碩士論文 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 摘要 舊m 朋 y 2 0 6 2 5 8 8 當(dāng)前帶式輸送機(jī)正朝著長(zhǎng)跨度、大功率、高帶速、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展，帶式輸送 機(jī)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及啟動(dòng)穩(wěn)定性研究已成為新的課題。采用合理的啟動(dòng)方式降低帶式輸送機(jī) 的啟動(dòng)動(dòng)載荷是提高啟動(dòng)穩(wěn)定性的主要方法。本文在分析了帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性基礎(chǔ)上 研究一種基于電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)的軟啟動(dòng)裝置。 首先，文中建立帶式輸送機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，分析了各種啟動(dòng)方案對(duì)帶式輸送機(jī)啟動(dòng) 特性的影響，找出了帶式輸送機(jī)的最佳啟動(dòng)加速度曲線；分析了各個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率的 理想分配和實(shí)際分配的問(wèn)題，找出了調(diào)節(jié)功率平衡的方法。然后結(jié)合一條帶式輸送機(jī)的 具體要求，設(shè)計(jì)了一套變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)，包括變頻啟動(dòng)系統(tǒng)主回路斷路器、隔離變壓器、 a c s1 0 0 0 變頻器的選型、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制單元的設(shè)計(jì)，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，多電機(jī)功率平衡的實(shí)現(xiàn)等。最后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢驗(yàn)了變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能否滿足帶式 輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)驅(qū)動(dòng)力和速度變化、負(fù)載發(fā)生變化時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒輸出轉(zhuǎn)矩變化、 在加速和減速階段系統(tǒng)可靠性及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大型帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)驅(qū)動(dòng)力輸 出變化的要求，延長(zhǎng)了啟動(dòng)時(shí)間，大大降低了輸送帶內(nèi)的啟動(dòng)張力。同時(shí)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的使用可降低輸送帶的強(qiáng)度進(jìn)而減少設(shè)備投資成本，變頻驅(qū)動(dòng)還具有維護(hù)量少和節(jié)能的 優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)軟啟動(dòng)帶式輸送機(jī)功率平衡 a b s t r a c t a sb e l tc o n v e y o r sa r ec u r r e n t l yd e v e l o p i n gi nt h ed i r e c t i o no fl o n gs p a n , h i g hp o w e r , h i 吐b e l ts p e e d ，h i g hs t a b i l i t y , t h er e s e a r c ho nd y n a m i cd e s i g na n ds t a r t i n gs t a b i l i t yo f b e l t c o n v e y o r sh a sb e c o m ean e ws u b j e c t a d o p t i n gar e a s o n a b l es t a r t i n gw a y t or e d u c et h e d y n a m i cl o a do f b e l tc o n v e y o r si st h em a i nm e t h o dt oi m p r o v es t a r t i n gs t a b i l i t y t h e r e f o r e ， b a s e do na n a l y z i n gt h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f b e l tc o n v e y o r s ，t h i st h e s i ss t u d i e sak i n do f s o f ts t a r t i n gd e v i c ed r i v e nb yv a r i a b l e - f r e q u e n c ym o t o r sa f t e ra n a l y z i n g f i r s t l 舅d y n a m i cm o d e l so fb e l tc o n v e y o r s h a v eb e e nc r e a t e di nt h ep a p e r , t h ee f f e c t so f v a r i o u ss t a r r i n gp l a n so nt h es t a r t i n gc h a r a c t e r i s t i c so f b e l tc o n v e y o r sh a v eb e e na n a l y z e d ，a n d t h eb e s ts t a r t i n ga c c e l e r a t i o nc b r v eo fb e l tc o n v e y o r s h a sb e e ni d e n t i f i e d b e s i d e s ，t h em e t h o d t oa d i u s tt h ep o w e l b a l a n c eh a sb e e nf o u n d o u ta f t e raa n a l y s i so fi d e a la n da c t u a ld i s t r i b u t i o n o ft h ed r i v e np o w e ro fe a c hm o t o r t h e nc o m b i n e dw i t ht h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t so f ab e l t c o n v e y o r as e to fv a r i a b l ef r e q u e n c ys o f ts t a r t i n gs y s t e mh a s b e e nd e s i g n e d ，i n c l u d i n gm a i n c i r c i l i tb r e a k e r , i s o l a t i o nt r a n s f o r m e r , t h es e l e c t i o no ft h ea c s10 0 0t r a n s d u c e ri nv a r i a b l e 仔e q u e n c ys t a r t i n gs y s t e m ，a n dt h ed e s i g no fc o n t r o lu n i t , t h ed e s i g no fs p e e d c o n t r o ls y s t e m 嬲w e l la sm u l t i m o t o r sp o w e rb a l a n c e ，e t c i nv a r i a b l ef r e q u e n c yd r i v i n gs y s t e m f i n a l l y ， f i e l dt r i a l sh a v et e s t e dw h e t h e rv a r i a b l ef r e q u e n c yd r i v i n gs y s t e n - i c a r lm e e tt h ed i f f e r e n t d e m a n d sf o rd r i v i n gf o r c e sa n ds p e e dc h a n g e sd u r i n gt h es t a r t i n gp r o c e s so f b e l tc o n v e y o r s ， t h ec h a n g e so fd r i v ep u