【正文】 從工作原理上來講，與 機械類軟啟動裝置有相似之處，但是由于該裝置采用了液壓傳動技術(shù)和 先進的可編程 控制器（ PLC）及其擴展模塊等作為控制系統(tǒng)，又使得它具有許多特別之處。 （ 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)的液壓電機啟停信號、主電機啟停信號、各電液比例調(diào)速閥和電液比例溢流閥的控制信號以及發(fā)聲發(fā)光報警信號等各種輸入輸出 信號，并對系統(tǒng)的各種動作實施相應(yīng)的控制，確保系統(tǒng)功能的實現(xiàn)和裝置的正常運行。輸送機停車前滾筒一般具有一定的轉(zhuǎn)速，若控制系統(tǒng)發(fā)出停車信號，首先將電液比例溢流閥 8 的壓力調(diào)節(jié)到額定值，然后使電液比例調(diào)速閥 6 的開口量按照一定的規(guī)律由零逐漸增大，液壓馬達將帶動內(nèi)齒輪按 照軟啟動時它們的轉(zhuǎn)速方向轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)速隨著閥 6 開口量的增大而按照一定的規(guī)律增大。能夠提供可調(diào)的、平滑而無沖擊的啟動力矩，能夠較好的實現(xiàn)輸送機的加減速度控制、多機驅(qū)動的功率平衡、檢帶運行、過載保護及溫度保護等多種功能，與煤炭生產(chǎn)結(jié)合緊密，開發(fā)推廣前景廣闊，是大運量、大功率、長距離帶式輸送機理想的驅(qū)動裝置。 根據(jù)設(shè)計要求，主電動機通電后始終以額定轉(zhuǎn)速 10n 運轉(zhuǎn)， 1 0?? ，于是 22()bH abZZ Z i???? ? （ 3–11） 由上式知，輸出構(gòu)件的角加速度 H? 是蝸桿角加速度 2? 的函數(shù)，則可通過控制蝸桿的運動來控制系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速的角加速度，即輸出轉(zhuǎn)速的角加速度是可控的。 （ 2）轉(zhuǎn)臂運動學分析 如圖 3 2 所示，太陽輪 a 的角速度為 a? ，內(nèi)齒輪 b 的角速度為 b? ，轉(zhuǎn)臂 H 的第 3 章 可控變速裝置運動學、動力學分析 19 角速度為 H? ， c 為行星輪。本裝置除采用循環(huán)潤滑系統(tǒng)對各個傳動件進行潤滑外，還設(shè)置有溫度檢測與控制系統(tǒng)。適當調(diào)整液壓系統(tǒng)，使此轉(zhuǎn)動方向與主電動機工作時的轉(zhuǎn)向一致，然后再啟動主電動機就可實現(xiàn)主電動機的空載啟動。 第 2 章 帶式輸送機可控變速裝置的特點 13 128746539潤 滑 油 液 圖 25 液壓系統(tǒng)原理圖 Principle of the hydraulic system 1 油箱 2液壓泵 4單向閥 5液壓馬達 6電液比例節(jié)流閥 7溢流閥 8電液比例溢流閥 9電液比例調(diào)速閥 1Tank 2Hydraulic pump 4Oneway valve 5Hydraulic Motor 6Electrohydraulic proportional throttle 7Relief 8Electrohydraulic proportional relief valve 9 electrohydraulic proportional speed valve 電液比例調(diào)速閥 9 可控制潤滑油液的流量。 BOSS 系統(tǒng)裝置傳動效率低，不能實現(xiàn)無級調(diào)速，傳動系統(tǒng)種存在薄弱環(huán) 節(jié)，其中摩擦片是易耗品，使用壽命短，液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴。如圖 23所示。 理想軟啟動曲線 針對大型帶式輸送機的實際工況，理想的驅(qū)動裝置應(yīng)滿足以下技術(shù)要求： （ 1） 啟 動時間可在一定的范圍內(nèi)調(diào)整，使帶式輸送機平 穩(wěn) 啟 動，并可實現(xiàn)滿載 啟 動； （ 2） 啟 動加速度控制在一定的范圍內(nèi)，可有效降低 啟 動時的動態(tài)初張力，降低整機輸送帶的選用安全系數(shù)，有效地降低輸送帶的初期投資； （ 3）在多機啟動或多點中間 起 動時，可以實現(xiàn)多機的功率平衡； （ 4）電動機空載 啟 動，降低對電網(wǎng)的沖擊； （ 5）具有過載保護功能； （ 6）帶式輸送機瞬時停車時，可以實現(xiàn)不停電動機，提高電動機使用壽命； （ 7）帶式輸送機低速檢帶運行時，系統(tǒng)不會嚴重發(fā)熱導致停車故障，確保正常檢修工作。 中國農(nóng)業(yè)大學的張淑敏以圓柱齒輪減速器為例闡述了 Pro/Engineer 和AutoCAD 等軟件的二次開發(fā)方法，并利用 AutoCAD 創(chuàng)建了標準漸開線齒輪參數(shù)化造型的設(shè)計程序和驅(qū)動程序。 