帶式輸送機自動張緊裝置設(shè)計畢業(yè)論文

1、中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中國石油大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計（論文）計（論文）帶式輸送機自動張緊裝置設(shè)計姓 名：學(xué) 號：性 別：專 業(yè): 機械設(shè)計及其自動化批 次：電子郵箱：聯(lián)系方式：學(xué)習(xí)中心：指導(dǎo)教師： i帶式輸送機自動張緊裝置設(shè)計摘 要帶式輸送機試高強力、大運量、大功率的現(xiàn)代化大型運輸設(shè)備，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用。帶式輸送機已成為我國煤礦井下連續(xù)運輸系統(tǒng)的主要運輸設(shè)備之一，它不僅具有大落差、連續(xù)性、高效性、長距離、大運量的特點，而且實現(xiàn)自動化集中控制廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金等多個工作領(lǐng)域。輸送機試橡膠和纖維織品兩者復(fù)合而成的制品，在應(yīng)用中的重錘張緊裝置，在運行一段時

2、間后，重錘會自動下降一段距離使輸送帶變長發(fā)生蠕變，使傳送帶變長而松弛。帶式輸送機的張緊裝置使輸送帶不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。本文通過對帶式輸送機張緊裝置的分析，指出當(dāng)前張緊裝置存在的缺陷，對張緊裝置的原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。設(shè)計張緊裝置主要由張緊絞車系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。由于電流和負(fù)載之間存在線性比例關(guān)系，根據(jù)驅(qū)動電流來識別輸送帶上荷載量，利用電流與力雙反饋動態(tài)系統(tǒng)，通過檢測電流量的變化而控制比例溢流閥的溢流，從而控制系統(tǒng)的壓力，使輸送帶產(chǎn)生相應(yīng)的張緊力，使膠帶的張緊力隨捕捉驅(qū)動電機電流的變化而變化，時刻使交膠帶的張緊處在一個動態(tài)控制的過程，保證輸送帶正常運行的必要張力，防止打滑。

3、關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：自動張緊裝置；帶式輸送機；動態(tài)控制ii目 錄第一章第一章 緒緒 論論 .1 11.1 概述 .11.2 張緊裝置的發(fā)展?fàn)顩r.21.3 研究的意義.3第二章第二章 動態(tài)分析動態(tài)分析 .4 42.1 動態(tài)張緊裝置的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖機液壓系統(tǒng)框圖.42.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機工作原理.42.1.2 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機工作原理.52.1.3 張緊裝置的特點及功能.62.2 帶式輸送機張緊力的計算.62.2.1 主要參數(shù)的確定.62.2.2 相關(guān)計算.62.3 張緊絞車的卷筒設(shè)計.72.3.1 鋼絲繩的選擇.72.3.2 卷筒及配件尺寸參數(shù)設(shè)計.8第三章第三章 控制系統(tǒng)動態(tài)模型建立控制系統(tǒng)動態(tài)模

4、型建立 .10103.1 功率放大器的傳遞函數(shù) .103.2 比例電磁銜鐵及先導(dǎo)閥芯等平移組件的傳遞函數(shù) .103.3 溢流閥的傳遞函數(shù) .113.3.1 先導(dǎo)液阻網(wǎng)絡(luò)和主閥控腔的傳遞函數(shù) .113.3.2 主閥運動及其增益的傳遞函數(shù) .12iii3.3.3 主閥進(jìn)口管路容腔的壓縮效應(yīng)和流量的平衡關(guān)系.123.4 液壓缸的傳遞函數(shù) .133.5 負(fù)載的傳遞函數(shù) .14第四章第四章 控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真 .15154.1 選擇仿真工具.154.2 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù).154.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：.16第五章第五章 總總 結(jié)結(jié) .1717致致 謝謝 .1818參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .19191第一