l l e yo u t p u t t o r q u e w i t hl o a dc h a n g e s ，s y s t e ms t a b i l i t y i nt h e a c e e l e r a t i o na n dd e c e l e r a t i o np h a s ea n dl o n g r u n n i n gs t a b i l i t yo f t h es y s t e ma sw e l l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v es h o w e dt h a tv a r i a b l ef r e q u e n c ys o f t d r i v i n gs y s t e mc a n m e e tt h er e q u i r e m e n t so fd r i v i n gf o r c eo u t p u tc h a n g e sd u r i n gt h es t a r t i n gp r o c e s sf o rl a r g e b e l tc o n v e y o r s ，e x t e n dt h es t a r t - u pt i m ea n dg r e a t l yr e d u c et h es t a r t i n gt e n s i o n o ft h e c a ) n v e y o rb e l t s m e a n w h i l e ，t h eu s eo fv a r i a b l ef r e q u e n c yd r i v i n gs y s t e m c a nr e d u c et h e s 仃e n g mo ft h ec o n v e y o rt h e r e b yr e d u c i n gt h e c o s to fe q u i p m e n ti n v e s t m e n t m o r e o v e r , v a r i a b l ef r e q u e n c yd r i v ea l s oh a st h ea d v a n t a g e so f l o wm a i n t e n a n c ea n de n e r g ys a v i n g k e y w o r d s ：v a r i a b l e s p e e dd r i v e s o f ts t a r t b e l tc o n v e y o r p o w e rb a l 強(qiáng) i i 碩士論文帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 1 緒論 1 1 課題研究的背景 帶式輸送機(jī)是以輸送帶作為牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，豐要由驅(qū)動(dòng) 裝置、拉緊裝置、托輥、機(jī)架、清掃裝置等組成。帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 1 所 示。帶式輸送機(jī)的工作原理如下：輸送帶繞經(jīng)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)滾筒和機(jī)尾改向滾筒形成一個(gè)封 閉的環(huán)形帶，同時(shí)上、下輸送帶分別支承在上、下托輥上，張緊裝置給輸送帶以正常運(yùn) 轉(zhuǎn)所需要的張力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，借助驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦 力使輸送帶及其上面的貨物一同運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送帶上的貨物被載運(yùn)到機(jī)頭后，由于輸送帶的 轉(zhuǎn)向而實(shí)現(xiàn)卸載。它是輸送散狀物料的主要設(shè)備之一，具有連續(xù)運(yùn)行、運(yùn)輸能力大、運(yùn) 行阻力小、耗電量低、運(yùn)行平穩(wěn)、運(yùn)輸途中對(duì)物料的破碎性小、較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu) 點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、港運(yùn)、建材等部門【2 】。 1 機(jī)架2 下托輥3 上托輥4 輸送帶5 驅(qū)動(dòng)滾筒6 卸載裝置 7 清掃裝置8 驅(qū)動(dòng)裝置9 裝載裝置1 0 張緊裝置 圖1 1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 隨著礦山、工廠企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，對(duì)帶式輸送機(jī)的長(zhǎng) 度、功率、穩(wěn)定性、節(jié)能性提出了新的要求。國(guó)內(nèi)外的研究人員和工程技術(shù)人員對(duì)帶式 輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性、啟動(dòng)特性、部件的可靠性進(jìn)行了廣泛的研究。而我圍對(duì)于大功率和 長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的控制及驅(qū)動(dòng)研究起步比較晚，與國(guó)外的驅(qū)動(dòng)設(shè)備存在一定的差距【3 】。 帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程主要是發(fā)生在帶式輸送機(jī)的肩制動(dòng)階段，所以研究新型的啟動(dòng)裝 置提高啟動(dòng)階段的穩(wěn)定性是發(fā)展新型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵。 目前企業(yè)采用的啟動(dòng)系統(tǒng)有：調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)、c s t 可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng)、變頻啟動(dòng)裝置等【4 】。本文結(jié)合布爾臺(tái)礦井下3 。1 煤大巷帶式輸送機(jī)， 對(duì)大功率長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行研究。 1 緒論工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 研究的目的和意義 先進(jìn)的帶式輸送機(jī)必須適應(yīng)高生產(chǎn)率的要求，提高生產(chǎn)率可以采用提高帶速和增加 輸送帶寬度的方法。由于輸送帶的成本占輸送機(jī)整機(jī)成本的一半左右，增加帶寬會(huì)大大 提高設(shè)備資金，而其所需的安裝空間也要增加，特別是有的帶式輸送機(jī)的使用巷道空間 狹小，增加帶寬將增加巷道寬度，使生產(chǎn)成本將增加，因此，提高帶速將更經(jīng)濟(jì)。目前 國(guó)內(nèi)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度為2 5 8 m s ，國(guó)外帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度已達(dá)7 - 1 2 m s 。目 前，國(guó)內(nèi)的帶式輸送機(jī)生產(chǎn)和使用單位在研究、設(shè)計(jì)和制造高帶速輸送機(jī)方面與德國(guó)、 澳大利亞等國(guó)的企業(yè)存在明顯差距。為了提高我們的生產(chǎn)設(shè)計(jì)水平，就需要我們對(duì)帶式 輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，尤其是啟動(dòng)特性進(jìn)行深入的研究。 目前帶式輸送機(jī)在直接啟動(dòng)過(guò)程中存在的缺點(diǎn)： ( 1 ) 啟動(dòng)時(shí)輸送帶緊邊承受的張緊力過(guò)大，易造成輸送帶損壞； ( 2 ) 啟動(dòng)力矩較大，容易造成減速器齒輪不正常磨損，使連接部件松動(dòng)； ( 3 ) 啟動(dòng)時(shí)電流較大，易造成電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱，自動(dòng)開關(guān)容易出現(xiàn)跳閘，燒損熔斷器； ( 4 ) 急停使輸送帶松弛，發(fā)生嚴(yán)重堆煤、卷帶情況； 基于以上缺點(diǎn)，對(duì)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和改善帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)性能 已提到日益重要的位置上嵋1 。采用可控啟動(dòng)技術(shù)是解決上述帶式輸送機(jī)問(wèn)題的必然選擇。 