(jī)啟停信號(hào)、各電液比例調(diào)速閥和電液比例溢流閥的控制信號(hào)以及發(fā)聲發(fā)光報(bào)警信號(hào)等各種輸入輸出 信號(hào)，并對(duì)系統(tǒng)的各種動(dòng)作實(shí)施相應(yīng)的控制，確保系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和裝置的正常運(yùn)行。因此，這是一種科學(xué)合理的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。從工作原理上來講，與 機(jī)械類軟啟動(dòng)裝置有相似之處，但是由于該裝置采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)和 先進(jìn)的可編程 控制器（ PLC）及其擴(kuò)展模塊等作為控制系統(tǒng)，又使得它具有許多特別之處。 機(jī)械式軟啟動(dòng)裝置：大多是通過改變機(jī)械系統(tǒng)的工作原理而不是依賴于電動(dòng)機(jī)本身的特性來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。 BOSS 系統(tǒng)：該系統(tǒng)是澳大利亞 NM 采礦國際有限公司研制的，適用于帶式輸送機(jī)單機(jī) 200~500KW 的可控系統(tǒng)。這樣，需要在啟動(dòng)開始階段加入一段時(shí)間延遲段。 圖 21 Harrison啟 動(dòng)曲線 Harrison startup curves 圖 21中， t=0時(shí) 啟 動(dòng)加速度為零，此后速度平穩(wěn)增加； t=T/2時(shí)加速度達(dá)到最大值，然后逐漸對(duì)稱地減小，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。 帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)是指動(dòng)力輸出裝置在其系統(tǒng)即便是滿載的情況下應(yīng)能提供足夠的 啟 動(dòng)時(shí)間，使 啟動(dòng) 動(dòng)加速度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，而且能夠按照既定的要求逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地 啟 動(dòng)或停車。 大連理工大學(xué) 的宋景玲和史大光 以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的李偉等在齒輪和行星輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)、參數(shù)化繪圖等方面也展開了各具特色的研究工作 [3335]。 華南理工大學(xué)的王澤林和郭瑩等學(xué)者對(duì)圓柱齒輪和蝸桿變速裝置的動(dòng)態(tài)建模作了較為深入的研究 [27] [28]。 美國羅徹斯特理工學(xué)院（ Rochester Institute of Technology） 的 Egelja教授進(jìn)行了蝸桿傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性分析及其 CAD系統(tǒng)的研究工作 [21]。 本文以可靠性工程、離散數(shù)學(xué)、規(guī)劃論及計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)， 對(duì) 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及三維建模方法進(jìn)行研究。為解決這些問題，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維實(shí)體建模就成為必然的發(fā)展趨勢(shì) [13]，這也有利于 后續(xù)的有限元分析、裝配模擬和數(shù)控加工等工作的順利開展，是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化、自動(dòng)化不可缺少的重要環(huán)節(jié) [14] [15]。 帶式輸送機(jī)可控變速裝置在國外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但到目前為止國內(nèi)這種產(chǎn)品應(yīng)用還比較少。驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的心臟，從某種程度上來說，驅(qū)動(dòng)裝置的性能就決定了輸送機(jī)的性能。 （ 2）振動(dòng)問題 帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中存在著諸如輸送帶的縱向、橫向、側(cè)向振動(dòng)，動(dòng)力裝置、滾筒和托輥等旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)，裝卸載時(shí)物料的沖擊振動(dòng)以及基礎(chǔ)的振動(dòng)等各種形式的振動(dòng)，這些振動(dòng)對(duì)于大型帶式輸送機(jī)來說表現(xiàn)得更為明顯和強(qiáng)烈。 Optimization Design。 為 了 進(jìn)一步提高其 整體 設(shè)計(jì)質(zhì)量 ， 縮短設(shè)計(jì)周期 ， 降低設(shè)計(jì)與制造成本， 實(shí)現(xiàn) 優(yōu)化 設(shè)計(jì)與 三維 參數(shù)化 建模的自動(dòng)化和一體化， 對(duì)帶式輸送機(jī)可控變速裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 及參數(shù)化建模方法 進(jìn)行 深入系統(tǒng)的 研究 ，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義 。學(xué)校可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均 已在文中作了明確說明并表示謝意。