可變速參數(shù)優(yōu)化與三維建模方法研究畢業(yè)論文

1、論文編號： 論文題目：可控變速裝置參數(shù)優(yōu)化與三維建模 方法研究 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。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(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說明本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解*學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)

2、校圖書館被查閱。學(xué)校可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（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（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（對論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?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?jǐn)?shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。

3、4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請他人代寫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)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂摘 要近十幾年來，以計(jì)算機(jī)為工具、以數(shù)學(xué)規(guī)劃論為理論基礎(chǔ)發(fā)展起來的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。但

4、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。帶式輸送機(jī)是當(dāng)前最重要的散狀物料輸送設(shè)備之一，驅(qū)動(dòng)裝置是它的關(guān)鍵部件，先進(jìn)的帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置不僅對整機(jī)運(yùn)行性能影響顯著，而且對帶式輸送機(jī)的制造和使用維護(hù)成本具有決定性作用。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。本文針對帶式輸送機(jī)可控變速裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，認(rèn)真研究了以下三個(gè)方面的問題：（1）基于帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理和功能要

5、求，對其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析、傳動(dòng)效率分析以及蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性分析。（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。采用改進(jìn)枚舉法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，獲得了比較合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)值。（3）以visual basic6.0為二次開發(fā)工具，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)。關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī) 可控變速裝置 優(yōu)化設(shè)計(jì) 參數(shù)化建模 abs

6、tractin recent decades, the optimization design method that grew from taking computer as tool and mathematical programming as method has been widely used in mechanical design, structural design, chemical engineering, aviation, shipbuilding and other fields. the belt conveyor is one of the most impor

7、tant transportation facilities that carries dispel goods, and driving device is its key part. in order to further improve its overall design quality, shorten design cycle, reduce design and manufacturing costs, realize automatization and integration of optimization design and three-dimensional param

8、etric modeling, this thesis has studied on optimization design and parametric modeling methods of controlled speed drive of the belt conveyor, in virtue of solidworks2007 and program language visual basic6.0 which object oriented and visual oriented as a secondary developed tool. the main content in

9、cluded as follow: firstly, kinematics, dynamics and transmission character of the controlled speed drive has been analyzed; secondly, considering the features that most parts of mechanical transmission device of the controlled speed drive have been standardized, discrete mathematical model is establ

10、ished, 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, in

11、tegrating the object oriented, visual oriented character of visual basic6.0 and perfect drawing function of solidworks2007 as a whole, this thesis designed systems for involute gear and planetary parameterized modeling.keywords: belt conveyor; controlled speed drive; optimization design; parameteriz

12、ed model目錄摘 要iabstractiii目錄v1 引言11.1研究背景11.2研究的目的和意義21.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3.1國外研究現(xiàn)狀41.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀51.4課題來源與研究內(nèi)容62 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的特點(diǎn)72.1概述72.1.1軟啟動(dòng)72.1.2理想軟啟動(dòng)曲線72.1.3常用軟啟動(dòng)裝置102.2帶式輸送機(jī)可控變速裝置的組成及工作原理112.2.1帶式輸送機(jī)可控變速裝置的組成122.2.2帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理142.3本章小結(jié)163 可控變速裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析173.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析173.1.1行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析183.1.2系統(tǒng)運(yùn)行曲線223.2

13、動(dòng)力學(xué)分析233.2.1行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析233.2.2帶式輸送機(jī)可控變速裝置的輸出特性263.3蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性分析263.3.1蝸桿齒面數(shù)學(xué)模型的建立273.3.2蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力分析293.3.3蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的自鎖條件分析323.3.4蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩分析343.4傳動(dòng)效率分析343.4.1行星齒輪傳動(dòng)效率分析343.4.2蝸桿傳動(dòng)效率分析363.5本章小結(jié)374可控變速裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)394.1離散優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型394.1.1設(shè)計(jì)變量404.1.2目標(biāo)函數(shù)404.1.3約束條件424.2優(yōu)化求解及實(shí)現(xiàn)484.2.1優(yōu)化方法選用484.2.2程序編制494.3本章小結(jié)5

