带式输送机动态特性优化设计与计算机仿真.pdf

第 2 2卷第 3期 VO 1 ． 2 2 No ． 3 辽宁工程技术大学学报 J o ur na l o f Li a on i n Te c hn i c a l Uni v e r s i 2 0 0 3年 6月 J u n ． 2 0 0 3 文章编号1 0 0 8 ． 0 5 6 2 2 0 0 3 0 3 - 0 4 0 3 - 0 2 带式输送机动态特性优化设计与计算机仿真 陈永衡 ，张雪雁 ，康忠民 1 ． 辽宁工学院 数理系，辽宁 锦州 1 2 1 0 0 1 2 ．河北理工学院 机械系 ，河北 唐山 0 6 3 0 0 9 ；3 ．上海永普机械制造有限公司，上海 2 0 0 4 3 6 摘 要 采用有限元分析法对大型带式输送机回转系统的动力模型进行研究， 通过优化驱动装置牵引力的方法来优化系统的动特性，提 出了串电阻起动方式和带液力耦合器系统的动特性优化方法，并结合实例对带式输送机系统起制动特性的优化过程进行了计算机仿真- 关键词 带式输送机 有限元法；动态特性； 计算机仿真 中图号T H 2 2 2 ；T P 3 4 8 文献标识码A Dy n a mi c o p t i ma l d e s i g n a n d c o mp u t e r s i mu l a t i o n o f t h e b e l t c o n v e y o r CHEN Yo n g - h e n g ，ZHANG Xu e - y a n ‘ ， KANGZh o n g - rai n 1 ． De p a r t me n t o f Ma t h e ma t i c s a n d P hy s i cs S c i e n c e ， Li a o n i n g Te c h n i c a l I n s tit u t e ， J i n z h o u 1 2 1 0 0 1 ， Ch i n a ； 2 ． De p a r t me n t o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g ， He b e i I n s tit u t e o f Te c h n o l o g y ， Tan g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， Ch i n a ； 3 ． T h eF o r e v e rGe n e r a l Mech a n i c a l Man u f a c tur i n gCo mp an yo f S h an g h a i , S h a n g h a i 2 0 0 4 3 6 ， Ch i n a Ab s t r a c t B e l t c o n v e y o r i s b e i n g d e v e l o p e d t o wa r d s h i g h s p e e d ， l o n g d i s t a n c e ， l arg e c a r r y i n g c a p a c i t y a n d l arg e d r i v i n g p o we r ． Th e p a pe r ma i n l y s t u die s t h e o p t i mal d e s i g n o f s t a r t i n g an d s t o p p i n g p r o p e r t i e s o f the l arg e be l t c o n v e y o r wi th fin i t e e l e me n t me tho d ； c o mp i l e s the d y n a mi c p r o pe r t i e s o p t i mu m d e s i gn p r o g r a m o f the l arg e be l t c o nv e y o r - Ke y wo r d s be l t c o n v e y o r d y n a mi c p r o pe r t i e s finit e e l e me n t me thod c o mp u t e r s i mu l a t i o n 引 言 传统的设计方法 已不 能满足 带式输送机 系统 向高速度 、大功率 、大运量方向发展的要求，需要 采用动态设计方法。本文运用有 限元法 ，对带式输 送机回转系统的动力模型进行研究，编写了动特性 分析和优化程序，对带式输送机起制动过程进行计 算机模拟并对其特性进／厅优化 。通过对运行结果的 分析，对不满足动态设计要求的方案进行改进。 1 系统动态特性优化设计方法 文献【 l 】 已证明了反 “ S ”形速度控制起制动方 式的特性是最佳的。