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供 電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 摘要 iii 摘 要 近十幾年來，以計(jì)算機(jī)為工具、以數(shù)學(xué)規(guī)劃論為理論基礎(chǔ)發(fā)展起來的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： 帶式輸送機(jī) 可控變速裝置 優(yōu)化設(shè)計(jì) 參數(shù)化建模 Abstract v Abstract In recent decades, the optimization design method that grew from taking puter as tool and mathematical programming as method has been widely used in mechanical design, structural design, chemical engineering, aviation, shipbuilding and other fields. The Belt Conveyor is one of the most important transportation facilities that carries dispel goods, and driving device is its key part. In order to further improve its overall design quality, shorten design cycle, reduce design and manufacturing costs, realize automatization and integration of optimization design and threedimensional parametric modeling, this thesis has studied on optimization design and parametric modeling methods of Controlled Speed Drive of the Belt Conveyor, in virtue of SolidWorks20xx and program language Visual which object oriented and visual oriented as a secondary developed tool. The main content included as follow: Firstly, kinematics, dynamics and transmission character of the Controlled Speed Drive has been analyzed。單機(jī)總功率達(dá)到 5000kW、輸送長(zhǎng)度達(dá)到 10km 以上、運(yùn)量超過 5000t/h、運(yùn)行速度超過 56m/s 的帶式輸送機(jī)已經(jīng)在煤礦得到了實(shí)際應(yīng)用 [2]。 （ 4）電動(dòng)機(jī)功率增加問題 由于啟動(dòng)時(shí)間過短，啟動(dòng)力矩大，容易發(fā)生燒毀電機(jī)的事故，考慮電動(dòng)機(jī)的選型 時(shí)要相應(yīng)提高安全系數(shù)，增加了正常使用的能耗。對(duì)于帶式輸送機(jī)而言， “ 軟啟動(dòng) ” 不僅能夠大幅度減輕傳動(dòng)系統(tǒng)本身所受到的啟動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)輸送機(jī)關(guān)鍵零部件的使用壽命，同時(shí)還能大大縮短電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減小對(duì)電動(dòng)機(jī)的熱沖擊負(fù)荷及對(duì)電網(wǎng)的影響，從而節(jié)約電力并延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的工作壽命。 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，它是促進(jìn)科研成果開發(fā)與轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化、自動(dòng)化，加快國民經(jīng) 濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是進(jìn)一步想計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ) [10] [11]。用這些模型可以進(jìn)行自動(dòng)編程、零件裝配、模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)生工程圖等 [16]。在對(duì)漸開線圓柱齒輪進(jìn)行模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將優(yōu)化結(jié)果作為齒輪參數(shù)輸入到齒輪輪廓生成對(duì)話框 ,從而生成三維圖形，為裝配設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真、性能分析以及數(shù)控加工作好了準(zhǔn)備 ,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。 目前主要有以下單位和學(xué)者進(jìn)行了卓有成效的研究工作。最終將標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪的自動(dòng)參數(shù)化造型、齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和傳動(dòng)性能分析有機(jī)的結(jié)合為一體 [30]。 根據(jù)工程實(shí)際采用合適的方法， 用面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言 Visual Basic 編制程序 對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到 可控變速裝置傳動(dòng)系統(tǒng) 主要參數(shù)。 根據(jù)我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 啟 動(dòng)加速度不得大于 m/s2，國外較先進(jìn)的軟啟動(dòng)裝 置可使 啟 動(dòng)加速度控制在 m/s2 以下。 圖 22 Nordell啟動(dòng)曲線 Nordell startup curves Harrison和 Nordell啟 動(dòng)速度曲線都能有效地避免 起 動(dòng)過程中加速度的突變，明顯減小了輸送帶啟動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)峰值張力，取得了較為理想的效果。 常用軟啟動(dòng)裝置 長(zhǎng)期以來，國內(nèi)外的工程技術(shù)人員在機(jī)械、電機(jī)和電子、液力和液壓等多學(xué)科領(lǐng)域?qū)泦?dòng)技術(shù)開展了深入和廣泛的研究，開發(fā)出了多種多樣的軟啟動(dòng)裝置或設(shè)備，軟啟動(dòng)技術(shù)也較以往有了突破性進(jìn)展。由公式 n=60f/P(n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、 f 為交流電源頻率、 P 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù) )可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系。 CST 系統(tǒng)初期投資費(fèi)用高，機(jī)械零件加工精度要求高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)用油講究，日常維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用高。 