【正文】 （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(yè)（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(duì)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(wàn)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(wàn)字。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。但是，將優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化與自動(dòng)自動(dòng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件還不多見(jiàn)。 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 。 （ 2） 結(jié)合可控變速裝置機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)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。 （ 3） 以 Visual ，編制優(yōu)化計(jì)算程序，并以 SolidWorks的三維建模功能為基礎(chǔ)， 實(shí)現(xiàn)了 帶式輸送機(jī)可控變速裝置 的 參數(shù) 優(yōu)化與 三維 自動(dòng) 建模的 一體化設(shè)計(jì) 。 Secondly, Considering the features that most parts of mechanical transmission device of the Controlled Speed Drive have been standardized, discrete mathematical model is established, taking the total volume of drive system as the objective function, discrete values or integer values of parameters as design variables ,geometric constraint performance constraint as constraint condition. Using enumeration method, Optimization solver is programmed in Visual Basic. Finally, integrating the object oriented, visual oriented character of Visual and perfect drawing function of SolidWorks20xx as a whole, this thesis designed systems for involute gear and plaary parameterized modeling. Keywords: Belt Conveyor。 Optimization Design。當(dāng)今，無(wú)論從輸送量、運(yùn)距、經(jīng)濟(jì)效益等各方面來(lái)衡量，它已經(jīng)可以同火車、汽車運(yùn)輸相抗衡，成為各國(guó)爭(zhēng)先發(fā)展的行業(yè)。 近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè) 現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，綜合機(jī)械化采煤工藝的推廣應(yīng)用使得礦井的開采量和運(yùn)輸量日益增大，從而 長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大功率 輸送設(shè)備的需求量越來(lái)越大 [2]。 然而，長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高速度的帶式輸送機(jī)如采用傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方式，由于啟動(dòng)時(shí)間為 1～ 3s，啟動(dòng)加速度大于 2/ms,會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題： （ 1）啟動(dòng)時(shí)打滑問(wèn)題 由于大型帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度和功率較大，如果啟動(dòng)時(shí)間過(guò)短，易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 （ 2）振動(dòng)問(wèn)題 帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)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(lái)說(shuō)表現(xiàn)得更為明顯和強(qiáng)烈。 （ 3）瞬態(tài)沖擊大問(wèn)題 啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)初張力會(huì)降低輸送帶的使用壽命，可能引發(fā)斷帶事故。同時(shí)，提高輸送帶的強(qiáng)度等級(jí)還必須相應(yīng)加大滾筒碩士學(xué)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(jī)械加工件的初期投資。此外，大功率電動(dòng)機(jī)在較短的時(shí)間啟動(dòng)運(yùn)行，對(duì)周邊環(huán)境電網(wǎng)的沖擊巨大，其負(fù)面影響是無(wú)法容忍的。驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的心臟，從某種程度上來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)裝置的性能就決定了輸送機(jī)的性能。 作為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) [5]之一，可控啟動(dòng)技術(shù)或軟啟動(dòng)技術(shù) [6]應(yīng) 運(yùn)而生。 “ 軟啟動(dòng) ” 是指機(jī)械設(shè)備在空、重載工況下，能夠逐步克服整個(gè)系統(tǒng)的慣性而平穩(wěn)地啟動(dòng)，而這種啟動(dòng)是可控的 [7]。 帶式輸送機(jī)可控變速裝置 是一種新型的軟啟動(dòng)裝置，能很好的解決大型帶式輸送機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題。 帶式輸送機(jī)可控變速裝置在國(guó)外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但到目前為止國(guó)內(nèi)這種產(chǎn)品應(yīng)用還比較少。 研究的目的和意義 對(duì)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)。隨著市第 1 章 引言 3 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈及全球市場(chǎng)的形成，對(duì)制造業(yè)來(lái)說(shuō)， 21 世紀(jì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)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(qiáng)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(shí)現(xiàn) [9]。 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)和高校的 CAD 應(yīng)用與開發(fā)大都停留在二維階段 [12]，然而，實(shí)際中設(shè)計(jì)人員在使用 CAD 技術(shù)時(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思維都是基于三維空間的。為解決這些問(wèn)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]。 經(jīng)過(guò)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。參數(shù)化技術(shù)的提出，令 CAD 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了劃時(shí)代的技術(shù)革命，使人們逐步認(rèn)識(shí)到參數(shù)化三維造型 系統(tǒng)的魅力。 