5、章第一章 緒緒 論論1.11.1 概述概述帶式輸送機經(jīng)過近兩個世紀(jì)的發(fā)展，已從最初的小型運輸工具發(fā)展成為具有高強力、大運量、大功率的現(xiàn)代化大型運輸設(shè)備在國民經(jīng)濟發(fā)揮著重要的作用。帶式輸送機結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠，噪音小，能實現(xiàn)連續(xù)長距離大傾斜輸送，設(shè)備運行 ，可在膠帶的任意位置上加料或卸料，具有生產(chǎn)效率高、輸送量大、能源消耗少的特點，被廣泛的應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、化工、港口、電站、輕工、建材、糧食等工業(yè)領(lǐng)域。二十世紀(jì)六十年代末開始，帶式輸送機進(jìn)入了另一個新的發(fā)展時期，帶式輸送機技術(shù)迅速發(fā)展表現(xiàn)在：（1）帶式輸送機功能多元化、應(yīng)用范圍擴大化，如大傾角帶式輸送機及空間轉(zhuǎn)彎帶式輸送機等各種類型；（

6、2）帶式輸送機的本身的技術(shù)向長距離、大運量、高帶速的大型帶式輸送機方向發(fā)展，運行控制更加智能化、穩(wěn)定化、界面化；(3)帶式輸送機本身關(guān)鍵零部件向高性能、高可靠性方向發(fā)展。張緊裝置是帶式輸送的一個基本組成部分，是保證帶式輸送機正常工作的重要部件。對帶式輸送機的穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的作用，他的性能的好壞直接影響著帶式輸送機的整機的工作性能，合理的設(shè)計張緊裝置就很重要了。在啟動、穩(wěn)定運行、制動過程中輸送帶會發(fā)生蠕變，是輸送帶變長而松弛。帶式輸送機的張緊裝置使輸送帶不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。由此可見，張緊裝置是保證帶式輸送機正常運行的保障，它的主要功能有以下幾點：（1）保證帶式輸送機驅(qū)動滾筒分離點的足夠張力，

7、防止輸送帶打滑，從而將驅(qū)動裝置傳遞的摩擦牽引力傳遞給輸送帶，以帶動輸送機正常運轉(zhuǎn)。 （2）保證承載分支最小張力點的必須張力，限制輸送帶在托輥之間的垂度，防止物料垂直跳動對托輥形成沖擊而導(dǎo)致電機能量的損失及物料的灑落現(xiàn)象。 （3）補償輸送帶過度工況時產(chǎn)生的塑性變形，吸收蠕變產(chǎn)生的伸長變化，維持輸送機正常運行所需的最小張緊力，從而保證帶式輸送機的正常運行。 （4）減小啟、制動是輸送帶中出現(xiàn)的動負(fù)荷。 （5）帶式輸送機輸送帶有若干個接頭，張緊裝置為帶式輸送機儲備了負(fù)荷以外的運輸帶余量，當(dāng)輸送帶接頭出現(xiàn)問題時可以通過放松張緊裝置重新接頭排除故障，為輸送帶重接接頭提供必要的行程。（6）在輸送帶、傳動滾筒

8、等部件維修時釋放輸送帶中的張緊力。21.21.2 張緊裝置的發(fā)展?fàn)顩r張緊裝置的發(fā)展?fàn)顩r張緊裝置的性能好壞直接影響帶式輸送機整體的性能，發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段.第一階段，固定張緊裝置。這個階段的典型代表是絞車張緊裝置，這類張緊輸送帶從本質(zhì)上說，其功能僅僅是張緊，當(dāng)輸送帶出于各種原因伸長，張緊力下降時，只能通過人的發(fā)現(xiàn)后，再次張緊。第二階段，自動張緊裝置。這個階段的典型代表是自動絞車張緊裝置。這類只能實現(xiàn)在穩(wěn)定階段的自動張緊，保持輸送帶在該階段的張力恒定。由于慣性大、響應(yīng)速度慢，無法實現(xiàn)起、制動階段的張力恒定。第三階段，階段性的動態(tài)自動張緊，這類產(chǎn)品的動態(tài)響應(yīng)快，只能實現(xiàn)起、制動階段和穩(wěn)定運行階段