國(guó)內(nèi)外科技工作者在電氣、液力、機(jī)電液一體化等領(lǐng)域做了大量的研究工作，并開 發(fā)了各種形式的調(diào)速裝置，雖都能實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)可控啟動(dòng)，減輕帶式輸送機(jī)動(dòng)張力數(shù) 值，但其可控性能及價(jià)格差別較大，在現(xiàn)場(chǎng)的使用效果不是很好，有的產(chǎn)品維護(hù)工作量 大，傳輸效率不高且不利于與帶式輸送機(jī)整機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、監(jiān)測(cè)。因此研究一套可 控性能高，安裝維護(hù)方便，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)具有很大的意義哺，。 1 3 帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)可控啟動(dòng)有多種方式，大致可分為兩大類：一類是用電動(dòng)機(jī) 調(diào)速啟動(dòng)；另一類是用鼠籠式電動(dòng)機(jī)配用機(jī)械調(diào)速裝置對(duì)負(fù)載實(shí)現(xiàn)可控啟動(dòng)和減速停 車。電機(jī)調(diào)速啟動(dòng)可用繞線式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、直流電機(jī)調(diào)速、變頻調(diào)速即 可控硅調(diào)壓調(diào)速等多種方式。機(jī)械調(diào)速裝置有調(diào)速型液力耦合器、c s t 可控啟動(dòng)傳輸及 液體粘滯可控離合器三種【7 1 。下面就幾種常用的軟啟動(dòng)裝置的使用特點(diǎn)做一下介紹。 1 3 1 調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 速型液力耦合器的主要構(gòu)件有：輸入輸出軸、泵輪、渦輪、油箱、防護(hù)罩、安全保 護(hù)裝置。 它的工作原理是：電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)耦合器的泵輪旋轉(zhuǎn)，使工作腔體里的工作 2 碩士論文帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 液加速加壓，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w動(dòng)能，工作液由泵輪的出口出來(lái)后沖向?qū)γ娴臏u輪，液 流使渦輪葉片與泵輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，泵輪帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，又將液能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。 改變液力偶合器工作腔中工作油的充滿量，在電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速不變時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作機(jī) 的無(wú)級(jí)調(diào)速與軟啟動(dòng)。 采用調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)的使用效果： ( 1 ) 可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)“空載啟動(dòng)，縮短了啟動(dòng)電流時(shí)間，減少對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行沖擊。 ( 2 ) 功率平衡可達(dá)5 ，調(diào)速范圍1 1 4 ，啟動(dòng)加速度范圍0 1 0 3 m s 2 ； ( 3 ) 能實(shí)現(xiàn)多機(jī)順序啟動(dòng)；額定負(fù)載下有較高的傳動(dòng)效率； ( 4 ) 隔離扭矩，減緩沖擊，過(guò)載保護(hù)作用； ( 5 ) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)機(jī)械磨損，對(duì)環(huán)境要求低，使用壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； ( 6 ) 操作維護(hù)簡(jiǎn)單方便。 然而，由于調(diào)速型液力偶合器為通用性產(chǎn)品，其性能指標(biāo)及精度要求不能專門滿足 大功率長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的要求。 1 3 2b o s s 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) b o s s 系統(tǒng)的核心元件是q 離合器和可調(diào)動(dòng)靜摩擦片間隙的自動(dòng)控制技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn) 是啟動(dòng)平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出，均勻加速啟動(dòng)；摩擦片組設(shè)在高速軸，易于控制；與 逆止器和制動(dòng)器的配置靈活、方便；可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是：在軟啟動(dòng)過(guò)程中發(fā) 熱量大，摩擦片磨損嚴(yán)重，使用壽命短；由于油膜間隙有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的空載啟動(dòng)； 不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)效率低，對(duì)潤(rùn)滑油的質(zhì)量要求高，運(yùn)行成本高；液壓及控制系 統(tǒng)復(fù)雜；離合器片在高速軸時(shí)，控制系統(tǒng)難以準(zhǔn)確控制i s 】。 1 3 3 電軟啟動(dòng)控制器 電軟啟動(dòng)控制器通過(guò)控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角以交流調(diào)壓方式限制電動(dòng)機(jī)的啟 動(dòng)電流，使電機(jī)平穩(wěn)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。開始啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)加速速率使觸發(fā) 器移相，晶閘管導(dǎo)通向電機(jī)輸出電壓，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，輸出電壓從零 按照一定的斜率升高到額定電壓，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由零上升到額定轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束， 系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀裂9 1 ，系統(tǒng)原理如圖1 2 所示。 3 l 緒論工學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 2 電軟啟動(dòng)原理圖 其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉，但恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，差動(dòng)功率損耗大，效率低；選用 電機(jī)時(shí)要增加2 0 - - 4 0 的容量；在啟動(dòng)到正常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成啟動(dòng)力的沖擊；采用 降壓?jiǎn)?dòng)，滿載時(shí)啟動(dòng)困難；不能實(shí)現(xiàn)功率平衡和無(wú)極調(diào)速功能，在順槽可伸縮帶式輸 送機(jī)中應(yīng)用廣泛。 1 3 4c s t 可控啟動(dòng)傳輸系統(tǒng) c s t 系統(tǒng)是由一種專為大型帶式輸送機(jī)配套的新型機(jī)電一體化軟啟動(dòng)系統(tǒng)。該裝置 通過(guò)電液比例閥及控制系統(tǒng)，帶有齒輪減速器、濕式離合器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)與功率平衡傳動(dòng) 裝置。因?yàn)閏 s t 的力矩控制器裝在低速軸上，離合片之間的液流是層流，呈線性特性， 因而有較高的控制精確。