近年來(lái)，由于優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在一般機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷取得應(yīng)用成功的經(jīng)驗(yàn)，因而，在 CAD 系統(tǒng)中引入了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其軟件。 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。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外從 20 世紀(jì) 60 年代初就展開了運(yùn)用 CAD/CAM 技術(shù)對(duì) 齒輪類零件和以該類零件為主要傳動(dòng)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(guó)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]。 法國(guó)格勒諾布爾大學(xué)（ University of Grenoble）的 Tsay, 進(jìn)行了基 于特征的參數(shù)化齒輪系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 [19] [20]。并以 VB 為二次開發(fā)工具 ,實(shí)現(xiàn)了圖紙布局智能化、齒輪輪廓的自動(dòng)生成。 美國(guó)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]。 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]。 第 1 章 引言 5 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究工作雖然起步較晚，但是已有了很大進(jìn)展。 東南大學(xué)的湯文成等教授研究開發(fā)了基于特征建模的圓柱齒輪 CAD 系統(tǒng) [26]。 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]。 太原理工大學(xué)的任家駿、段德榮教授對(duì)基于特征的蝸桿傳動(dòng) CAD/CAE/CAPP集成系統(tǒng)的工作進(jìn)行了研究 [29]。 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)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(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪參數(shù)化造型的設(shè)計(jì)程序和驅(qū)動(dòng)程序。 武漢科技學(xué)院的盧記軍采用 ActiveX 技術(shù)，以 為開發(fā)工具實(shí)現(xiàn) VB 與Matlab 和 AutoCAD 之間的連接，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)斜齒圓柱齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了基于優(yōu)化的 CAD 系統(tǒng)，并根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)所得結(jié)果完成齒輪建模，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)參數(shù)化建模及繪圖集成 [31]。 大連理工大學(xué) 的宋景玲和史大光 以及中國(guó)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]。 課題來(lái)源與研究?jī)?nèi)容 本課題來(lái)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(hào) 0524260021）。 （ 2） 針對(duì)可控變速裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立帶式輸送機(jī)可控變速裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的 數(shù)學(xué)模型。 （ 3） 把 SolidWorks20xx 與 Visual 為二次開發(fā)工具相結(jié)合 ，編制參數(shù)化 建模 程序，從而實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)可控變速裝置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要零件和部件的參數(shù)化 建模 ，為最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、加工制造一體化 及系列化 奠定基礎(chǔ)。 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。對(duì)于電動(dòng)機(jī)過(guò)大的 啟 動(dòng)電流、長(zhǎng)時(shí)間的電流沖擊對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)面影響也會(huì)很大。 理想軟啟動(dòng)曲線 針對(duì)大型帶式輸送機(jī)的實(shí)際工況，理想的驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)滿足以下技術(shù)要求： （ 1） 啟 動(dòng)時(shí)間可在一定的范圍內(nèi)調(diào)整，使帶式輸送機(jī)平 穩(wěn) 啟 動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)滿載 啟 動(dòng)； （ 2） 啟 動(dòng)加速度控制在一定的范圍內(nèi)，可有效降低 啟 動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)初張力，降低整機(jī)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(jī)啟動(dòng)或多點(diǎn)中間 起 動(dòng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)的功率平衡； （ 4）電動(dòng)機(jī)空載 啟 動(dòng)，降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊； （ 5）具有過(guò)載保護(hù)功能； （ 6）帶式輸送機(jī)瞬時(shí)停車時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)不停電動(dòng)機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)使用壽命； （ 7）帶式輸送機(jī)低速檢帶運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱導(dǎo)致停車故障，確保正常檢修工作。對(duì)于帶式輸送機(jī)理想 啟 動(dòng)過(guò)程的研究，碩士學(xué)位論文 8 較具影響力的是 澳大利亞 Harrison 博士提出的正弦加速度控制曲線和美國(guó) CDI 公司總裁 Nordell 博士提出的三角形加速度控制曲線 [37] [38]。 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。 Nordell推薦的 啟 動(dòng)過(guò)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(dòng)時(shí) 間， s 。此處加速度最大值比 Harrison推薦的大 27%，加速度的一階導(dǎo)數(shù)在 t=0、 T/2及 T處均不連續(xù)，但加速度導(dǎo)數(shù)的峰值只是 Harrison曲線的 81%。但是隨著進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，如果在速度曲線中加入約 3～ 8s的延遲時(shí)段，可進(jìn)一步有效的改善起 動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)峰值張力。這樣，需要在啟動(dòng)開始階段加入一段時(shí)間延遲段。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(dòng)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(dòng)過(guò)程，從而最大程度地降低了膠帶輸送機(jī)的 起 動(dòng)張力。如圖 23所示。 常用的軟啟動(dòng)裝置 有：（ 1）液體粘性軟啟動(dòng)裝置，如澳大利亞的 BOSS系統(tǒng)、美國(guó)的 CST等；（ 2）液力型軟啟動(dòng)裝置，如調(diào)速型液力耦合器、加長(zhǎng)后腹腔液力耦合器等；（ 3）電氣軟啟動(dòng)裝置。 BOSS 系統(tǒng)：該系統(tǒng)是澳大利亞 NM 采礦國(guó)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)。 調(diào)速型液力耦合