9、的張力恒定，無法實現(xiàn)整套系統(tǒng)的動態(tài)張緊。目前常用的帶式輸送機張緊裝置主要有絞車張緊裝置、重錘張緊裝置、液壓張緊裝置。 （1）絞車張緊裝置可分為自動絞車張緊裝置和固定絞車張緊裝置兩種形式。自動絞車張緊裝置是有壓力傳感器根據(jù)帶式輸送機運行工況的需要自動控制張緊力的大小，由于壓力傳感器質(zhì)量不高和機械系統(tǒng)慣性機信號滯后等因素的影響，自動絞車張緊裝置有誤動作的現(xiàn)象，影響自動絞車張緊裝置的使用效果。固定絞車張緊裝置是根據(jù)所需的張緊力調(diào)定后產(chǎn)生固定的張緊力，張緊力不能自動調(diào)節(jié)，絞車張緊的缺點是當(dāng)絞車和控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，對帶式輸送機不能產(chǎn)生恒定的張緊力或張緊力失效，安全可靠性相對降低。 （2）重錘張緊裝置分

10、為重載車式張緊裝置和重錘張緊裝置。重載車式張緊裝置是將重物放在帶式輸送機的重物張緊車上，利用輸送機地腳板的坡度使重物張緊車產(chǎn)生下滑力對輸送機產(chǎn)生張緊力。重錘張緊裝置是通過鋼絲繩懸掛起來的重錘是輸送機的張緊車產(chǎn)生張緊力。其特點都是有重物始終產(chǎn)生一個恒定的張緊力，安全可靠性比較高。缺點是張緊力不能調(diào)節(jié)。（3）液壓張緊裝置是有液壓站產(chǎn)生的壓力通過油缸對帶式輸送機施加張緊力，其特點是可以根據(jù)輸送機運行工況的需要調(diào)節(jié)張緊力的大小。由于液壓站和油缸始終處于工作狀態(tài)，當(dāng)液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，對輸送機不能產(chǎn)生恒定的張緊力或張緊力失效，安全可靠性相對降低。1.31.3 研究的意義研究的意義常規(guī)方式設(shè)計的

11、張緊裝置的動態(tài)張緊裝置效果不佳，這類設(shè)計的問題在3于都只能在靜態(tài)特性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)各階段獨立的動態(tài)設(shè)計，即把整個張緊過程分為四個階段：起動、運行、制動和停車，在每個階段中設(shè)置固定張力的限定范圍，只有在皮帶產(chǎn)生張力超出限定范圍時，張緊系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，不能對皮帶變化的張力進(jìn)行及時調(diào)整，因此出現(xiàn)了不合理性，有時余量過大，有時余量不足，這樣會導(dǎo)致輸送帶過緊張，應(yīng)力疲勞，拉斷，功率消耗過大等問題，造成巨大的浪費或不安全因素，達(dá)不到真正的張緊效果。在論文中提出方案電流與力雙反饋動態(tài)張緊裝置。根據(jù)識別電流來識別輸送帶上荷載量的原理，即電流和負(fù)載信息之間存在正比例關(guān)系，采用電流作為閉環(huán)回路的反饋信號，直接從皮帶輸

12、送機電機取得電流信號通過檢測電流量變化計算出理論張緊力的值，然后與力傳感器所測的實際張緊力的值比較后來自動調(diào)節(jié)張緊張力，從而適應(yīng)負(fù)載隨時的變化，保證輸送機正常運行的必要張力，防止打滑。此種電流反饋自動控制系統(tǒng)不僅可以克服常規(guī)設(shè)計中張緊力不均的問題，滿足整套張緊系統(tǒng)的要求，達(dá)到預(yù)期效果，還可以與正在研究的輸送機的動力學(xué)設(shè)計匹配，適應(yīng)輸送機目前的發(fā)展形勢第二章第二章 動態(tài)分析動態(tài)分析42.12.1 動態(tài)張緊裝置的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖機液壓系統(tǒng)框圖動態(tài)張緊裝置的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖機液壓系統(tǒng)框圖圖 2-1 動態(tài)張緊裝置系統(tǒng)框圖2.1.12.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機工作原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機工作原理張緊系統(tǒng)主要由慢速絞車、液壓

