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带式输送机驱动装置振动测试分析 中国矿业大学 北京 机电与信 息工程学院付峻青李玉瑾杜春玲 摘要针对国内首条中压变频驱动大型带式输送机运行及改造过程中存在的振动问题，通过大量的试验 和分析，找出了振动的原因，为输送机的改造提供了重要依据。 关键词带式输送机；振动；测试 Ab s t r a c t T h e r e e x i s t s v i b r a t i o n p r o b l e m d u ri n g o p e rati o n o ft h e fi r s t mi d d l e v o l t a g e v a r i a b l e f r e q u e n c y l a r g e b e l t c o n v e y o r i n C h i n a ．I n r e s p o n s e t o i t ，t ests a r e c o n d u c t e d a n d v i b ra ti o n c a u s e s a r e f o u n d t h r o u g h a n ng t e s t r e s u l ts，p rovi d i ng s l g n 一 c an t b a s i s f o r i m p r o v e me n t t o t h e c o n v e y o r ． Ke y wo r d s be l t c o n v e y o r ； v i b r a ti o n ； t e s ti ng a n dm e a s u r i ng 大型带式输送机的振 动是一个很复杂的问题 ， 引起振动的原因很多 ，如不及时诊断和处理 ，很难 使输送机达到正常的运行工况，严重时将造成重大 的恶 性 事 故。本 文 介 绍 的大 型 带 式输 送 机 全 长 2 7 7 0 i n ，运量为 1 3 5 0 t／ h ，运行速度4 m ／ s ，带宽 1 ． 4 m，带强 3 5 0 0 k N，采用多滚筒驱动 机头 2 X 7 5 0 k W，1 7 5 0 k W ，驱动方式为 21 ，机头驱 动滚筒同时作为卸载滚筒 ， 控制部分采用变频调速 技术以实现 3台驱动的软起动和功率平衡。该输送 机速度超过 3 m ／ s 后 ，振动会逐渐加大，系统不能 稳定运行 ，致使运量只能控制在 1 0 0 0 t ／ h ，经常出 现减速器打齿、断轴事故。为解决因振动引起 的各 类问题 ，我们对输送机 的驱动部分 进行测试和分 析 1 测试设 备及 内容 测试设备 英 国 V o h e c h公 司 P M3 0 0 0 A功率分 析仪 、美国 T e k t r o n i x 公 司 T D S 3 0 1 4数字示波器 、振 动传感器 2 只。P M 3 0 0 0 A功率分析仪用于变频器输 出电气量的测试，T D S 3 0 1 4 数字示波器和振动传感 器则用于振动情况的测试。 测试 时 的工况分 为输送 机 速度 为 3 、3 ． 5 、4 m ／ s 3种。因为在 4 m ／ s 速度下机座振动严重 ，所 以该工况是测试的重点。 具体测试内容包括 1 号变频器单台输 出电气 量测试 ；3种工况下 1 号和 2号变频器 A B线 电压 、 A相电流的同时测试 ；3种工况下机座 、电机 、减 速箱等的振动情况测试。 2 测试 结果 2 ． 1 单台变频器测试 测试单台变频器时测试 了 1 号变频器 ，采用三 相三线制 ，测 A B 、C B线 电压 ，A、C线 电流。如 图 1 、2所示 ，测试时输送机速度为 3 m ／ s 。表 l 给 i n d u s t r y， 1 9 9 5 4 B r z a k o v i c D，V u j o v i c N． D e s i g n i ng a d e f e c t c l a s s i fi c a t i o n s y s t e m ． A c a s e s t u d y ． P a t t e m R eco g n i ti o n ． 1 9 9 6 ． 2 9 8 1 4 01 4 41 9 5 武新军，王峻峰 ，杨叔子 ． 钢丝绳无损检测技术的研究 现状 ． 煤炭科学技术，2 O O O ． 