c s t 的控制一般基于r o c k w e l l 的s l c 控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)帶式輸 送機(jī)的起、?？刂?。c s t 是一種能保證在緊急制動(dòng)或突然斷電時(shí)提供可控制動(dòng)力的驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)【1 們。 輸入軸 軸 圖1 3c s t 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 c s t 裝置通過(guò)液壓控制系統(tǒng)控制控制輸出軸的扭矩，該扭矩跟隨離合器上的液壓壓 力變化。一個(gè)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)配置一臺(tái)電機(jī)及c s t 裝置，也可以由多臺(tái)電機(jī)及c s t 裝置 4 碩士論文帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 組成。載荷的分配是系統(tǒng)通過(guò)控制每臺(tái)c s t 離合器的壓力，允許c s t 離合器出現(xiàn)少量 打滑來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？蛰d啟動(dòng)時(shí)，先使驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速，控制系統(tǒng)逐漸增加分配到每臺(tái) c s t 離合器上的液壓力，從而驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)起動(dòng)并逐漸加速到額定速度，使得帶式輸送帶 有一個(gè)預(yù)拉伸過(guò)程。傳輸系統(tǒng)中有多臺(tái)c s t 裝置時(shí)，控制系統(tǒng)可以合理地分配載荷， 確保每臺(tái)電機(jī)分擔(dān)相同的負(fù)載，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中部件的壽命均衡。 在輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)載荷的要求，每臺(tái)c s t 裝置的離合器或保持少量打滑 狀態(tài)或保持最大壓力以輸出適當(dāng)扭矩。但當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)增加將引起離合器打滑即被“軟鎖 定”。當(dāng)離合器被軟鎖定時(shí)，任何瞬間的沖擊或過(guò)載都保持離合器打滑，保護(hù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的所有部件不受沖擊。 如圖1 4 所示為c s t 系統(tǒng)布置示意圖】。 圖1 4c s t 系統(tǒng)布置不意圖 采用c s t 驅(qū)動(dòng)裝置控制，能實(shí)現(xiàn)s 曲線加速啟動(dòng)，進(jìn)一步提高了安全性、可靠性 和部件保護(hù)，啟動(dòng)平穩(wěn)；c s t 能在士2 的范圍內(nèi)進(jìn)行出色的電機(jī)負(fù)載分配，傳動(dòng)效率高 達(dá)9 9 ；但c s t 驅(qū)動(dòng)裝置的體積龐大，安裝不便：復(fù)雜且維護(hù)困難，后期運(yùn)行成木高。 1 3 5 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 近年來(lái)由于交流變頻調(diào)速技術(shù)的不斷提高，在大型帶式輸送機(jī)上也開始應(yīng)用交流變 頻系統(tǒng)。帶式輸送機(jī)中的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可應(yīng)用于輸送機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速驅(qū)動(dòng) 過(guò)程中。它能有效控制輸送機(jī)柔性負(fù)載的軟肩動(dòng)、軟停車，實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)裝置之間的功率 分配，避免出現(xiàn)撒料與斷帶，能有效抑制輸送帶突變張力對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的危害，延長(zhǎng) 輸送機(jī)使用壽命：同時(shí)在使用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中能夠動(dòng)態(tài)分配各個(gè)電機(jī)的 輸出功率，精度高，波動(dòng)范圍小。 下圖為變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與帶式輸送機(jī)的布置示意圖。 i 緒論工學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 研究的主要內(nèi)容 圖1 5 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖 本文研究的主要內(nèi)容是結(jié)合布爾臺(tái)煤礦帶式輸送機(jī)的要求，研究設(shè)計(jì)一套變頻軟啟 動(dòng)裝置，具體將圍繞以下主要方面進(jìn)行： 1 、研究帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)特性 本文通過(guò)建立典型帶式輸送機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，確定其動(dòng)力學(xué)微分方程，求解輸送 帶動(dòng)張力的數(shù)學(xué)表達(dá)式。分析在不同的速度控制曲線時(shí)，輸送帶動(dòng)張力的變化，找到合 適的驅(qū)動(dòng)速度曲線。 2 、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 結(jié)合布爾臺(tái)煤礦帶式輸送機(jī)的要求，設(shè)計(jì)一套變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括硬件的選型，控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及控制方法的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。 3 、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢驗(yàn)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能否滿足：帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)驅(qū)動(dòng)力和速 度變化的需求，能否滿足負(fù)載發(fā)生變化時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒輸出轉(zhuǎn)矩變化的需求，以及驗(yàn)證變 頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性等。 1 5 本文的組織結(jié)構(gòu) 全文分為六章，各章內(nèi)容安排如下： 第一章：簡(jiǎn)要說(shuō)明課題研究背景及意義，分析帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展 現(xiàn)狀。 6 碩士論文 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 第二章：帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求分析與總體設(shè)計(jì)，主要對(duì)帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的功能需求、性能需求進(jìn)行分析總結(jié)，對(duì)總體方案的設(shè)計(jì)和研究思路進(jìn)行闡述。 第三章：帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性研究。主要對(duì)帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)特性和動(dòng)特性進(jìn)行了 分析和研究。 第四章：變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究。主要是針對(duì)該帶式輸送機(jī)進(jìn)行了變頻控制系統(tǒng)的研究 及變頻的控制模式的選擇；詳細(xì)討論主回路斷路器、隔離變壓器、a c s l 0 0 0 變頻器等部 件的特性；對(duì)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 第五章：變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。