13、泵站、粘性離合器、礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱及附件五大部分組成。 5圖 2-2 整套控制系統(tǒng)的原理框圖1、螺釘 2、減速機 3、粘性離合器 4、電動機 5、機座 6、制動器 7、卷筒主軸 8、絞盤 9、卷筒 10、卷筒轂 11、制動輪 12、套筒 13、滾動軸承 14、主軸支架 15、聯(lián)軸器 16、滑輪支架 17、滑輪組 18、滑輪組 1；19 滑輪組 2工作原理：在正常運行階段，有電流傳感器測得電機的驅(qū)動電流 I，然后輸入電控箱，經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換計算得出理論上的張緊力 F理，于此同時有力傳感器測得絞車鋼絲繩上的張緊力 F測作為反饋信號，比較兩值得大小，采用單片機來控制，輸出模擬信號控制電液比例

14、溢流閥的電流 i，由此來控制液壓系統(tǒng)的壓力 P，即控制油膜離合器的間距 h，具體分為三種情況：當(dāng) F測F理時，控制離合器 2 動作，增加離合器間距 h，有絞車裝置反轉(zhuǎn)放出鋼絲繩，減小鋼絲繩上的張緊力與理論值平衡，這樣一次一步一步緩慢動作；F測F理時，控制離合器 1 動作，減小離合器 1 間距 h，由絞車裝置卷進(jìn)鋼絲繩，繩增加鋼絲繩上的張緊力與理論值平衡，這樣一次一次緩慢動作，最終達(dá)到張緊系統(tǒng)的力動態(tài)平衡。2.1.22.1.2 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機工作原理液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機工作原理6圖 2-3 液壓控制供油系統(tǒng)1、7、9 油箱；2、粗濾油器；3、電動機；4、油泵；5 精濾油器；6、電磁比例溢流閥；8、

15、單向閥；10、阻尼孔；11、三位四通電磁換向閥；12、13 壓力表；14 傳遞離合器；15、制動離合器；16、梭閥；17、常閉制動器液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理：帶式輸送機工作時，輸送帶必須張緊處于張緊狀態(tài)。啟動油泵電機 3，壓力油經(jīng)過粗、精濾油器 2 和 5、液控單向閥 8 和三位四通電磁換向閥 11 進(jìn)入離合器 1 內(nèi)的油缸，有控制箱電液比例溢流閥 6 的電流，從而控制液壓系統(tǒng)工作的壓力來推動離合器動作，啟動慢速絞車電機，慢速絞車轉(zhuǎn)動，直接由鋼絲繩拉動游動張緊小車。輸送機起動階段的張緊力由主控箱提供啟動的電流 I，送入電磁比例溢流閥 6，經(jīng)過一段時間，主控箱給出允許輸送機起啟動的信號，穩(wěn)定運行階段

16、的張緊力由主控箱根據(jù)力和電流傳感器反饋的信號來控制制動離合器 15、離合器 14、梭閥 16 和常閉制動器 17 各部件動作，具體的動作情況如上。在輸送機運行過程中，輸送帶的張力隨時發(fā)生變化，此時比例溢流閥和各離合器和制動器能及時響應(yīng)動作，可以確保輸送機在穩(wěn)定運行時的張緊力保持平衡，從而實現(xiàn)了伸縮帶式輸送機輸送帶的動態(tài)張緊。2.1.32.1.3 張緊裝置的特點及功能張緊裝置的特點及功能（1）電流與力雙反饋自動控制系統(tǒng)可以克服常規(guī)設(shè)計中出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)張緊裝置的動態(tài)張緊，且達(dá)到最佳的張緊效果；（2）系統(tǒng)響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性高；（3）可根據(jù)輸送機工況及對膠帶張緊力的不同需求，任意調(diào)節(jié)張緊力的范圍。