14、25可控變速裝置參數(shù)化建模535.1參數(shù)化模型的建模方法535.2 三維繪圖軟件及其二次開發(fā)技術(shù)545.2.1二次開發(fā)原理545.3.2二次開發(fā)思路555.3漸開線齒輪參數(shù)化建模565.3.1 主要思路565.3.2 漸開線齒輪建模575.3.3三維模型程序的編制585.3.4建模程序與應(yīng)用軟件的連接605.3.5程序運(yùn)行結(jié)果605.4 行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)化建模615.4.1行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)615.4.2行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)化建模的基本思路625.4.3界面設(shè)計(jì)625.4.4程序設(shè)計(jì)635.4.5程序運(yùn)行結(jié)果665.5本章小結(jié)686總結(jié)與展望696.1全文總結(jié)696.2展望70參考文獻(xiàn)711

15、引言1.1研究背景帶式輸送機(jī)自1795年被發(fā)明以來，經(jīng)過200多年的發(fā)展，已被電力、冶金、煤炭、化工、礦山、港口等各行各業(yè)廣泛采用，特別是第三次工業(yè)技術(shù)革命后新材料、新技術(shù)的采用，帶式輸送機(jī)的發(fā)展步入了一個(gè)新紀(jì)元。當(dāng)今，無論從輸送量、運(yùn)距、經(jīng)濟(jì)效益等各方面來衡量，它已經(jīng)可以同火車、汽車運(yùn)輸相抗衡，成為各國爭先發(fā)展的行業(yè)。帶式輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、輸送量大、輸送物料范圍廣泛、運(yùn)距長、裝卸料方便、可靠性高、運(yùn)費(fèi)低廉、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)1，它的優(yōu)越性已十分明顯，是國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。近年來，隨著我國工業(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，從而長距離

16、、大運(yùn)量、大功率輸送設(shè)備的需求量越來越大2。單機(jī)總功率達(dá)到5000kw、輸送長度達(dá)到10km以上、運(yùn)量超過5000t/h、運(yùn)行速度超過5-6m/s的帶式輸送機(jī)已經(jīng)在煤礦得到了實(shí)際應(yīng)用2。然而，長距離、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13s，啟動(dòng)加速度大于0.3,會(huì)產(chǎn)生如下問題：（1）啟動(dòng)時(shí)打滑問題 由于大型帶式輸送機(jī)的長度和功率較大，如果啟動(dòng)時(shí)間過短，易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。為了消除打滑現(xiàn)象保證有效啟動(dòng)，增大輸送帶與滾筒間的摩擦力，必須提高張緊裝置的初張力，由此相關(guān)連接部件的受力加大，對強(qiáng)度和剛度要求增加，提高了整機(jī)的初期投資。（2）振動(dòng)問題 帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中存

17、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)對于大型帶式輸送機(jī)來說表現(xiàn)得更為明顯和強(qiáng)烈。當(dāng)它們作用于輸送帶時(shí)會(huì)引起動(dòng)態(tài)響應(yīng)而導(dǎo)致速度、加速度以及張力的變化，從而產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷，影響元部件、輸送帶以及整機(jī)的穩(wěn)定性和使用壽命4。（3）瞬態(tài)沖擊大問題 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。為了保證輸送帶運(yùn)行可靠，必須提高輸送帶的強(qiáng)度等級，相應(yīng)加大了輸送帶的初期投資。同時(shí)，提高輸送帶的強(qiáng)度等級還必須相應(yīng)加大滾筒的直徑，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

18、。（4）電動(dòng)機(jī)功率增加問題 由于啟動(dòng)時(shí)間過短，啟動(dòng)力矩大，容易發(fā)生燒毀電機(jī)的事故，考慮電動(dòng)機(jī)的選型時(shí)要相應(yīng)提高安全系數(shù)，增加了正常使用的能耗。此外，大功率電動(dòng)機(jī)在較短的時(shí)間啟動(dòng)運(yùn)行，對周邊環(huán)境電網(wǎng)的沖擊巨大，其負(fù)面影響是無法容忍的。由此可見，啟動(dòng)問題對帶式輸送機(jī)尤其是大型帶式輸送機(jī)來說，是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)，它不僅對啟動(dòng)性能產(chǎn)生直接影響，而且還可以降低輸送機(jī)的成本，因此必須對啟動(dòng)加以控制。驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的心臟，從某種程度上來說，驅(qū)動(dòng)裝置的性能就決定了輸送機(jī)的性能。解決上述問題的有效方法就是合理和最佳地確定大型帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。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)