主要對(duì)變頻系統(tǒng)在各種工況下的輸出轉(zhuǎn)矩和輸 出轉(zhuǎn)速進(jìn)行了性能測(cè)試，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析整理。 第六章：總結(jié)本課題所做工作及研究成果，并分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的不足之處，對(duì) 今后工作進(jìn)行展望。 2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計(jì)碩士論文 2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計(jì) 2 13 - , 煤大巷帶式輸送機(jī)概況 2 1 1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu) 布爾臺(tái)3 。1 煤大巷帶式輸送機(jī)功率大，輸送距離長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輸送機(jī)主要包括以下 組成部分：輸送帶、驅(qū)動(dòng)滾筒和減速機(jī)、托輥機(jī)架、張緊裝置、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置、 制動(dòng)裝置、控制及保護(hù)裝置掣1 2 】，對(duì)于一般的物料輸送系統(tǒng)，還應(yīng)包括給料機(jī)、收塵器、 溜槽、料庫(kù)等。帶式輸送機(jī)布置如圖2 1 所示。 圓圓圓囤網(wǎng)i - j 圖2 1 帶式輸送機(jī)簡(jiǎn)單布置圖 2 1 23 1 煤大巷帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及環(huán)境工況 運(yùn)量：3 5 0 0 ( t h ) ； 帶寬：1 6 0 0 ( m 朋) ； 長(zhǎng)度：4 7 3 5 ( m ) ； 帶速：4 5 ( m s ) ； 帶強(qiáng)：s t 3 1 5 0 ： 軸功率：2 5 4 4 ( k w ) ； 電機(jī)功率：3 x1 2 0 0 ( k w ) ； 驅(qū)動(dòng)方式：機(jī)頭驅(qū)動(dòng)2 ：1 ； 帶式輸送機(jī)傾角：o 4 7 。； 海拔高度：1 3 0 0 ( m ) ； 環(huán)境質(zhì)量：周圍粉塵大，環(huán)境惡劣 環(huán)境溫度：戶外_ 2 8 。c “0 。c 供電電壓：高壓i o k v 2 0 ，5 0 h z 1 0 ； 機(jī)頭驅(qū)動(dòng)距離主井驅(qū)動(dòng)機(jī)房：5 8 2 ( m ) ； 碩士論文帶式輸送機(jī)變頻凋速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 2 1 3 帶式輸送機(jī)對(duì)軟啟動(dòng)裝置的要求 大型輸送機(jī)啟動(dòng)階段的動(dòng)載荷由靜張力和動(dòng)張力構(gòu)成，出現(xiàn)載荷峰值時(shí)會(huì)使輸送帶 不平穩(wěn)運(yùn)行甚至接頭斷裂，波動(dòng)的載荷還會(huì)使?jié)L筒、托輥軸承及其它部件毀壞 ”】。 帶式輸送機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)的基本特性是【1 4 j ： ( 1 ) 具備良好啟動(dòng)性能、足夠的啟動(dòng)力矩、良好的可控性能和較高的傳動(dòng)效率； ( 2 ) 驅(qū)動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)按給定的加、減特性對(duì)負(fù)載進(jìn)行控制； ( 3 ) 啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)盡量平穩(wěn)，減小各部件所承受的動(dòng)載荷； ( 4 ) 啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行階段有可靠的過(guò)載保護(hù)能力； ( 5 ) 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)使負(fù)荷分配均勻； ( 6 ) 可承受長(zhǎng)時(shí)間慢速運(yùn)行； ( 7 ) 配置可集成在控制系統(tǒng)中的先進(jìn)控制器。 為滿足啟動(dòng)要求，輸送機(jī)控制系統(tǒng)要解決的問(wèn)題是： ( 1 ) 帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)控制問(wèn)題尤其是延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間和降低啟動(dòng)加速度【l 5 1 。 ( 2 ) 帶式輸送機(jī)的輸出功率控制問(wèn)題，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載，或者多個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的負(fù)載 不能平衡時(shí)，就可出現(xiàn)帶式輸送機(jī)的機(jī)械部件因過(guò)載而損壞。 2 2 帶式輸送驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2 2 1 當(dāng)前常用啟動(dòng)控制系統(tǒng)比較 1 、調(diào)速型液力偶合器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中由于調(diào)速型液力偶合器為通用性產(chǎn)品，其性能指 標(biāo)及精度要求不能專門滿足大功率長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的要求f l6 】。 2 、b o s s 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在軟啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)熱量大，摩擦片磨損嚴(yán)重，使用壽命短：由于 油膜間隙有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的空載啟動(dòng)；不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，傳動(dòng)效率低，對(duì)潤(rùn)滑油 的質(zhì)量要求高，運(yùn)行成本高；液壓及控制系統(tǒng)復(fù)雜；離合器片在高速軸時(shí)，控制系統(tǒng)難 以準(zhǔn)確控制。 3 、電軟啟動(dòng)控制器在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，差動(dòng)功率損耗大，效率低；選用電機(jī)時(shí)要增 加2 0 4 0 的容量；在啟動(dòng)到正常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成啟動(dòng)力的沖擊；采用降壓?jiǎn)?dòng)，滿 載時(shí)啟動(dòng)困難；不能實(shí)現(xiàn)功率平衡和無(wú)極調(diào)速功能，在順槽可伸縮帶式輸送機(jī)中應(yīng)用廣 泛。 4 、c s t 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制，能實(shí)現(xiàn)s 曲線加速啟動(dòng)，進(jìn)一步提高了安全性、可靠性和部 件保護(hù)，啟動(dòng)平穩(wěn)：c s t 能在2 的范圍內(nèi)進(jìn)行出色的電機(jī)負(fù)載分配，傳動(dòng)效率高達(dá)9 9 ；但c s t 驅(qū)動(dòng)裝置的體積龐大，安裝不便；復(fù)雜且維護(hù)困難，后期運(yùn)行成本高。 5 、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能有效控制輸送機(jī)柔性負(fù)載的軟啟動(dòng)、軟停車，實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)裝置 之間的功率分配，避免出現(xiàn)撒料與斷帶，能有效抑制輸送帶突變張力對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的 9 2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計(jì) 碩士論文 危害，延長(zhǎng)輸送機(jī)使用壽命；同時(shí)在使用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中能夠動(dòng)態(tài)分配 各個(gè)電機(jī)的輸出功率，精度高，波動(dòng)范圍小。 綜上所述大型帶式輸送機(jī)的軟啟動(dòng)方法是有很多，它們的性能和價(jià)格差別很大。