17、2.22.2 帶式輸送機張緊力的計算帶式輸送機張緊力的計算2.2.12.2.1 主要參數(shù)的確定主要參數(shù)的確定帶式輸送機的基本參數(shù)是帶寬、帶速與膠帶強度，其它參數(shù)由此派生出來。張緊力的計算包括以下內(nèi)容：（1）確定輸送機系統(tǒng)；（2）確定帶速、帶寬、選定膠帶強度；（3）選擇滾筒與托輥；（4）阻力計算，張力計算，電動機功率計算等72.2.22.2.2 相關(guān)計算相關(guān)計算（1）圓周驅(qū)動力的計算根據(jù)運量、運距與傾角、運向等確定圓周驅(qū)動力，公式為其中：C 為安全系數(shù)、f 為模擬摩擦系數(shù)、Ln 為膠帶的長度 m、g 為重力加速度 m/s2、qro承載分支的托輥部分質(zhì)量 Kg、qrv 回程托輥部分質(zhì)量Kg、qB

18、為輸送帶單位長度質(zhì)量 Kg/m、qG 為物料的單位長度質(zhì)量 Kg/m、設(shè)備運行向上的傾角、特種主要阻力 N、特種附加阻力 N1sF2SF計算圓周驅(qū)動力時，對于長距離帶式輸送機（機長大于 80m） ，附加阻力明顯小于主要阻力，可引入系數(shù) C 來考慮阻力，它取決于輸送機的長度。采用公式來計算輸送機的圓周驅(qū)21cos)2(lnsssbFFqoHgqqqruqrogCfFu動力。(2)最小張緊力的計算要保證輸送機正常運行必須滿足兩個條件：（1）輸送帶的張力在任何負(fù)載的情況下，作用在全部滾筒的圓周力是通過摩擦傳遞到的輸送帶上，而傳送帶與滾筒間應(yīng)保證不打滑；（2）作用在輸送帶上的張力應(yīng)足夠大，是輸送帶在兩

19、組承載托輥間保持垂度小于一定值；a、最小張緊力是保證輸送帶在運行時不打滑所需保持的最小力，用表示，公式為：式中為為最大圓周動力，min2F11maxmin2/uuueKaFueFFmaxuF清掃器刮板系數(shù)=1.35，輸送帶和滾筒間的摩擦系 u=0.35；驅(qū)動裝置的圍aK角分別為=，可得可得1o170o2002391. 3,8234. 221uueeb、重錘校核為了限制膠帶的下垂度，膠帶在任意一點的張力應(yīng)不少于以下兩式的計算。垂度校核的目的是為了保證輸送機在加速和緊急制動時，輸送帶不會松弛，以確保機械正常運轉(zhuǎn)，垂度校核又分為承載分支的垂度校核和回承分支的垂度校核。（1）承載分支的垂度校核xahg

20、qqaoFmaGB)/(8/)(min（2）回承分支的垂度校核式中為托輥間允許maxmin)/(8/ahgqaFBumax)/(ah的輸送帶垂度2min12(2)cosubGSSFFqroqruqqsq HgFF2-1（）82.32.3 張緊絞車的卷筒設(shè)計張緊絞車的卷筒設(shè)計2.3.12.3.1 鋼絲繩的選擇鋼絲繩的選擇鋼絲繩起著連接張緊小車與卷筒的作用，通過鋼絲繩在卷筒上的纏繞使得張緊小車移動，達(dá)到將輸送帶張緊的目的。在捻制過程中分為左旋捻制和右旋捻制兩種捻制方法。根據(jù)用途可分為圓股點接觸鋼芯鋼絲繩、圓股線接觸鋼芯鋼絲繩、圓股點接觸鋼絲繩、圓股線接觸鋼絲繩、圓股多層股不扭轉(zhuǎn)鋼絲繩、三角股鋼絲繩