2 8 1 1 6 四维科技，胡小锋，赵辉等 ． V i s u a l C／ M A T I A B图像 处理与识别使用案例精选 ． 北京 人 民邮电出版社 ， 2 0D 4 7 王然冉，李界家 ． 图像的自动采集分析和实现 ． 计算机 测量与控制 ，2 O 0 2 ． 1 0 1 0 起重运输机械 2 O O 7 5 8 黎明，马聪，杨小芹 ． 机械加工零件表面纹理缺陷检测 ．中国图像图形学报，2 O O 4 ． 9 3 9 王震，王执铨 ． 图像纹理分析与纹理测度 ． 南京理工大 学 学报 ，2 0 O 2 ． 2 6 1 2 3 8 4 2 1 0 刘传才，杨静宇 ． 一种新的图像纹理表示方法 ． 计算 机学报 ，2 0 0 1 ． 2 4 1 1 1 3 0 2 1 3 0 9 作 者 毛磊 地 址中国科技大学精密机械与精密仪器系 邮 编 2 3 0 0 2 6 收稿 日期 2 0 0 61 1 0 2 - - 47‘__ 维普资讯 出测试结果。 表 1 1 号变频器测试结果 A B线 C B线 电压／ V 2 8 ． 9 3 6 0 2 8 ． 9 1 6 0 电流／ A 1 2 ． 7 1 5 X 1 0 l 1 ． 3 3 5 X 1 0 ● 频率／ H z 3 9 ． 5 9 3 9 ． 5 9 电压 畸变率／ ％ 3 ． 7 4 9 4 ． 3 O 4 电流畸变率／ ％ 1 1 ． 5 5 8 2 8 ． 1 3 3 次谐波／ ％ 1 ． 6 9 7 2 1 ． 4 2 2 6 5次谐波／ ％ 1 ． 7 8 6 6 2 ． 2 4 8 1 7次谐波／ ％ 1 ． 9 7 9 2 7 ． 9 3 4 1 1 1 次谐 波／ ％ 4 ． 3 8 l 5 1 4 ． 3 7 5 7 1 3次谐 波／ ％ 3 ． 9 7 7 8 l 2 ． 4 o 5 4 I 7 次谐 波／ ％ 3 ． 8 4 7 2 1 2 ． 1 2 5 6 1 9 次谐波／ ％ 3 ． 2 8 3 1 7 ． 7 5 O 9 图 1 1号变频器 A B ／ C B电压波形 图2 1 号变频器输 出A ／ C电流波形 由上面数据 、图形可以发现 ，变频器输出电压 一 致性较好 ，而输出电流无论有效值还是谐波成分 都存在较大的不平衡 。变频器本身三相输 出电流不 平衡、电机三相绕组不平衡等原因都可能导致这种 不平衡现象 ，这种不平衡会导致 电机的振动。 2 ． 2 2台变频器对比测试 2台变频器对 比测 试时都同时取 A B电压 、A 相电流作对比。测量数据包括变频器 在 3 、3 ． 5 、4 ．． - 48 ．-．． m ／ s 3 种工况下的输出电压、电流的基波及 2 5 0 次谐波成分大小。 采用示波器 2 个通道对 2台电机机座和减速箱 的上下 、前后 、左右方向的振动分别进行观测 ，并 通过 F F 】 1 显示其振动频谱分布。在进行振动情况的 测试时，实际观察到各个频点的幅值在每一时刻的 值都不相同，但振动 比较剧烈的频点 的位置是一致 的，这也是我们利用上面的振动频谱进行分析的基 础。 2 ． 2 ． 1 输送机速度为 3 m ／ s 共测试 4次 ，无不同步。故实际记 录数据为 1 组 ，主要测试结果如表 2 所示。测试主要波形如图 3～图 6 所示 。 从表 中数据和波形 图中均可以看出 ，输出电压 波形 尚可，而电流畸变较为严重。在本工况下没有 发生关注的振动现象。 表 2 2台变频器对 比测试 结果 1 号变频器 2 号变频器 电压／ v 3 0 ． 2 4 X6 0 3 0 ． 4 2X 6 0 电流／ A 1 5 ． 9 0 9 X 1 0 1 3 ． 0 3 8 X 1 0 频率／ H z 4 1 ． 1 l 4 1 ． 1 0 电压畸变率／ ％ 3 ． 9 6 1 3 ． 8 7 6 电流畸变率／ ％ 1 5 ． 4 1 4 1 7 ． 5 6 8 3 次谐波／ ％ 0 ． 9 2 0 3 2 ． 0 9 7 0 5 次谐波／ ％ 2 ． 1 7 7 1 4 ． 2 2 4 6 7 次谐波／ ％ 1 ． 4 6 1 7 5 ． 1 2 5 8 1 1 次谐波／ ％ 6 ． 3 6 7 7 7 ． 7 1 4 1 1 3 次谐波／ ％ 5 ． 8 0 8 8 6 ． 7 7 9 2 1 7次谐波／ ％ 4 ． 6 1 2 1 4 ． 6 0 r 7 0 1 9次谐波／ ％ 3 ． 9 9 7 4 3 ． 