19、而生。實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停車是解決大型帶式輸送機(jī)上述問題的有效措施?！败泦?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。對于帶式輸送機(jī)而言，“軟啟動(dòng)”不僅能夠大幅度減輕傳動(dòng)系統(tǒng)本身所受到的啟動(dòng)沖擊，延長輸送機(jī)關(guān)鍵零部件的使用壽命，同時(shí)還能大大縮短電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊時(shí)間，減小對電動(dòng)機(jī)的熱沖擊負(fù)荷及對電網(wǎng)的影響，從而節(jié)約電力并延長電動(dòng)機(jī)的工作壽命。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)工作過程中產(chǎn)生的問題。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停車、過載保護(hù)、溫度保護(hù)、檢帶運(yùn)行、多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡等功能，而且具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎、制造成

20、本低、備件購置方便、維護(hù)和日常運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，因而它是一種比較理想的軟啟動(dòng)裝置。帶式輸送機(jī)可控變速裝置在國外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但到目前為止國內(nèi)這種產(chǎn)品應(yīng)用還比較少。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。1.2研究的目的和意義對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)。cad/cam技術(shù)是隨著信息技術(shù)的發(fā)展而形成的一門新技術(shù)，它的應(yīng)用引起了社會(huì)和生產(chǎn)的巨大變革，因此cad/cam技術(shù)被視為20世紀(jì)最杰出的工程成就之一8。隨著市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(jì)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

21、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。cad/cam技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，它是促進(jìn)科研成果開發(fā)與轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化、自動(dòng)化，加快國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是進(jìn)一步想計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)10 11。長期以來，國內(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。因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品是具有顏色、材料、形狀、尺寸、位置以及運(yùn)動(dòng)關(guān)系等概念的三

22、維實(shí)體，制造對象也是三維實(shí)體，而利用二維視圖描述、傳遞產(chǎn)品信息由于存在著繪圖、讀圖與理解等過程，易造成信息表達(dá)不完整、理解不一致的問題。為解決這些問題，對產(chǎn)品進(jìn)行三維實(shí)體建模就成為必然的發(fā)展趨勢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。為了進(jìn)一步提高帶式輸送機(jī)可控變速裝置的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本與制造成本就需要對其進(jìn)行優(yōu)化及參數(shù)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過多年的發(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(dòng)設(shè)計(jì)修改等

23、優(yōu)勢，受到人們的廣泛青睞。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。用這些模型可以進(jìn)行自動(dòng)編程、零件裝配、模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)生工程圖等16。近年來，由于優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在一般機(jī)械設(shè)計(jì)過程中不斷取得應(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。實(shí)踐證明，在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，不僅可以減輕機(jī)械設(shè)備自重，降低材料消耗與制造成本，而且可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與工作性能。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。以 visual basic6.0為二次開發(fā)工具，借助s

24、olidworks2007的三維建模功能，在對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)可控變速裝置的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及其零部件的三維參數(shù)化建模，為帶式輸送機(jī)的整機(jī)優(yōu)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)，提供了理論依據(jù)和有參考價(jià)值的實(shí)現(xiàn)方法。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀國外從20世紀(jì)60年代初就展開了運(yùn)用cad/cam技術(shù)對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：英國格拉斯哥大學(xué)（university of glasgow）的j.angeles和gonzalez-palacios教授以及里茲大學(xué)（university of leed

25、s）的faydor l.litvin教授等根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的基本理論，為新型2k-h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。以減小體積和提高效率為目標(biāo)建立了模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用最優(yōu)水平截集法和常規(guī)優(yōu)化方法對模型進(jìn)行優(yōu)化求解，并運(yùn)用solidworks對該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否干涉進(jìn)行了模擬18。法國格勒諾布爾大學(xué)（university of grenoble）的tsay, a.g.和r.t.三位教授進(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。在對漸開線圓柱齒輪進(jìn)行模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將優(yōu)化結(jié)果作為齒輪參數(shù)輸入到齒輪輪廓生成對話框,從而生成三維圖形，為裝配設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)

26、力學(xué)仿真、性能分析以及數(shù)控加工作好了準(zhǔn)備,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。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。運(yùn)用autolisp開發(fā)出了齒輪圖形庫，既方便了圖形的管理,又減少了重復(fù)性勞動(dòng),實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)與特征參數(shù)化造型的結(jié)合。美國羅徹斯特理工學(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。以中心距最小為目標(biāo)函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型并優(yōu)化求出蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)（模數(shù)、齒數(shù)等），然后利用ug軟件和優(yōu)化結(jié)果完成了蝸桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化繪圖以及三維實(shí)體的造型工作。芬蘭坦佩雷大學(xué)（tampere