對(duì) 各種軟啟動(dòng)裝置的性能比較總結(jié)【1 7 1 8 1 如下表2 1 。 表2 1 常用軟啟動(dòng)裝置的性能比較 2 2 2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 近幾年隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的高速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā) 展也十分迅速，其性能也勝過(guò)其他任何一種交流調(diào)速( 如液力偶合器、降壓調(diào)速、滑差 調(diào)速等) 方式。變頻調(diào)速具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)， 對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加帶式輸送機(jī)頻啟的穩(wěn)定性，降低能耗具有現(xiàn)實(shí)意義。 變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與帶式輸送機(jī)的布置如圖1 5 所示。 變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制部分為了能夠更好的融入到布爾臺(tái)現(xiàn)有的綜合自動(dòng)化控 制系統(tǒng)中去，也采用了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺(tái)r o c k w e l lc o n t r o l l o g i x ，變頻調(diào)速驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)化控制部分的接口采用d e v i e e n e t 通訊接口，在變頻器內(nèi)配置n d n a 0 1 接口模塊，通過(guò)d e v i c e n e t 總線方式，將變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)合在一起。 從而通過(guò)綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)、控制接入到調(diào)度室【1 9 】。 在3 q 煤大巷帶式輸送機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)控制上采用a c s l 0 0 0 內(nèi)配置的主從控制宏，主機(jī) 和從機(jī)的所有傳動(dòng)命令和給定設(shè)置都可以通過(guò)主機(jī)控制盤或與主機(jī)相連接的外部控制 臺(tái)來(lái)給出，從機(jī)通過(guò)連接到主機(jī)的光纜獲得控制信號(hào)，如圖2 2 和2 3 所示： l o 碩士論文帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 主變頻器 從 故 圖2 2 主從控制示意圖 從變頻器從變頻器 2 3 小結(jié) 圖2 3 主從控制光纖環(huán)網(wǎng)連接圖 本章詳細(xì)介紹了布臺(tái)爾煤礦大巷帶式輸送機(jī)的工藝布置，技術(shù)參數(shù)和工作環(huán)境；提 出了對(duì)啟動(dòng)系統(tǒng)的要求；針對(duì)該帶式輸送機(jī)的工況和相關(guān)需求，提出了變頻控制系統(tǒng)的 總體設(shè)計(jì)方案和主從控制方式。 3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性研究 碩士論文 3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性研究 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的組成構(gòu)件有由輸送帶、滾筒、上下托輥和支撐架、張緊裝置、驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)及輔助裝置等。輸送帶、張緊裝置、驅(qū)動(dòng)裝置決定了整體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性，是系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析的主要研究對(duì)象2 0 1 。本章主要對(duì)帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)特性和動(dòng)特性進(jìn)行分析 和研究。 3 1 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的分析 帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)量大、慣性高。在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，輸送帶內(nèi)會(huì)產(chǎn)生張力 的突變，張緊裝置來(lái)不及反映會(huì)使輸送帶的整體或局部出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，引起輸送帶和滾 筒的摩擦發(fā)熱，輸送帶磨損加快，縮短使用壽命。同時(shí)沖擊力使得張緊裝置的負(fù)荷增加， 降低了安全系數(shù)，甚至使托輥、支架因受沖擊損壞【2 1 1 。所以要研究帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)過(guò) 程。 帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程包括初動(dòng)階段、靜阻力施加于驅(qū)動(dòng)滾筒的階段和輸送機(jī)啟動(dòng) 達(dá)到額定速度的階段。當(dāng)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，輸送機(jī)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，輸送帶開始拉緊，當(dāng)輸 送帶中的一帶段兩端的拉力差大于它所受的靜阻力時(shí)就會(huì)加速運(yùn)動(dòng)瞄】。在運(yùn)動(dòng)的瞬間， 靜阻力變?yōu)閯?dòng)阻力，力的變化使輸送帶產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致其橫截面內(nèi)的動(dòng)張力上升。 在啟動(dòng)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入的驅(qū)動(dòng)力作用在驅(qū)動(dòng)滾筒上，驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶間的 摩擦力拉動(dòng)滾筒繞入點(diǎn)輸送帶及推動(dòng)繞出點(diǎn)的輸送帶運(yùn)動(dòng)。作用在輸送帶上的牽引力會(huì) 以波的形式向后傳播。當(dāng)輸入的牽引力發(fā)生變化時(shí)，輸送帶內(nèi)的張力會(huì)產(chǎn)生變化出現(xiàn)沖 擊或峰值張力。輸送帶內(nèi)的張力受輸送機(jī)長(zhǎng)度和運(yùn)行阻力及輸送帶本身力學(xué)性能的影 響。通過(guò)改變啟動(dòng)裝置的加速啟動(dòng)過(guò)程，使輸出的驅(qū)動(dòng)力平穩(wěn)加速，及通過(guò)帶式輸送機(jī) 綜合控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)張緊裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)時(shí)的協(xié)作，可使輸送帶啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，消除 峰值張力。 3 2 輸送帶中彈性波的傳播 根據(jù)機(jī)械振動(dòng)學(xué)的知識(shí)，將輸送帶視為帶有庫(kù)侖阻尼力均質(zhì)的線彈性模型，當(dāng)輸送 帶任意截面上出現(xiàn)力的擾動(dòng)時(shí)，將以彈性變形的方式沿帶縱向傳播。彈性波的傳播速度 為： c - 署( 剛 ( 3 1 ) 式中：e 。一輸送帶的折算彈性模量( ； a 一輸送帶的載荷線密度( k g m ) ； 碩士論文 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 彈性波沿輸送帶的傳播速度，會(huì)決定輸送帶中動(dòng)張力的幅值的大小。影響輸送帶內(nèi) 動(dòng)張力的彈性波包括入射波、反射波、透射波。入射波從擾動(dòng)源產(chǎn)生，是反射波和透射 波的波源。反射波出現(xiàn)在密度不同的兩種介質(zhì)的邊界上，越過(guò)邊界并遠(yuǎn)離擾動(dòng)源的波是 透射波【2 3 2 4 1 。 運(yùn)行過(guò)程中托輥間的輸送帶呈拋物線形狀，其垂度可由公式： y ：亟主! 