9 5 4 2 _ 0 厂、 0 0 n ． j J 』 图 3 1 号变频器输 出电压波形 起重运输机械 2 0 0 7 5 维普资讯 42 87 3 5 00 2 5 00 l 5 00 5 o 0 0 0O 5 00 I 5 00 - 2 5 00 - 3 5 0 0 - 40 00 4 3 I I ㈡ I f l f t J ； ．j f 。 ‘ 。 。 1 f f l 』 I J ， ， J I l ‘ I ， 图4 2号变频器输出电压波形 ． 濑 腓 图5 输出电流波形 图 6 输 出电流频谱 2 ． 2 ． 2 输送机速度为 3 ． 5 m ／ s 共测试 7 次，但因无显著不同步现象， 故实际 有效记录数据为 1 组 ，主要测试结果如表 3所示 。 电压 、电流波形如图 7 、8 所示。 可以看出该工况输出电压 、电流的畸变率及各 次谐波比例与上一工况时有所变化 ，但此时并没有 强烈的机械振动发生。测试波形显示 电机、减速 箱 、前后 、左右及上下的振动情 况基本 一致 ，2 5 、 5 0 、2 2 5 、2 7 5 、4 0 0 、4 5 0 H z附 近 的 振 动 比 较 严 重 2 ． 2 ． 3 输送机速度为 4 m ／ s 共测试 l 4次 ，实 际数 据记录 了 8组 ，其 中 3 次显著不同步。表 4给出了第 6 组记录数据，其电 压 、电流波形如图 9 、1 0所示。表 5给出 了第 7组 记录数据 ，其电压、电流波形如图 1 1 、1 2所示。 起重运输机械 2 0 0 7 f 5 表 3 2输送机速度为 3 ． 5 m／ s 时测试结果 1 号变频器 2号变频器 电压／ V 3 2 ． 6 2 6 0 3 2 ． 7 4 6 0 电流／ A l 5 ． 7 6 9 1 0 1 3 ． 8 7 5 1 0 频率／ H z 4 5 ． 7 0 4 5 ． 6 2 电压 畸变率／ ％ 6 ． 4 3 6 6 ． 4 2 7 电流畸变率／ ％ 1 4 ． 4 6 0 2 4 ． o 5 3次谐波／ ％ 1 ． 5 5 9 8 1 ． 1 0 6 2 5次谐 波／ ％ 8 ． 9 6 8 l 2 0 ． 2 7 8 2 7次谐 波／ ％ 2 ． 1 3 6 0 5 ． 8 l 1 2 1 1 次谐波／ ％ 2 ． 6 1 4 2 3 ． 3 6 4 6 l 3 次谐波／ ％ 1 ． 6 5 5 2 2 ． 3 9 0 l 1 7 次谐波／ ％ 1 ． 5 3 5 3 1 ． 5 2 6 4 l 9次谐波／ ％ 1 ． 4 5 2 l 1 ． 4 9 3 0 ／_ ＼ ．／，＼ ／＼ ／、 厂＼ ● - ‘ 。， 。／ l／ U | 22 4 0 l 7 5 0 1 2 S O 7 5 O 2 5 O O OO 一 2 5 O 一 7 5 O 1 2 5 O 1 7 5 O 2 2 5 O 2 5 32 图7 变频器输出电压波形 1 号 l I 谳 J ＼ ～ 、 撇 0 2 0 0 6 0 0 1 0 0 0 1 4 0 0 1 8 0 0 2 2 0 0 2 6 0 0 3 0 0 0 3 2 4 0 图 8 变频器输出电流波形 可以看出该工况输出电压、电流的畸变率及各 次谐波比例与上一工况时没有显著变化 。测试波形 显示 电机 、减速箱 、前后 、左右及上下的振动情 况基本一致 ，2 5 、7 5 、3 0 0 、4 2 5 、4 7 5 H z附近的振 动比较严重 。 。 。 4 9--- ”如 ∞ 如 嚣 ∞ 如 ∞ 如 ∞ ∞ ” m， 0m “ ∞ 如 m O m 如 ∞ ∞ 维普资讯 3结 论 从测试结果 中发 现，在 3种工况下 ，电流 中 3 、5 、7 、1 1 、1 3 、1 7 、1 9次谐波均 比较严重 ，且 各次谐波 比例几乎没有什么变化。 当带速为 3 ． 5 m ／ s时，对应的转速为 1 2 0 0 r ／ m i n ，变频器输出频率 4 5 H z 。上述的谐波电流成分 反映在机械振 动上就应该 为 6 7 ． 5 、1 1 2 ． 5 、1 5 7 ． 5 、 2 4 7 ． 5 、2 9 2 ． 5 、3 8 2 ． 5 、4 2 7 ． 5 H z的成分。 当带 速为 4 m ／ s时 ，对 应 的转 速为 1 5 0 0 r ／ m i n ，变频器输出频率 5 O H z 。