27、 univ. of technology, fin.）的martti mantyla.等教授在齒輪類零件的優(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。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(xué)（technical univ.of achen, ger.）的wern-kueir jehng.和加拿大紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)（memorial uni. of newfoundland）的hans j.，pratt m.以及regli w.等教授學(xué)者23-25。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(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。目前主要有以下單位和學(xué)者進(jìn)行了卓有成效的研究工作。東南

28、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。提出了對設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫管理,將圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算過程中需要的參數(shù)及計(jì)算后產(chǎn)生的參數(shù)用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一管理,為后續(xù)的造型設(shè)計(jì)提供驅(qū)動(dòng)參數(shù)。華南理工大學(xué)的王澤林和郭瑩等學(xué)者對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。首先結(jié)合實(shí)際工況條件并考慮到設(shè)計(jì)中的模糊因素,建立了以體積最小為目標(biāo)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；最后根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,運(yùn)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。太原理工大學(xué)的任家駿、段德榮教授對基

29、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。以蝸桿傳動(dòng)的各個(gè)零件為研究對象,利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和圖形單元建模技術(shù)建立了蝸桿傳動(dòng)的特征模型,實(shí)現(xiàn)了cad/cae/capp之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。中國農(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。最終將標(biāo)準(zhǔn)漸開線圓柱齒輪的自動(dòng)參數(shù)化造型、齒輪參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和傳動(dòng)性能分析有機(jī)的結(jié)合為一體30。武漢科技學(xué)院的盧記軍采用activex技術(shù)，以vb6.0為開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)vb與matlab和autocad之間

30、的連接，通過編程實(shí)現(xiàn)了對斜齒圓柱齒輪的優(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。陜西科技大學(xué)的曹巨江等在visualc+環(huán)境下開發(fā)了行星輪減速器的可視化cad設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了行星輪減速器設(shè)計(jì)過程的程序化，建立了便于修改和維護(hù)的行星輪減速器設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果自動(dòng)生成行星輪減速器中典型零件的三維圖32。大連理工大學(xué)的宋景玲和史大光以及中國農(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33-35。河南理工大學(xué)的程釗對帶式輸送機(jī)可控變速裝置進(jìn)行了模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在

31、autocad2004環(huán)境下建立了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)二維參數(shù)化繪圖系統(tǒng)36。1.4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(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0524260021）。 本文在介紹帶式輸送機(jī)新型軟啟動(dòng)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(gè)方面的研究工作： （1）對帶式輸送機(jī)可控變速裝置機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、傳動(dòng)效率分析以及蝸桿傳動(dòng)特性分析，揭示可控變速裝置在不同工作狀態(tài)下各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及受力特性。（2）針對可控變速裝置的結(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。根據(jù)工程實(shí)際采用合適的方法，用面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z

32、言visual basic 6.0編制程序?qū)?shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到可控變速裝置傳動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)。（3）把solidworks2007與visual basic6.0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)。2 帶式輸送機(jī)可控變速裝置的特點(diǎn)2.1概述2.1.1軟啟動(dòng) 軟啟動(dòng)技術(shù)是大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，已成為帶式輸送機(jī)技術(shù)先進(jìn)性的標(biāo)志之一。 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

33、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。對于輸送帶，如果啟動(dòng)時(shí)間過短，啟動(dòng)加速度快，啟動(dòng)張力就大，輸送帶振蕩變形會(huì)很嚴(yán)重，巨大的瞬時(shí)沖擊將損壞輸送帶與其他元部件。對于電動(dòng)機(jī)過大的啟動(dòng)電流、長時(shí)間的電流沖擊對電動(dòng)機(jī)的負(fù)面影響也會(huì)很大。軟啟動(dòng)系統(tǒng)則是對動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載應(yīng)保證在啟動(dòng)和停車的過程中作用在機(jī)械電器設(shè)備上的沖擊能量最小，使設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)，從而起到保護(hù)設(shè)備的作用，同時(shí)還能解決多電機(jī)的順序啟動(dòng)和過載自動(dòng)保護(hù)及多級驅(qū)動(dòng)的功率平衡問題。2.1.2理想軟啟動(dòng)曲線針對大型帶式輸送機(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)