趑爭(zhēng)砰 上一一， 以： 8 5 i 智 表示，這時(shí)輸送帶的彈性模量可由密度和變形折算決定，表達(dá)式為： e ：葡黑 ( 3 2 ) 島2 孬可萬(wàn)酉 u 糾 式中： s 一輸送帶的平均張力( n ) ； g o 一帶線密度( k g m ) ( 在承載區(qū)段上吼= 吼+ g 。，回空段上g o = q d ) ； g ，一物料的線密度( k g m ) ； 吼一輸送帶的線密度( k g m ) ； c 一托輥組之間距離( m ) ； 昂一輸送帶縱向彈性模量( 1 ( g m ) ； 將式( 3 2 ) 代入( 3 1 ) 式可得： 廚 鏟云2 3 3 帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)特性分析 ( 3 3 ) 帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)多考慮靜態(tài)特性，為了保證輸送機(jī)安全可靠高效地運(yùn)行，有必要 掌握其動(dòng)態(tài)特性。帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性主要反映在如下幾方面【2 5 】： ( 1 ) 縱向振動(dòng)：由于輸送帶為粘彈性體，在外界擾動(dòng)力作用下尤其是在啟動(dòng)和制動(dòng)階 段會(huì)產(chǎn)生的一種縱向振動(dòng)，是帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)承受的最主要振動(dòng)之一。 ( 2 ) 橫向振動(dòng)：因?yàn)檩斔蛶г谕休伾铣霈F(xiàn)了一定的懸垂度，這就構(gòu)成了薄板振動(dòng)體系， 振動(dòng)方向在鉛垂面內(nèi)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)尤其要避免共振或降低振幅，否則將危害設(shè)備。 ( 3 ) 輸送帶側(cè)向振動(dòng)：在垂直于輸送帶運(yùn)行方向并沿著托輥軸線方向上產(chǎn)生的干擾力 會(huì)使輸送帶產(chǎn)生側(cè)向的振動(dòng)，這種振動(dòng)可能使輸送帶跑偏或是撒料。 ( 4 ) 載料沖擊：當(dāng)輸送帶裝料時(shí)，物料對(duì)輸送帶的現(xiàn)象。 ( 5 ) 其他沖擊：輸送帶及承載物料在正常運(yùn)行過(guò)程中，輸送帶產(chǎn)生的變形在經(jīng)過(guò)托輥 時(shí)對(duì)托輥和支架造成沖擊影響。 1 3 3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性研究 碩士論文 帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析方法是考慮將輸送帶視為粘彈性體，綜合考慮驅(qū)動(dòng)裝置的啟 動(dòng)特性，運(yùn)行阻力、質(zhì)量分布、初張力、線路各區(qū)段的坡度變化、帶式輸送機(jī)的撓度變 化以及拉緊裝置等因素的作用，建立其動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算輸送機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中輸送帶上 不同點(diǎn)的加速度、速度、動(dòng)張力，隨時(shí)間的變化。明確按傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的輸送 機(jī)可能出現(xiàn)的不安全之處，提出改進(jìn)措施，確定設(shè)計(jì)和控制參數(shù)。 為了方便建立動(dòng)力學(xué)模型，我們對(duì)研究的帶式輸送機(jī)做如下假設(shè)2 6 】： ( 1 ) 輸送帶的在縱向的力學(xué)性能保持一致； ( 2 ) 物料在輸送帶上均勻分布； ( 3 ) 支撐輸送帶的托輥質(zhì)量均勻分布，阻力系數(shù)不隨帶速發(fā)生變化； ( 4 ) 將輸送帶作為一維桿處理； ( 5 ) 忽略啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)輸送帶的橫向振動(dòng)，將各改向滾筒看作剛體； v 圖3 1 帶式輸送機(jī)力學(xué)模型 如圖3 1 為帶式輸送機(jī)的簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型。綜合考慮輸送帶所受阻力、輸送帶撓度、 運(yùn)行速度等條件，在不考慮垂度對(duì)帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)影響時(shí)，建立輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)方程為 2 7 - 2 9 ： 磐+ 一d v 一絲姿一魚粵 1 - 型：0 ( 3 4 ) d t 。d l qh 耐q hd ) c 2 d tq h 式中： a 輸送帶的橫截面積( 所2 ) ； 吼輸送機(jī)單位長(zhǎng)度等效質(zhì)量( 堙m ) ； 承載段：q = g + 吼+ 玩；回空段：q = q j + z ； g 單位長(zhǎng)度均布物料的平均質(zhì)量( 堙m ) ； 劬單位長(zhǎng)度輸送帶的平均質(zhì)量( 姆，1 ) ； 反單位長(zhǎng)度承載段托輥的平均等效質(zhì)量( 堙m ) ； z 單位長(zhǎng)度回程段托輥的平均等效質(zhì)量，( 姆歷) ； 1 4 碩士論文 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 u ( x ，f ) 對(duì)應(yīng)點(diǎn)輸送帶的位移( m ) ； w ( x ，f ) 單位長(zhǎng)度輸送帶承受的阻力( ) ； 初始條件： ( 1 ) 在帶式輸送機(jī)啟動(dòng)之前，輸送帶的各點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)，即有： u ( x ，o ) = 0 d u ( x , o ) ：o( 3 5 ) 出 t = 0 ( 2 ) 當(dāng)輸送機(jī)啟動(dòng)完成時(shí)，輸送帶各個(gè)位置達(dá)到額定速度，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行工況。此 時(shí)有： d u ( x , t ) ：d u ( x , t ) + 1 ， d td t d u ( x , t 2 ) 一d u ( x , t 1 ) ：o( 3 6 ) 出出 t t ( 3 ) 在拉緊裝置處，采用液壓拉緊時(shí)，有以下條件： 2 e bd u ( 2 l , o ) ：2 e bd u ( 2 l , t ) ：f ( 3 7 ) 出出 根據(jù)以上邊界條件、初始條件得到帶式輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)方程的解析解為： p u ( x ，t ) = u ( o ，f ) + 蕓i ( x - l ) + 緲( x ，t ) ( 3 8 ) 其中： u ( o ，f ) = 1 2 以2 泖力= 5 v ( t 萬(wàn)c o s 爭(zhēng) u ( o ，f ) = v t 斜波激勵(lì) 正弦激勵(lì) 階躍激勵(lì) 求得u ( x ，f ) 后，對(duì)于輸送帶的張力可由下式求得： 工 s ( x ，t ) ：e 竺 ( 3 9 ) 。d t 通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析，經(jīng)計(jì)算仿真得出如下結(jié)論【2 6 】： ( 1 ) 階躍激勵(lì)引起的動(dòng)態(tài)力變化很大； ( 2 ) 斜坡激勵(lì)引起的動(dòng)態(tài)力沖擊相對(duì)較小； ( 3 ) 正弦激勵(lì)產(chǎn)生的總張力較斜坡激勵(lì)還小，動(dòng)態(tài)沖擊也不大； 3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性研究 碩士論文 3 4 啟動(dòng)加速度對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響分析 3 4 1 啟動(dòng)加速度的計(jì)算方法i i 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)傳動(dòng)滾筒所示作用力的平衡方程式為： 一e = m a 。 式中： c 電動(dòng)機(jī)輸出的啟動(dòng)力( n ) ； e 輸送帶所受的工作阻力( n ) ； q 啟動(dòng)加速度( m s 2 ) ； m 帶式輸送機(jī)的總的變位質(zhì)量( 姆) ； 心q r o + q r u + q 6 + 2 q b ) + 2 r + 業(yè)r 2 + 魯 e = c f l g ( q 置d + g 尉，+ q c + 2 q 且) + g g h q + c l + e 2 式中： 三研究輸送帶的總長(zhǎng)度( 優(yōu)) ； z 拉緊裝置的重錘質(zhì)量的一半( k g ) ； c 修正系數(shù)； 廠輸送帶與托輥的摩擦系數(shù)； g 重力加速度( m s 2 ) ； 1 6 ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) 日輸送機(jī)卸料段和裝料段間的高度差( m ) ； e ?？