21、等多種鋼絲繩，根據(jù)實際環(huán)境，選用圓股點接觸鋼絲繩即可滿足要求2.3.22.3.2 卷筒及配件尺寸參數(shù)設(shè)計卷筒及配件尺寸參數(shù)設(shè)計卷筒按鋼絲繩的卷繞層數(shù)分為單層繞和多層繞卷筒，為了縮小卷筒尺寸，可采用表面帶有導(dǎo)向螺旋槽或光面的卷筒，進(jìn)行多層卷繞，他的缺點是鋼絲繩磨損較快，這種卷筒適合于慢速的工作場合。與表面帶有導(dǎo)向螺旋槽的卷筒相比，光面卷筒在實際工作中，鋼絲繩排列凌亂，互相擠壓，使鋼絲繩壽命大為降低。目前，多層卷筒大多數(shù)制成帶有導(dǎo)向螺旋槽型。第一鋼絲繩卷繞入卷筒螺旋槽，第二層鋼絲繩以相同的螺旋方式卷入內(nèi)層鋼絲繩形式的螺旋溝，鋼絲繩的接觸情況大為改善，延長了使用壽命。a、卷筒槽參數(shù)的確定卷筒表面帶有

22、導(dǎo)向螺紋槽，一般采用標(biāo)準(zhǔn)槽，只有當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險時才采用深槽，按照手冊卷規(guī)定鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時鋼絲繩偏離螺旋槽兩側(cè)的角度不應(yīng)大于 3.5，對與多層纏繞卷筒，鋼絲繩偏離與卷筒軸垂直的平面的角度不應(yīng)大于。標(biāo)準(zhǔn)深度 H=(0.25-0.4)d。標(biāo)準(zhǔn)繩槽節(jié)距 P=d+（2-4）o2b、卷筒長度確認(rèn)根據(jù)公式，參考手冊確定卷筒的長度，考慮到鋼絲繩在卷)(ndDnZLo筒上的排列可能不均勻，應(yīng)將卷筒長度增加 10%，因卷筒兩邊要留出一定的距離，來安裝卷筒轂等配件。c、卷筒轂的尺寸設(shè)計卷筒轂起著將卷筒與主軸連接起來的作用，主軸通過卷筒轂帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，達(dá)到纏繞鋼絲繩的作用，卷筒轂通過螺絲固定在卷筒上內(nèi)徑帶

23、有鍵槽，9使得它能在主軸的帶動下轉(zhuǎn)動。根據(jù)確定的槽底直徑 D，卷筒轂的尺寸數(shù)據(jù)庫可由手冊來確定。由該表可知卷筒轂的直徑 D，可確定卷筒的內(nèi)徑，也由該表可知該卷筒轂的參考質(zhì)量 M.d、絞盤的尺寸設(shè)計絞盤以防止鋼絲繩脫出筒外。絞盤邊高應(yīng)比最外層鋼絲繩高出（2-3）d，在張緊絞車設(shè)計中，絞盤高度高出卷筒最外層鋼絲繩 3 層，該卷筒設(shè)計為纏繞四層鋼絲繩，故絞盤應(yīng)高出卷筒 7 層鋼絲繩的高度。還可根據(jù)選用材料根據(jù)手冊查的其密度，算出其質(zhì)量 Me、整個卷筒的質(zhì)量設(shè)計整個卷筒的質(zhì)量為卷筒、卷筒轂及絞盤的質(zhì)量之和 Mf、卷筒強度的校核卷筒所受的載荷主要是纏繞在其上的鋼絲繩對卷筒轂所施加的徑向壓力，在這種載荷作

24、用下使卷筒殼自由段產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，為了確保卷筒能夠承受鋼絲繩所施加的壓應(yīng)力，進(jìn)行卷筒強度校核是必不可少的環(huán)節(jié)。因為已知其L、D、可知,采用公式進(jìn)行強度校核。根據(jù)公式可知DL3CiPAF/max鋼的許用壓力=，式中為鋼的屈服極限，查詢手冊對比卷筒許用 c5 . 1/ss壓力確認(rèn)其強度滿足。10第三章第三章 控制系統(tǒng)動態(tài)模型建立控制系統(tǒng)動態(tài)模型建立3.13.1 功率放大器的傳遞函數(shù)功率放大器的傳遞函數(shù)控制系統(tǒng)的參數(shù)以點參考量的形式來體現(xiàn)，功率放大器能使較小微笑的參量放大到功能要求。其傳遞函數(shù)為：uksusi)()(方框圖如下：圖 3-1 傳遞函數(shù)框圖3.23.2 比例電磁銜鐵及先導(dǎo)閥芯等平移組件的傳