34、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)，降低對電網(wǎng)的沖擊；（5）具有過載保護(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。根據(jù)我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，啟動(dòng)加速度不得大于0.3 m/s2，國外較先進(jìn)的軟啟動(dòng)裝置可使啟動(dòng)加速度控制在0.1 m/s2以下。對于帶式輸送機(jī)理想啟動(dòng)過程的研究，較具影響力的是澳大利亞harrison

35、博士提出的正弦加速度控制曲線和美國cdi公司總裁nordell博士提出的三角形加速度控制曲線37 38。 harrison推薦的起動(dòng)過程可表示如下： （21） 式中 膠帶穩(wěn)定運(yùn)行速度，；輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，。圖2-1 harrison啟動(dòng)曲線fig.2-1 harrison startup curves圖2-1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。加速度曲線的一階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的。nordell推薦的啟動(dòng)過程可表示如下： （2-2）式中 膠帶穩(wěn)定運(yùn)行速度，；輸送機(jī)起動(dòng)時(shí)間，。圖2

36、-2中，t=0時(shí)啟動(dòng)加速度為零，此后速度逐漸增大；t=t/2時(shí)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(dá)到輸送機(jī)設(shè)計(jì)帶速v0時(shí)，加速度減小到0。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%。圖2-2 nordell啟動(dòng)曲線fig.2-2 nordell startup curves圖2-3 dodge啟動(dòng)曲線fig.2-3 startup curves of dodoge harrison和nordell啟動(dòng)速度曲線都能有效地避免起動(dòng)過程中加速度的突變，明顯減小

37、了輸送帶啟動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)峰值張力，取得了較為理想的效果。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38s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。這是由于帶式輸送機(jī)在起動(dòng)之前，輸送帶處于松弛狀態(tài)，為避免輸送帶的沖擊，將輸送帶拉緊啟動(dòng)，可進(jìn)一步改善啟動(dòng)峰值張力作用。這樣，需要在啟動(dòng)開始階段加入一段時(shí)間延遲段。延遲段的速度一般取為設(shè)計(jì)帶速的10%。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的方式完成輸送帶的起動(dòng)過程，從而最大程度地降低了膠帶輸送機(jī)的起動(dòng)張力。這就是dodge最佳起動(dòng)曲線。如圖2-3所示。2.1.3常用軟啟動(dòng)裝置長期以來，國內(nèi)外的工程技術(shù)人員在機(jī)械、

38、電機(jī)和電子、液力和液壓等多學(xué)科領(lǐng)域?qū)泦?dòng)技術(shù)開展了深入和廣泛的研究，開發(fā)出了多種多樣的軟啟動(dòng)裝置或設(shè)備，軟啟動(dòng)技術(shù)也較以往有了突破性進(jìn)展。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、加長后腹腔液力耦合器等；（3）電氣軟啟動(dòng)裝置。如變頻調(diào)速、可控硅控制開關(guān)磁阻啟動(dòng)等；（4）機(jī)械式軟啟動(dòng)裝置，如best、德國力士樂公司的輔助液壓馬達(dá)周轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)（原理與best相同）等。 boss系統(tǒng)：該系統(tǒng)是澳大利亞nm采礦國際有限公司研制的，適用于帶式輸送機(jī)單機(jī)200500kw的可控系統(tǒng)。 cst（controlled s

39、tart transmissions）系統(tǒng)：該系統(tǒng)是美國道奇公司專門為大型帶式輸送機(jī)配套的集減速、離合和調(diào)速于一體的驅(qū)動(dòng)裝置。 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，實(shí)現(xiàn)對工作機(jī)的無級調(diào)速與軟啟動(dòng)。 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。其工作原理是通過控制器調(diào)節(jié)功率器件中的絕緣柵極，使進(jìn)入功率器件的交流電源頻率發(fā)生變化。由公式n=60f/p(n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、f為交流電源頻率、p為電動(dòng)機(jī)極對數(shù))可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與交流電源頻率成正比關(guān)系。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化，只要控制頻率變化范