上述的谐波 电流成分 反映在 机械 振动上 就应该 为 7 5 、1 2 5 、1 7 5 、2 7 5 、 3 2 5 、4 2 5 、4 7 5 H z的成分。在实际测得的振动波形 的频谱上也确实发现在上述频点 附近有较强 的振 动。因此基本可以断定 ，变频器输出谐波 电流过大 表 4 运行速度 4m／ s 时第 6组的测试数据 1 号变频器 2号变频器 电压／ V 3 6 ． 7 9 6 0 3 4 ． 8 3 x6 0 电流／ A 1 6 ． 9 5 8 1 O 1 4 ． 4 5 2 1 0 频率／ H z 4 4 ． 7 8 5 0 ． 3 2 电压畸变率／ ％ 5 ． 8 5 8 5 ． 7 6 5 电流畸变率／ ％ 1 4 ． 1 3 7 2 0 ． 5 0 3 次谐波／ ％ 1 ． 3 0 3 1 1 ． O 2 8 1 5 次谐波／ ％ 8 ． 3 4 5 7 1 6 ． 8 3 2 3 7次谐波／ ％ 2 ． 2 1 8 8 5 ． 1 4 8 4 1 1 次谐波／ ％ 2 ． 6 4 7 1 3 ． 0 6 1 9 1 3次谐波／ ％ 2 ． 0 r 7 9 2 1 ． 8 8 5 6 1 7次谐波／ ％ 2 ． 0 6 2 7 1 ． 4 0 8 9 1 9次谐波／ ％ 1 ． 8 7 2 7 1 ． 2 0 0 2 f fr 、 ，、 厂 ＼ h _ ● 1 ＼ 一 5 O一 图9 变频器输出电压波形 3 0 0 o ～ I ／ ． l l ＼ t， I- j ．I_ 1 ● ⋯⋯‘ f ’’ ’ ● ● 图 1 0 变频器输出电流波形 表 5 运行速度 4m／ s 时第 7组的测试数据 1 号变频器 2 号变频器 电压／ V 3 4 ． 8 3 6 0 3 6 ． o 3 6 0 电流／ A 1 6 ． 3 6 5 1 0 1 5 ． 1 6 31 0 _ 频率／ H z 5 0 ． 3 7 4 7 ． 3 9 电压畸变率／ ％ 5 ． 9 0 1 5 ． 7 8 5 电流畸变率／ ％ 1 3 ． 8 7 6 2 0 ． 7 9 3次谐波／ ％ 1 ． 1 1 3 6 1 ． 4 7 3 5 5 次谐波／ ％ 8 ． 3 5 O 8 1 6 ． 9 0 8 5 7 次谐波／ ％ 2 ． 1 2 9 7 5 ． 5 6 1 1 1 1 次谐波／ ％ 2 ． 7 1 4 1 3 ． 1 0 r 7 2 1 3次谐波／ ％ 1 ． 7 9 8 0 2 ． 1 3 1 5 1 7次谐波／ ％ 1 ． 8 6 4 0 1 ． 4 9 4 5 1 9次谐 波／ ％ 1 ． 5 1 8 5 1 ． 1 5 2 5 If『、 ⋯厂 厂 ／ ／、 厂 _ ● ●- J 。 0 o 0o o 0 H 00 o 0 0 0 0o 3 0晶 。 图 1 1 变频器输 出电压波形 1 号 是导致 电机、机座振动的原因之一。但因为在 3种 工况下，各次谐波大小及比例并没有非常显著的变 化，谐波的能量不足 以引起测试 中感 到 的强烈振 动。因此认为 ，虽然在 4 m ／ s 工况下各次谐波的绝 对数值较 3、 3 ． 5 m ／ s 时有所增加 谐波比例没有变， 起重运输机械 2 0 O 7 5 ∞∞∞∞ ∞ ∞ ∞∞∞∞∞ ∞ ∞∞粥加 m O m∞如∞鲫 维普资讯 2 5 l 6 2 2 5 O 1 7 5 O 1 2 5 O 7 50 2 5 O O OO - 2 5 O - 7 5O I 2 5 O 1 7 5O 2 2 5 O 2 7 9 7 ／ V W Jl f k ． 图 1 2 变频器 输出电流波形 但总电流增大了 ，有加 强振动的作用 ，但不是导 致剧烈振动的主要原因。 电机本身的转子的偏心和其他原因造成的气隙 不均匀 ，就会造成 电机产生与 自身转动同频的振动 2 0 ～2 5 n z 。 在三相电流不平衡 的情况下 ，由于负序电流会 产生一个 以 2 倍基频在电角度空间旋转 的磁场 ，因 此在磁极对数等于 2的情况下会产生一个频率为电 频率的机械振动。 在测试 中发现 ，当带速为 3 、3 ． 5 m ／ s时 2台 变频器输出频率保持较好 的一致性 。但随着电机转 速 的提高 、带速的增加 ，当带速达到 4 m ／ s 时 ，从 测试数据可以看出，1号、2号 2台变频器出现严 重的频率差 ，所测得的最大频差近 6 H z ，并且 2台 变频器的输出频率差时正时负，呈振荡现象。因此 可以断定输送机的振动原因为 2台变频器的输 出频 率不 同步，直接导致 轴上扭矩振荡 ，进而导致 电 机 、整个机座 的机械振荡。 