25、遞函數(shù)比例電磁銜鐵及先導(dǎo)閥芯等平移組件的傳遞函數(shù)現(xiàn)在不僅考慮銜鐵組件的質(zhì)量，而且考慮作用于這些零件上的液壓力、干擾的情況，對于電液比例控制元件的先導(dǎo)閥建立普通用的力平衡方程式中：-比例電磁鐵在一定電流時的推力EMF -移動部件相應(yīng)面積上的液壓力代數(shù)和PiAi -先導(dǎo)閥口處的液動力，現(xiàn)在把它當(dāng)作一項獨立的干擾力，其fyF數(shù)值很小，實際上可以忽略 m-先導(dǎo)級移動部件的質(zhì)量 -與粘性摩擦有關(guān)的阻尼系數(shù)yD -等效彈簧剛度syK 彈簧的預(yù)壓量soy3-1（）()EmfyfayysyoFpiAiFFmyD ykysy11簡化上式寫出拉氏變換得：yKSmspxFFsyysoem)(2則：而電磁力增量可以考

26、慮為FemikFemI其簡化框圖： 圖 3-2 平移組件的傳遞函數(shù)框圖3.33.3 溢流閥的傳遞函數(shù)溢流閥的傳遞函數(shù)3.3.13.3.1 先導(dǎo)液阻網(wǎng)絡(luò)和主閥控腔的傳遞函數(shù)先導(dǎo)液阻網(wǎng)絡(luò)和主閥控腔的傳遞函數(shù)根據(jù)有關(guān)表達(dá)式：，式中：31rryQQQ)(xyryqpqyyPGppLyKQ和式先導(dǎo)閥口的流量增益和流量壓力系數(shù)。令閥口開口量為 y，當(dāng)增KqyKqp益為圖示時，閥口關(guān)小，壓力增量為正，而減小。因此，增益yPxQyKqy、Kqp、Kpy 仍采用通用表達(dá)式。Gy 串聯(lián)液阻 R2、Ry、Rr 的等效液導(dǎo)。又 ；) (111xRppGQxxxxRpsEeVxxApPGQ) (33聯(lián)立解以上幾式，可得

27、的表達(dá)式：Px111xsyKpyxsGxAxPCPx相應(yīng)框圖如下圖：syysKDmsFYSG221)(3-2（）12圖 3-3 先導(dǎo)閥與主控腔3.3.23.3.2 主閥運動及其增益的傳遞函數(shù)主閥運動及其增益的傳遞函數(shù)主閥的輸出變量是流體動力參數(shù)，直接對液體功率進(jìn)行控制：主閥的運動方程控制腔及閥口前后壓力腔的流量平衡方式：FfxxxokscmxAxpxpA)( 111PxEVeAxXQrQyQxQlQvPEVXAQ 111考慮到可以忽略主閥及彈簧平移組件被看作牛頓摩擦系數(shù)的二階段環(huán)節(jié)。主閥上的穩(wěn)定液動力增量被分解為兩項：和xKsx1pKfp對以上幾式進(jìn)行拉氏變換，簡化推導(dǎo)結(jié)果可得xmsKfxKs

28、xPxAxPKfpA) 1)(1)1(22其方框圖如下：圖3-4 主閥及其增益?zhèn)鬟f函數(shù)框圖3.3.33.3.3 主閥進(jìn)口管路容腔的壓縮效應(yīng)和流量的平衡關(guān)系主閥進(jìn)口管路容腔的壓縮效應(yīng)和流量的平衡關(guān)系閥前流量的平衡方程為：1111PsEeVxAsQxQrQlQQ因為：1pKXKQxQpQX13所以：11)(1111sxAsKPyGQlQpKGPQyQP其相應(yīng)方框圖：圖 3-5 主閥平衡關(guān)系方框圖：圖3-6 比例溢流閥傳遞函數(shù)圖3.43.4 液壓缸的傳遞函數(shù)液壓缸的傳遞函數(shù)微分方程為：考慮到油缸離心力 F22211211 KAPFFFoyzkfymy對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響很小，而 F2 為高階微分，所以在