40、圍以及頻率變化的時(shí)間，就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，達(dá)到輸送機(jī)的軟啟動(dòng)。電軟啟動(dòng)：電軟啟動(dòng)控制器以反并聯(lián)的晶閘管組為開關(guān)，以軟啟動(dòng)交流調(diào)壓方式限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，以使該電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)帶式輸送機(jī)平穩(wěn)地過渡到額定轉(zhuǎn)速，完成軟啟動(dòng)。機(jī)械式軟啟動(dòng)裝置：大多是通過改變機(jī)械系統(tǒng)的工作原理而不是依賴于電動(dòng)機(jī)本身的特性來實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能。表1-1為幾種常見軟啟動(dòng)裝置的性能比較39。上述幾種常用裝置都能保證帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)而且具有功率平衡調(diào)節(jié)和過載保護(hù)的功能，但是它們又都有各自的缺點(diǎn)。調(diào)速型液力耦合器工作效率低，維護(hù)工作量大，調(diào)節(jié)控制反應(yīng)慢、精度低，難以達(dá)到理想的功率平衡。boss系統(tǒng)裝置傳動(dòng)效率低，不

41、能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，傳動(dòng)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(jià)格昂貴。cst系統(tǒng)初期投資費(fèi)用高，機(jī)械零件加工精度要求高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液壓潤滑系統(tǒng)用油講究，日常維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用高。電軟啟動(dòng)差動(dòng)功率損耗大，效率低，必須與限矩型耦合器配套使用，電動(dòng)機(jī)不能空載啟動(dòng)。表1-1 幾種常用軟啟動(dòng)裝置性能比較frm.1-1 some commonly used soft-start device performance comparison調(diào)速型液力耦合器bosscst電軟啟動(dòng)軟啟動(dòng)特性較好好好較差控制系統(tǒng)簡單較復(fù)雜復(fù)雜簡單功率平衡較好好好一般低速運(yùn)行較穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定一般傳動(dòng)效率較高

42、高高低可靠性可靠可靠可靠一般互換性好差差好體積大小大小運(yùn)行成本低高高低價(jià)格低高高低驗(yàn)帶可以可以可以不可以本文所研究的帶式輸送機(jī)可控變速裝置充分運(yùn)用了機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)與現(xiàn)代電氣控制技術(shù)，是典型的機(jī)電液一體化系統(tǒng)。從工作原理上來講，與機(jī)械類軟啟動(dòng)裝置有相似之處，但是由于該裝置采用了液壓傳動(dòng)技術(shù)和先進(jìn)的可編程控制器（plc）及其擴(kuò)展模塊等作為控制系統(tǒng)，又使得它具有許多特別之處。2.2帶式輸送機(jī)可控變速裝置的組成及工作原理帶式輸送機(jī)可控變速裝置是典型的機(jī)、電、液一體化產(chǎn)品，它有機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三大部分組成，機(jī)、電、液有機(jī)結(jié)合，布局合理。從零部件的結(jié)構(gòu)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化程度看，機(jī)械和液壓系

43、統(tǒng)制造技術(shù)成熟，容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，獲得預(yù)期的工作性能。電氣控制系統(tǒng)以先進(jìn)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。因此，帶式輸送機(jī)可控變速裝置的總體結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)新穎，制造成本低，備件購置方便，維護(hù)和日常運(yùn)行費(fèi)用較低等特點(diǎn)。2.2.1帶式輸送機(jī)可控變速裝置的組成（1）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由一級齒輪減速機(jī)構(gòu)和一級2k-h行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的蝸輪與行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒輪固聯(lián)在一起，如圖2-4所示。圖2-4 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖1-聯(lián)軸器 2-主電機(jī) 3、4-齒輪 5-液壓馬達(dá) 6-蝸桿 7-轉(zhuǎn)臂 8-太陽輪 9-行星輪 10-內(nèi)齒輪 11-蝸輪fig.2-4

44、the mechanical transmission system1-clutch 2-motor 3、4-gear 5- hydraulic motor 6-worm 7-turnplate 8-central gear 9-planet gear 10-inner gear 11-worm wheel齒輪減速機(jī)構(gòu)起到降速和初步擴(kuò)大力矩的作用，2k-h行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅可以進(jìn)一步擴(kuò)大力矩、降低轉(zhuǎn)速，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)合成及過載保護(hù)。在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上把2k-h行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放在齒輪減速機(jī)構(gòu)之后既充分利用了2k-h行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承載能力大的優(yōu)良特性，又可避免過載時(shí)對齒輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生過大的應(yīng)力沖擊，有利于延長