法國格勒諾布爾大學（ University of Grenoble）的 Tsay, 進行了基 于特征的參數(shù)化齒輪系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計研究 [19] [20]。隨著市第 1 章 引言 3 場競爭的日益激烈及全球市場的形成，對制造業(yè)來說， 21 世紀企業(yè)競爭的核心將是新產(chǎn)品的開發(fā)能力及制造能力， CAD/CAM 技術(shù)作為提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本的強有力手段，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，它的應(yīng)用和發(fā)展直接影響著現(xiàn)代制造系統(tǒng)的最終功能及實現(xiàn) [9]。同時，提高輸送帶的強度等級還必須相應(yīng)加大滾筒碩士學位論文 2 的直徑，以滿足輸送帶最小彎曲半徑的要求，從而又加大了機械加工件的初期投資。 （ 3） 以 Visual ，編制優(yōu)化計算程序，并以 SolidWorks的三維建模功能為基礎(chǔ)， 實現(xiàn)了 帶式輸送機可控變速裝置 的 參數(shù) 優(yōu)化與 三維 自動 建模的 一體化設(shè)計 。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 本文針對 帶式輸送機可控變速裝置 的結(jié)構(gòu)特點，認真研究了以下三個方面的問題： （ 1）基于帶式輸送機可控變速裝置的工作原理和功能要求，對其進行 了 運動學、動力學分析 、傳動效率分析 以及蝸桿傳動機構(gòu)的傳動特性分析。當它們作用于輸送 帶時會引起動態(tài)響應(yīng)而導致速度、加速度以及張力的變化，從而產(chǎn)生較大的動載荷，影響元部件、輸送帶以及整機的穩(wěn)定性和使用壽命 [4]。 鑒于目前煤炭工業(yè)發(fā)展的迫切需要，急需開展關(guān)這方面的研究開發(fā)及推廣工作。 以 Visual 為二次 開發(fā)工具 ， 借助 SolidWorks20xx 的三維建模功能， 在 對結(jié)構(gòu) 參數(shù) 進行 優(yōu)化的基礎(chǔ)上 ， 實現(xiàn) 了 帶式輸送機可控變速裝置的機械傳動系統(tǒng) 及其 零部件的三維參數(shù)碩士學位論文 4 化建模，為帶式輸送機的整機 優(yōu)化和參數(shù)化 設(shè)計 ，提供了理論依據(jù)和有參考價值的實現(xiàn)方法 。首先結(jié)合實際工況條件并考慮到設(shè)計中的模糊因素 ,建立了以體積最小為目標函數(shù)的模糊優(yōu)化模型；然后以窮舉法作為優(yōu)化算法 ,對圓柱齒輪和蝸桿變速裝置的主要參數(shù)（模數(shù)、齒數(shù)、齒寬系數(shù)等）進行了優(yōu)化設(shè)計；最后根據(jù)優(yōu)化結(jié)果 ,運用參數(shù)化方法繪制了圓柱齒輪、蝸桿、蝸輪等的零件圖和裝配圖。 對于輸送帶，如果 啟 動時間過短， 啟 動加速度快， 啟 動張力就大，輸送帶振蕩變形會很嚴重，巨大的瞬時沖擊將損壞輸送帶與其他元部件。延遲段的速度一般取為設(shè)計帶速的 10%。 表 11 為幾種常見軟啟動裝置的性能比較 [39]。 （ 2）液壓傳動系統(tǒng) 考慮蝸桿載荷小，要求無級變速等具體情況，變速裝置采用由電液比例閥組成的液壓系統(tǒng)作為蝸桿的動力源。因此，此時控制系統(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。 ⑤ 檢帶運行 如果需要檢查輸送帶，應(yīng)使其低速運行。 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????。 當變速裝置在額定轉(zhuǎn)速下正常運行時，蝸桿傳動機構(gòu)反向自鎖， 2 0n? ，且輸出端轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。 運動學分析 圖 3 1 為帶式輸送機可控變速裝置的機械傳動系統(tǒng)簡圖。多機或多點驅(qū)動的功率平衡功能本質(zhì)上都是通過 調(diào)速實現(xiàn)的。 碩士學位論文 14 帶式輸送機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，帶式輸送機可控變速裝置的工作原理可分為額定運行狀態(tài)下的工作原理和調(diào)速運行狀態(tài)下的工作原理兩種情況。電氣控制系統(tǒng)以先進的 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。 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。 