29、求傳遞函數(shù)中，不考慮油缸離心力，則傳遞函數(shù)簡化為：對上式進(jìn)行拉式變化111 ApFoyzkfymy可得：)() 1()(1)( 12syzkfsmssFAsp液壓缸的傳遞函數(shù)框圖為：14圖 3-7 液壓缸的傳遞函數(shù)框圖3.53.5 負(fù)載的傳遞函數(shù)負(fù)載的傳遞函數(shù)減速機的傳遞函數(shù)：)()(32sus其方框圖如下：減速器傳遞函數(shù)方框圖圖 3-8 減速器傳遞函數(shù)絞車滾筒的傳遞函數(shù)拉氏變換后的方程為：因為：)(3)(3sJsRsFcT)(32sKTma考慮到絞車的張緊速度：0.1m/s，其值很小，可以忽略不計。所以簡化結(jié)果可得：)(21)(SRKmasFc其方框圖為：絞車滾筒的傳遞函數(shù)框圖圖 3-9 絞

30、車滾筒的傳遞函數(shù)框圖為了更精確地分析系統(tǒng)的動靜特性，對電液比例閥、液壓缸、絞車及功能放大器等建立數(shù)學(xué)模型，通過對各部分傳遞函數(shù)的分析，在外界負(fù)載作用下的各部件的傳遞函數(shù)的響應(yīng)穩(wěn)定情況，建立系統(tǒng)總的傳遞函數(shù)方框圖，通過對系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的分析，對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性進(jìn)行了量化界定。給定了系統(tǒng)正常工作的初始條件以及運行中參數(shù)的模擬特性，為體統(tǒng)的有效運行建立了科學(xué)基礎(chǔ)。15第四章第四章 控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真4.14.1 選擇仿真工具選擇仿真工具控制系統(tǒng)計算機仿真是應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)手段對控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)研究的十分重要的手段之一，通過仿真研究可以對照比較各種控制策略與方案，優(yōu)化并確定相關(guān)參數(shù)，特別是對于新控制決

31、策與算法的研究，進(jìn)行系統(tǒng)仿真更是必不可少的，一般而言，對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機仿真首先應(yīng)建立系統(tǒng)模型，然后依據(jù)模型編程方程程序，充分利用計算機作為工具對其進(jìn)行數(shù)值求解并將結(jié)果加以顯示，通常在仿真過程中，十分耗費時間與精力的是編制與修改仿真程序。4.24.2 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)當(dāng)外干擾信號等于零時傳遞函數(shù)框圖簡化為：Q圖 4-1 傳遞函數(shù)框圖其中：G1=;G2=；G3=12122sskpyaKsyyyyo12122syoys1112122szkkya G4=；G5=;G6=;A=)(1kwaKmaJS)(3KmaJskRukmakyAkuk11則外干擾信號為零時的開環(huán)傳遞函數(shù)：5431654321)(GGGGGGGGGAsG16由于反饋函數(shù)：)()(1)()(,)(SGSHSGskfSH所以閉環(huán)函數(shù)傳遞函數(shù)：643215431654321)(GGGGGKfAGGGGGGGGGAs4.34.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：系統(tǒng)穩(wěn)定性分析：穩(wěn)定性是去掉擾動后，系統(tǒng)自身的一種恢復(fù)能力，對于一個控制系統(tǒng)應(yīng)滿足多種性能指標(biāo)，但首要的技術(shù)要求是系統(tǒng)在全部時間內(nèi)必須穩(wěn)定，只有穩(wěn)定的系統(tǒng)才有用，對于線性系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)的特