45、齒輪和相關(guān)傳動(dòng)件的壽命。因此，這是一種科學(xué)合理的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。（2）液壓傳動(dòng)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(dòng)力源。液壓系統(tǒng)原理圖如2-5所示，主要液壓元件有液壓泵、液壓馬達(dá)、電液比例調(diào)速閥和電液比例溢流閥等。液壓馬達(dá)為蝸桿機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，通過電液比例調(diào)速閥6調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的流量而使其轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)無級變化。圖2-5 液壓系統(tǒng)原理圖fig.2-5 principle of the hydraulic system1- 油箱 2-液壓泵 3、4-單向閥 5-液壓馬達(dá) 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1-tank

46、2-hydraulic pump 3、4-one-way valve 5-hydraulic motor 6-electro-hydraulic proportional throttle 7-relief 8-electro-hydraulic proportional relief valve9- electro-hydraulic proportional speed valve電液比例調(diào)速閥9可控制潤滑油液的流量。根據(jù)電氣控制系統(tǒng)中溫度變送器的信號來控制調(diào)速閥9的開口量而達(dá)到對潤滑油量的控制。而電液比例溢流閥8可調(diào)整液壓系統(tǒng)的工作壓力。通過電氣控制系統(tǒng)對液壓系統(tǒng)不同工作狀態(tài)下的壓力設(shè)定

47、使其始終工作在最優(yōu)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效率、低油溫的設(shè)計(jì)目標(biāo)。（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(jī)啟停信號、主電機(jī)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(bào)警信號等各種輸入輸出信號，并對系統(tǒng)的各種動(dòng)作實(shí)施相應(yīng)的控制，確保系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和裝置的正常運(yùn)行。電氣控制系統(tǒng)由先進(jìn)的可編程控制器（plc）及其擴(kuò)展模塊以及自行設(shè)計(jì)的功率放大器組成。具體包括：plc、a/d轉(zhuǎn)換模塊、d/a轉(zhuǎn)換模塊、高速計(jì)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。2.2.2帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理根據(jù)功能要求

48、和工作狀態(tài)的不同，帶式輸送機(jī)可控變速裝置的工作原理可分為額定運(yùn)行狀態(tài)下的工作原理和調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)下的工作原理兩種情況。（1）額定運(yùn)行狀態(tài)由圖2-4可知，主電動(dòng)機(jī)2通過聯(lián)軸器1將運(yùn)動(dòng)和力矩傳給軸，再通過齒輪3、4和軸傳給2k-h行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的中心輪8。在額定運(yùn)行狀態(tài)（正常運(yùn)行狀態(tài)）下內(nèi)齒輪10不轉(zhuǎn)動(dòng)，則行星輪在自轉(zhuǎn)的同時(shí)通過軸帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即通過轉(zhuǎn)臂h輸出運(yùn)動(dòng)和力矩?？梢?，額定運(yùn)行狀下機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)本質(zhì)上是一級齒輪減速加一級行星傳動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)中沒有轉(zhuǎn)速損失，效率較高。液壓系統(tǒng)是根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的具體要求進(jìn)行工作的。當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)處于額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)只需為潤滑系統(tǒng)提供油液即可。因

49、此，此時(shí)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。（2）調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在調(diào)速狀態(tài)時(shí)，由于行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以作為一個(gè)運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)來使用，則液壓馬達(dá)通過蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)可以使輸出軸的轉(zhuǎn)速隨之變化。根據(jù)輸入和輸出的轉(zhuǎn)速不同又可分為下述幾種情況：輸送機(jī)軟啟動(dòng)輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)先使液壓馬達(dá)帶動(dòng)內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)至轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的數(shù)值，根據(jù)行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作原理可知，輸出軸和輸入軸都有可能轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于輸出軸與滾筒聯(lián)接，阻力矩很大，而輸入軸通過齒輪機(jī)構(gòu)與主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子聯(lián)接，阻力矩較小，則主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)