据此，对带式输送机的起动速 度特性 曲线进行控制，令其满足反 “ s ”形 ，带式 输送机上的各点就可以获得较好的动特性。再根据 驱动转矩与负载转矩的关系，改变电动机或动力传 动装置的特性参数 ，以获得电动机驱动力的优化特 性，从而在满足起动特性设计要求 挠度和强度条 件、物料不打滑条件 、滚筒不打滑条件 、拉紧滚筒 位移条件及电动机温升条件 和基本不增加成本的 前提下，获得较优的起动特性，即通过优化驱动装 收稿 日期2 0 0 2 ． 0 3 ． 2 7 作者简介陈永衡 1 9 4 7 一 男，辽宁 盖县人，副教授。本文编校唐巧凤 置的牵引力特性来优化系统的起动特性 。当然对不 同的起动方式 ，起动特性优化过程不完全相 同，本 文具体介绍了 串电阻起动和带液 力偶合器系统起 动方式的动态特性优化过程 。 带式输送机制动特性的优化原则与起动特性相 似，不同的是带式输送机回转系统的凹点，不能产 生飘带现象。优化制动特性，首先要根据静态设计 确定制动器的布置及顺序动作方案 ，通过动特性分 析程序计算拟定方案的动特性参数值，分析比较确 定可行的最佳制动方案。 当某一方案不满足动特性设计要求时，要对原 制动方案进行改进 ，改进的方法主要有以下几种 改变制动力的大小；改变初拉力大小；在驱动滚筒 两端加惯性轮等。 2 动态优化设计软件系统 本软件主要包括两部分 1 动态特性优化设计程序 该程序主要计算带式输送机系统的动态参数， 维普资讯 辽宁工程技术大学学报 第 2 2卷 即胶带微元段非稳定运行条件下的动张力、速度 、 加速度，并对五个基本条件加以校核 ，该程序框 图 如图 l所示 。 图 1 驱动装置动态特性参数计算程序图 F i g ． 1 f lo w c I 均 I t o f d y m u i cp mp e me sc a l c u l a fi o n t m z a no f l y i n g s y s t e m 、 入需要显示的点数 Ⅸ ． 毫 ． 递动态数据 l 匡 l l 点动张力或速度或位移图 匦 ■ 图 2 动态特性分析 三维 绘图程序框图 F i g ．2 fl o wc I均I t o f d y n a mi c p r o p o a n a ly s isd mwi n gp r o g r a m 2 动态特性图形分析程序 该程序 以二维和三维 图形的方式来分析动特 性优化设计程序的计算结果，其中采用了三维消隐 方法，使图形更加直观，具有立体感。 3 工程实例分析 对兖洲矿务局某矿带式输送机的动态特性进行 了优化设计，分析了 C S T控制起制动、 自由停机、 紧急制动等工况的动态特性 。分析表 明，模拟 CS T 控制 3 0 s 起动过程，发现动安全系数小于许用动安 全系数，不满足设计要求 ，改为 CS T控制 6 0 s 起动 后，动安全系数提高，满足设计要求。本文对其它 速度控制起动方式 直线规律直接起动 、 抛物线规律 直接起动及指数规律起动方式 进 行计算机模拟起 动 ， 结果都不如 C S T控制起动的特性 ，这也证 明了 反 “ S”形起动方式具有很好的动特性 。模拟 C S T 控制制动、 自由停机 、紧急制动等特性结果发现 ， 最小张力点均出现零张力，这是不允许的，本文通 过优化设计软件对增大制动力、在驱动装置处加惯 性轮及增大初张力等改进方案进行动特性分析 ，得 出增大初张力的制动方案可行。 4 结论 1 动态优化设计参数选择速度控制方式最 好 ，便于实测和进行 比较 。 2 带式输送机理论上的最优起制动特性是 反 “ S ”型速度 曲线 ，这是优化理论的基础 。 3 考虑带式输送机系统的复杂性 ，对制动 特性 的优化要考虑多种方式，其优化过程不仅是对 参数、状态的优化，还要对方案进行优化。 4 理论分析和实例分析表 明串电阻起 动 ，带液力耦合器起动及降压等起动方式，通过优 化起动方式的牵 引力来优化起动方式是可行的。 5 通过程序计算结果的图形分析可知 ，起 制动时间 T应满足下面的条件 r n 型 C 其 中 C 一 应力波在胶带中的传播速度；n 一常 数；但 n不能取整数；以防止应力波的叠加。最佳 起制动时间 应 是满足五个基本条件 的最小的起动 时间，可通过软件对不同起动时间下系统动态特性 的分析来确定。 参考文献 【 l 】毛 君，解本铭，孙国敏． 带式输送机动态设计理论与应用 【 】 ．沈 阳辽宁科学技术出版社． 1 9 9 8 ． 【 3 】宋银宾_ 电机拖动基础D 栅．北京冶金工业出版社。 1 9 8 4 ． 【4 】G． S c h u i z Ge r ma n y ． An a l y s i s o f Be l t Dy n a mi c s i n Ho r i z o n t a l Cu r v e s o f L o n g B e l t C o n v e y o r s [ J ] ． B u l k S o l i d s Ha n d l i n g ， 1 9 9 5 ， 1 8 5 ． 维普资讯