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的組成 （ 1）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)和一級(jí) 2KH 行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的蝸輪與行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒輪固聯(lián)在一起，如圖 24 所示。根據(jù)電氣控制系統(tǒng)中溫度變送器的信號(hào)來控制調(diào)速閥 9 的開口量而達(dá)到對(duì)潤(rùn)滑油量的控制。在額定運(yùn)行狀態(tài)（正常運(yùn)行狀態(tài)）下內(nèi)齒輪 10 不轉(zhuǎn)動(dòng)，則行星輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)通過軸 Ⅳ 帶動(dòng)輸出軸 Ⅴ 轉(zhuǎn)動(dòng)，即通過轉(zhuǎn)臂 H 輸出運(yùn)動(dòng)和力矩。 當(dāng)主電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)并且達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，通過電氣控制系統(tǒng)將電液比例溢流閥 8 的壓力調(diào)節(jié)到額定值，而將電液比例調(diào)速閥 6 的開口量由最大值按照設(shè)定的規(guī)律減小，從而使液壓馬達(dá)按照一定的規(guī)律降速，即內(nèi)齒輪按照一定的規(guī)律降速，而輸出軸 Ⅴ 將按照一定的規(guī)律升速啟動(dòng)，直至閥 6 的開口完全關(guān) 閉，液壓馬達(dá)、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)速均降至為零，此時(shí)輸出軸 Ⅴ 達(dá)到輸送機(jī)的額定轉(zhuǎn)速?？刂葡到y(tǒng)把載荷給定值與檢測(cè)的實(shí)際值進(jìn)行比較，根據(jù)載荷偏差情況，如果載荷偏差處于設(shè)定值以內(nèi)，就通過控制電液比例調(diào)速閥 6 的開口量來控制液壓馬達(dá)的供油量而使內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)輸出軸 Ⅴ 的轉(zhuǎn)速，完成多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的功率平衡功能。若溫度過高，電氣控制系統(tǒng)中的溫度變送器就會(huì)發(fā)出溫升過高的信號(hào)，繼而電液比例調(diào)速閥 9 的開口量增大，從而通過加大潤(rùn)滑油液的流量對(duì)齒輪、軸承、蝸輪和蝸桿等各 個(gè)傳動(dòng)件進(jìn)行有效冷卻和潤(rùn)滑，實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)。 Z1Z2Z3Z4Z aZcZb( 接 滾 筒 )H23456 7891 01 11nHnanbn2n1 圖 3 1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1聯(lián)軸器 2主電機(jī) 4齒輪 5馬達(dá) 6蝸桿 7轉(zhuǎn)臂 8太陽輪 9行星輪 10內(nèi)齒輪 11蝸輪 The mechanical transmission system 1Clutch 2Motor 4Gear 5 Hydraulic Motor 6Worm 7Turnplate 8Central gear 9Pla gear 10Inner gear 11Worm wheel 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要分析各傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、角速度、角加速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。相應(yīng)于輸入轉(zhuǎn)速 1n 的方向，結(jié)合軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)等功能要求，分析易知各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，記順時(shí)針 方向?yàn)檎?，反之為?fù)。由式（ 3–9）得： 1 0 212( ) ( )abH a b a bZZn n nZ Z i Z Z i???? （ 3–14a） 記101()aabZAnZ Z i? ?，2()babZB Z Z i? ? ，則 2Hn A Bn?? （ 3–14b） 由上式可知，系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速是蝸桿轉(zhuǎn)速的函數(shù)，使蝸桿轉(zhuǎn)速按照一定的規(guī)律變化就可相應(yīng)得 到按一定規(guī)律變化的滿足系統(tǒng)要求的輸出轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)速是可控的， A 、 B 均為與 2n 無關(guān)的常數(shù)。 式（ 3–9）中 Hn 、 1n 和 2n 都是時(shí)間的函數(shù)，求導(dǎo)得： 碩士學(xué)位論文 20 1 2 2 112()abHabZ i Z iZ Z i i??? ?? ? （ 3–10） 式中 H? ——轉(zhuǎn)臂角加速度， 2/rad s ； 1? ——輸入端角加速度， 2/rad s ； 2? ——蝸桿角加速度， 2/rad s 。 碩士學(xué)位論文 18 行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 （ 1）行星傳動(dòng)基本構(gòu)件間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系 圖 3 1 所示的 2KH 型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括太陽輪 行星輪 內(nèi)齒輪 以及轉(zhuǎn)臂 H，其中 H 為基本構(gòu)件。 總之，帶式輸送機(jī)可控變速裝置充分運(yùn)用了機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)與現(xiàn)代電氣控制技術(shù)，是典型的機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)?；竟ぷ髟砼c多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的功率平衡類似，在裝置中同樣 設(shè)有輸出軸轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制系