50、隨之轉(zhuǎn)動(dòng)而輸出軸不轉(zhuǎn)動(dòng)。適當(dāng)調(diào)整液壓系統(tǒng)，使此轉(zhuǎn)動(dòng)方向與主電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的轉(zhuǎn)向一致，然后再啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)就可實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的空載啟動(dòng)。當(dāng)主電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)并且達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，通過電氣控制系統(tǒng)將電液比例溢流閥8的壓力調(diào)節(jié)到額定值，而將電液比例調(diào)速閥6的開口量由最大值按照設(shè)定的規(guī)律減小，從而使液壓馬達(dá)按照一定的規(guī)律降速，即內(nèi)齒輪按照一定的規(guī)律降速，而輸出軸將按照一定的規(guī)律升速啟動(dòng)，直至閥6的開口完全關(guān)閉，液壓馬達(dá)、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)速均降至為零，此時(shí)輸出軸達(dá)到輸送機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。由于蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有反向自鎖功能，則輸送機(jī)也將進(jìn)入穩(wěn)定的正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了主電動(dòng)機(jī)先空載啟動(dòng)、再使?jié)L筒均勻、平穩(wěn)升速

51、到額定轉(zhuǎn)速的軟啟動(dòng)，輸送機(jī)軟啟動(dòng)過程結(jié)束。輸送機(jī)軟制動(dòng)軟制動(dòng)本質(zhì)上是軟啟動(dòng)的逆過程。輸送機(jī)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(dá)將帶動(dòng)內(nèi)齒輪按照軟啟動(dòng)時(shí)它們的轉(zhuǎn)速方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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。在此過程中由于行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)合成作用，輸出軸和滾筒的轉(zhuǎn)速就會(huì)按照相應(yīng)的規(guī)律減小，直至閥6的開口量達(dá)到最大，此時(shí)主電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速處于空載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，輸入軸在主電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下仍以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，而輸出軸和滾筒的轉(zhuǎn)速減小為零，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟制動(dòng)。多機(jī)或多

52、點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的功率平衡當(dāng)長距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)采用多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置需要具備功率平衡功能。多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的功率平衡功能本質(zhì)上都是通過調(diào)速實(shí)現(xiàn)的。在帶式輸送機(jī)可控變速裝置中設(shè)有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測與控制系統(tǒng)，通過檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化來判斷電動(dòng)機(jī)載荷的大小?？刂葡到y(tǒng)把載荷給定值與檢測的實(shí)際值進(jìn)行比較，根據(jù)載荷偏差情況，如果載荷偏差處于設(shè)定值以內(nèi)，就通過控制電液比例調(diào)速閥6的開口量來控制液壓馬達(dá)的供油量而使內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)輸出軸的轉(zhuǎn)速，完成多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的功率平衡功能。過載保護(hù)控制系統(tǒng)是否啟動(dòng)過載保護(hù)功能是通過檢測輸出軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行判斷的?；竟ぷ髟砼c多機(jī)或多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的功率平衡類似，在裝置

53、中同樣設(shè)有輸出軸轉(zhuǎn)速檢測與控制系統(tǒng)。當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)速下降值超過某預(yù)設(shè)值或載荷偏差超過了設(shè)定值時(shí)可認(rèn)為過載，此時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)出信號并啟動(dòng)過載保護(hù)程序使液壓系統(tǒng)向液壓馬達(dá)供油，電液比例調(diào)速閥6的開口量逐漸開到最大而解除內(nèi)齒輪的約束，行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由內(nèi)齒輪不動(dòng)系桿輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橄禇U不動(dòng)內(nèi)齒輪輸出，從而避免電動(dòng)機(jī)過熱或零部件損壞，實(shí)現(xiàn)了過載保護(hù)。檢帶運(yùn)行如果需要檢查輸送帶，應(yīng)使其低速運(yùn)行。為滿足檢帶的速度要求，控制系統(tǒng)啟動(dòng)檢帶運(yùn)行程序后，將電液比例溢流閥8的壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定值；其次把電液比例調(diào)速閥6的開口量控制在設(shè)定值，并供給液壓馬達(dá)適當(dāng)流量油液，則在主電動(dòng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)液壓馬達(dá)也以一定轉(zhuǎn)速帶動(dòng)內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，二者通過行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)合成為輸出軸的較低轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了檢帶運(yùn)行時(shí)的速度要求。溫度保護(hù)齒輪、軸承等傳動(dòng)件溫度過高會(huì)顯著降低使用壽命。本裝置除采用循環(huán)潤滑系統(tǒng)對各個(gè)傳動(dòng)件進(jìn)行潤滑外，還設(shè)置有溫度檢測與控制系統(tǒng)。若溫度過高，電氣控制系統(tǒng)中的溫度變送器就會(huì)發(fā)出溫升過高的信號，繼而電液比例調(diào)速閥9的開口量增大，從而通過加大潤滑油液的流量對齒輪