蟹N阻力( ) ； 只：附加阻力( ) ； g 肋承載托輥旋轉(zhuǎn)部分單位長(zhǎng)度的質(zhì)量( 姆m ) ； q m 回空托輥旋轉(zhuǎn)部分單位長(zhǎng)度的質(zhì)量( 堙m ) ； 如輸送帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量( 姆m ) ； q g 承載物料單位長(zhǎng)度的質(zhì)量( k g m ) ； 咒驅(qū)動(dòng)單元的個(gè)數(shù)； 以d 第f 個(gè)驅(qū)動(dòng)單元旋轉(zhuǎn)部分總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( 堙m 2 ) ； t 第f 個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的傳動(dòng)比； ，滾筒半徑( m ) ； 以第i 個(gè)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量( k g m 2 ) ； ，；第f 個(gè)滾筒的半徑( m ) ； 設(shè)c = 木e ，帶入式( 2 1 0 ) 可得帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)加速度計(jì)算式為： 口。= ( 兄- 1 ) f 。m ( 3 1 3 ) 碩士論文帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 其中：疋啟動(dòng)系數(shù)； 在靜態(tài)設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)一般取q = 2 0 ；帶液力偶合器一般取q = 1 3 1 7 。 采用變頻調(diào)速可控傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，因其驅(qū)動(dòng)力和加速度是可控的，所以啟動(dòng)系數(shù)q = 1 0 5 。 采用軟啟動(dòng)設(shè)備可以降低輸送帶的強(qiáng)度或增加其安全系數(shù)，對(duì)于降低帶式輸送機(jī)的整機(jī) 成本和運(yùn)行穩(wěn)定性十分有利。 3 4 2 加速度控制曲線的選取 為使輸送機(jī)啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，減小啟動(dòng)時(shí)的張力沖擊。應(yīng)使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的驅(qū)動(dòng)力變 化平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)加速度峰值較小，速度變化平緩。研究表明，采用“s 形的加速度曲 線比直線加速度平穩(wěn)，出現(xiàn)的振動(dòng)和噪聲都小【3 l 】。為優(yōu)化啟動(dòng)加速度曲線，將啟動(dòng)張力 沖擊降到最小，本文研究了采用不同加速度曲線時(shí)，輸送機(jī)的響應(yīng)情況。 ( 1 ) 勻加速度曲線 勻速加速度曲線的采用分段函數(shù)的形式，其表達(dá)式為( 3 1 4 ) 。 u 2 這種啟動(dòng)過(guò)程分為，加速階段、爬行階段、加速階段、勻速運(yùn)行階段。當(dāng)輸送機(jī)啟 動(dòng)時(shí)，輸送帶的速度由零開始勻加速到爬行速度，并保持爬行速度運(yùn)行，此時(shí)加速度為 零。當(dāng)整個(gè)輸送帶都達(dá)到爬行速度以后，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)輸送帶再次勻加速到穩(wěn)定運(yùn)行速 度。啟動(dòng)過(guò)程的加速度變化如圖3 2 ( a ) 所示，速度變化如圖3 2 ( b ) 所示。整個(gè)啟動(dòng)時(shí)間是 9 0 s 輸送帶的工作速度是4 m s ，爬行速度為0 4 m s ，爬行時(shí)間1 0 j ，在啟動(dòng)過(guò)程中輸 送帶內(nèi)張力變化曲線如圖3 2 ( c ) ，張緊滾筒的位移曲線如圖3 2 ( d ) 。 1 7 的 ，工 ，l f f + + 丁 一 f v i 一 ， + t f 一 r 一 一 0 + f 于1 、l， 一 f，i一 v一丁匕v一丁v 3 帶式輸送機(jī)啟動(dòng)特性研究 碩士論文 t ? ： ? 3 餐 1 o 啪 2 5 0 2 墨1 5 0 釜1 0 0 5 0 o t 3 ( d 3 06 0 9 01 2 01 5 0 t s ( c ) o o o o _ o 電 一o t s b ) 9 0l 1 5 0 t s d ) 圖3 2 勻加速度啟動(dòng)仿真結(jié)果 ( 2 ) 組合曲線 組合曲線的函數(shù)表達(dá)式為( 3 1 5 ) 。啟動(dòng)過(guò)程分為四個(gè)階段加速階段、爬行階段、再 次加速階段、勻速運(yùn)行階段。該速度曲線為“s ，與勻加速過(guò)程相比可以看到張力波動(dòng) 幅值減小，運(yùn)行更加平穩(wěn)。 u2 詈( 一馬t i o _ _ _ t - t i 匕 廣， 鼉+ f ( 3 1 5 ) 半卜s 等字卜似鯔n r 1 ? 奎 譬3 - 2 。 鼉： l o n - 奪o 。 - 0 30 礎(chǔ)： - o 。 如_ o o 朝9 01 2 01 t s ( 3 ) 組合拋物線啟動(dòng)速度曲線 姜 蓮 聾 1 t st s ( c ) c d ) 圖3 3 組合曲線仿真結(jié)果 碩士論文 帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究 式( 3 1 2 ) 為帶爬行段的組合拋物線啟動(dòng)速度曲線，該函數(shù)為段分6 段函數(shù)，其曲 線見(jiàn)圖3 4 ( a ) ，圖3 4 ( b ) 為啟動(dòng)過(guò)程的加速度曲線；圖3 4 ( c ) 為啟動(dòng)過(guò)程輸送帶最大 張力曲線；圖3 4 ( d ) 為啟動(dòng)過(guò)程拉緊裝置位移曲線。 ”2 爭(zhēng)2 o t _ 0 ，牽引力分配比詈是爭(zhēng)的單調(diào)增函數(shù)。當(dāng)互過(guò) o2 ， 大時(shí)，為了調(diào)節(jié)功率平衡可降低彳、升高五；當(dāng)e 過(guò)大時(shí)，為了調(diào)節(jié)功率平衡可降低以、 升高石。對(duì)于多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率也可以來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出功率。 ( 4 ) 發(fā)電狀態(tài)下?tīng)恳Φ呐浔确治?上述分析限于在電機(jī)電動(dòng)狀態(tài)下，若電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，牽引力的配比分析如下： 1 ) 在發(fā)電狀態(tài)下，電機(jī)的牽引力為制動(dòng)力； 2 ) 帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，輸送帶和傳動(dòng)滾筒至少在分離點(diǎn)兩者的速度相等； 3 ) 驅(qū)動(dòng)裝置常數(shù)a 在發(fā)電狀態(tài)時(shí)：a ：尊箬三 朋如z 4 4 ) 輸送機(jī)所受的總阻力阮0 則發(fā)電狀態(tài)下兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒牽引力的分配比例關(guān)系為： ，：=每=二：三l c 3 3 8 ，嘞22 芎2 1 鬲面乒羲 側(cè) 將公式( 3 3 8 ) 兩邊對(duì)丟求導(dǎo) ( 3 3 9 ) 發(fā)電狀態(tài)下與電動(dòng)狀態(tài)下的結(jié)論相同，當(dāng)互過(guò)大時(shí)，為了調(diào)節(jié)功率平衡可降低行、 升高石；當(dāng)e 過(guò)大時(shí)，為了調(diào)節(jié)功率平衡可降低石、升高石。 3 5 3 功率平衡控制策略 在設(shè)計(jì)輸送機(jī)時(shí)，一般選用相同性能參數(shù)的電機(jī)，供電電壓相同，功率因素近似相 等，此時(shí)，我們可依據(jù)各電機(jī)的負(fù)載電流來(lái)進(jìn)行功率的平衡。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速 時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)電流為正值；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，