圖 22中， t=0時 啟 動加速度為零，此后速度逐漸增大； t=T/2時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帶速達到輸送機設(shè)計帶速v0時，加速度減小到 0。 本文在介紹帶式輸送機新型軟啟動裝置 —— 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 帶式輸送機可控變速裝置 機械傳動系統(tǒng)進行了動力學、運動 學、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 傳動機構(gòu)的運動規(guī)律及受力特性 。 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（ Technical Achen, Ger.）的 WernKueir 加拿大紐芬蘭紀念大學（ Memorial Uni. of Newfoundland） 的 Hans J.， Pratt Regli [2325]。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)計修改等優(yōu)勢，受到人們的廣泛青睞。實現(xiàn)軟啟動和軟停車是解決大型帶式輸送機上述問題的有效措施。 帶式輸送機具有結(jié)構(gòu)簡單、輸送量大、輸送物料范圍廣泛、運距長、裝卸料方便、可靠性高、運費低廉、自動化程度高等特 點 [1]， 它的優(yōu)越性已十 分明顯，是國民經(jīng)濟中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 學碩士學位論文 ii 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作） 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 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙 、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。當今，無論從輸送量、運距、經(jīng)濟效益等各方面來衡量，它已經(jīng)可以同火車、汽車運輸相抗衡，成為各國爭先發(fā)展的行業(yè)。 作為帶式輸送機的關(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) 運而生。 經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在的三維模型已經(jīng)是可以進行參數(shù)化設(shè)計的以特征為基礎(chǔ)的實體模型。 芬蘭坦佩雷大學（ Tampere Univ. of Technology, Fin.）的 Martti 在齒輪類零件的優(yōu)化設(shè)計方法及其參數(shù)化繪圖方面也進行了不少的研究工作 [22]。 課題來源與研究內(nèi)容 本課題來源于河南省科技攻關(guān)項目《帶式輸送機可控變速裝置設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究》（項目編號 0524260021）。 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)定運行速度， /ms； 第 2 章 帶式輸送機可控變速裝置的特點 9 T ——輸送機 起 動時 間， s 。 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，在電動機轉(zhuǎn)速不變的情況下，實現(xiàn)對工作機的無級 調(diào)速與軟啟動。從零部件的結(jié)構(gòu)工藝性和標準化程度看，機械和液壓系統(tǒng)制造技術(shù)成熟，容易達到設(shè)計要求，獲得預(yù)期的工作性能。具體包括： PLC、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、高速計數(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。 ③ 多機或多點驅(qū)動的功率平衡 當長距離、大運量帶式輸送機采用多機或多點驅(qū)動時，驅(qū)動裝置需要具備功率平衡功能。 第 3 章 可控變速裝置運動學、動力學分析 17 3 可控變速裝置運動學 、 動力學分析 基于帶式輸送機可控變速裝置的工作原理和功能要求，本章主要對其進行運動學、動力學 、傳動效率 分析以及蝸桿傳動機構(gòu)的傳動特性分析，旨在揭示各傳動機構(gòu)的運動規(guī)律、受力特性，主電動機和蝸桿額定轉(zhuǎn)速的匹配條件，變速裝置的輸出特性以及蝸桿傳動機構(gòu)的自鎖條件和解鎖條件等。 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??