基于液压驱动技术带式输送机动态特性研究

摘要

带式输送机被视为最为合适的持续输送散状物料的现代输送装备，其运用范围已涉及到冶金、电力、煤炭、矿山和码头等各个领域。伴随着科学技术的持续进步和工业日益增长的需求，带式输送机已然以长运距、高带速、大运量和大功率为特点快速发展。由于这种大型输送机在非稳定运行工况（启动、制动）下所表现出来的动态特性，传统的静态设计方法已经远远不能适应输送机对工作性能的要求。因此对大型带式输送机进行动态特性的研究是非常必要的。应用AMESim软件可以快速完成建模仿真的目标，用以剖析和优化输送机的设计，达到节约研发成本、缩短研发周期的最终目的。
　　首先建立了输送机本体结构的动态模型。基于有限元分析方法，采用vogit模型建立了输送带离散模型的动力学方程，同时建立了驱动系统、张紧系统、改向系统和制动系统的动力学方程，并运用AMESim软件构建了离散仿真模型。根据工程项目实际案例，确定了输送机系统各部分相关的主要仿真参数。
　　其次着重开展了输送机可控液压驱动系统动态特性的研究。分析了输送机液压驱动系统启动、制动工况的工作原理。对输送机液压驱动系统中的恒压变量柱塞泵系统进行了数学建模与动态分析，运用AMESim软件进行仿真模拟，验证了恒压变量泵系统建模的正确性;搭建了阀控马达系统的数学模型，基于AMESim对输送机在满载启动、制动过程中系统出现的压力冲击进行了仿真分析，并增加缓冲装置对系统进行优化。讨论了缓冲装置不同参数下，液压冲击对系统性能的影响，获得了蓄能器容积为10L、预充气压力为110bar时缓冲效果最好的结论。利用AMESim平台构建了输送机液压驱动系统的动态模型，运用PID控制策略对该模型进行了仿真，并基于遗传算法对控制系统PID参数进行了优化。经仿真实验验证，基于遗传算法优化后的液压驱动系统，其稳定性、准确性和快速性三个指标都得到了提升。
　　基于可控液压驱动技术，运用AMESim完整构建了输送机机电液一体仿真动态模型，分析了不同的启动和制动曲线下输送机呈现的动态特性。根据输送带张力、速度以及加速度的变化特征曲线，得到结论Harrison加速度启动曲线及其与之相对应的Harrison制动曲线是最优的启动和制动曲线。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 输送机动态分析技术研究概况

1．3 输送机可控驱动技术研究现状

1．4 研究内容

第二章 带式输送机动态模型理论分析

2．1 带式输送机动态模型理论

2．1．1 输送带离散模型

2．1．2 输送机驱动系统模型

2．1．3 张紧系统离散模型

2．1．4 改向系统离散模型

2．1．5 制动过程模型

2．2 输送机主要相关参数的确定

2．3 本章小结

第三章 带式输送机液压驱动系统动态特性研究

3．1 输送机液压驱动系统工作原理

3．2 恒压变量柱塞泵数学模型与动态特性

3．2．1 恒压变量柱塞泵工作原理

3．2．2 恒压变量柱塞泵数学模型

3．2．3 恒压变量柱塞泵的动态模型及仿真实验

3．3 阀控马达环节的数学模型与动态特性

3．3．1 阀控马达系统原理

3．3．2 阀控马达系统数学模型

3．3．3 阀控马达系统蓄能器数学模型

3．3．4 阀控马达系统动态模型及优化仿真实验

3．4 本章小结

第四章 带式输送机液压驱动系统控制算法及优化

4．1 PID控制器

4．2 遗传算法概述

4．3 基于遗传算法的PID整定原理

4．4 基于Design Exploration模块PID控制器参数优化

4．5 本章小结

第五章 带式输送机动态特性研究

5．1 输送机启动过程动态分析

5．1．1 输送机启动加速度曲线

5．1．2 输送机启动过程动态分析

5．2 输送机制动过程动态分析

5．2．1 输送机制动减速度曲线

5．2．2 输送机制动过程动态分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