参考文献 1 K o n n e k e r F K． 带式输送机功率实测及计算系数分析 ． 起 重运 输机械 ，1 9 8 6 9 2 庄表中 ． 工程振动学 ，北京 高等教育出版社 ，1 9 8 9 3 宋伟刚等 ． 带式输送机结构参数 的优化 ． 矿山机械 ， 1 9 9 4 3 4 施火泉，张惠萍 ． 多电机传动系统的同步控制 ． 江南大 学学报 自然科学版 ，2 0 0 3 ，2 4 5 郭永存 ． 多电机传动带式输送机功率配比的研究 ． 煤炭 科学技术 ，2 0 0 3 ，3 1 1 6 秦养浩 ． 超长胶带机多电机拖动的控制方法 ． 合肥工业 大学学报 自然科学版 ，1 9 9 6 ，1 9 4 7 宋伟刚等 ． 现代长距离带式输送机的主要问题 ． 煤矿机 械 ，1 9 9 3 4 作 者 地 址 邮 编 收稿 日期 杜春玲 北京海淀区学院路丁 1 1 号中国矿业大学 北京 校区机电与信息工程学院博 2 0 0 5 2 1 0 oo 8 3 2 0 O 6一 l11 3 带式制动器瞬态温度场的有限元分析 * 武汉理工大学能源与动力工程学院胡甫才周 勇 向 阳杨建国 摘要依据传热学理论和带式制动器的结构特点，建立了制动带瞬态温度场数值模拟三维有限元计算模 型，用有限元分析软件 MS C ． M a r c 进行了紧急制动工况下瞬态温度场的分析计算 ，获得了内部温度场分布规律； 分析了摩擦片不同性能参数对温度场分布规律的影响，为带式制动器的优化设计提供参考。 关键词带式制动器；瞬态温度场；有限元法；数值模拟 Ab s t r a c t 3 D fi n i t e e l e m e n t mo d e l o f b a n d b r a k e t r a n s i e n t t e mp e r a t u r e fi e l d i s b u i l t c o n s i d e r i n g h e a t t r a n s mi s s i o n t h e o r y a n d b a n d b r a k e s t r u c tu r a l f e a t u r e s ． C a l c u l a t i o n o f b a n d b r a k e t r a n s i e n t t e mper a t u r e fi e l d w h e n e me r g e n c y b r a k i ng i s a p p l i e d i s c o n d u c t ed w i t I l t I l e MS C． M a r c fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s s o f t w a r e a n d i n n e r t e mpe r a t u r e fi e l d d i s t r i b u t i o n l a w i s o b t a i n e d ． A l s o ，I n fl u ． e n c e of d iff e r e n t pe rf o r ma n c e[ m_r a me t e r s o f f r i c t i o n dis c o n the dis t r i b u ti o n law i s discu s s e d ． T h i s p r o v i d e s a ref e ren o f o r o p t L , d esi g n o f b a n d b r a k e ． Ke y wo r d s b a n d b r a k e ； t r a n s i e n t t e mper a t u r e fi e l d ； fi nit e e l e me n t me t I l ed ； n u me ri c a l a n a l o g u e 随着世界航运业的快速发展 ，船舶吨位越来越 *本文受 “ 夺 l 1 7 链径锚绞机分析与测试”项 目资助。 起重运输机械 2 0 0 7 5 大。锚机是船舶辅机的重要设备之一，其主要作用 是保 持 船 位 不变 、紧 急 制动 及 使船 安 全 靠 离码 头[ - - 。随着船舶吨位的增加 ，承受的载荷也越来越 一 51 维普资讯