带式输送机永磁变频自动张紧装置研究设计

摘要

带式输送机张紧装置的主要作用之一是为输送带提供足够的张力，防止产生输送带打滑现象，使输送带满足带式输送机可靠运行的悬垂度要求。大型带式输送机的广泛使用使得输送带张力变化更为复杂、变形量增大，这就要求张紧装置能够快速响应并增大张紧行程。因此，亟需一种能够满足大型带式输送机运行要求的新型张紧装置。
　　本文针对现存张紧装置张紧行程较短、响应速度较慢的缺陷，设计提出了一种新型永磁变频自动张紧装置，该装置采用永磁变频系统直接驱动卷筒张紧输送带，省去了传动环节的减速器、张紧油缸以及大型液压站等部件，简化了装置结构，能够快速动作张紧输送带，缩短了响应时间，大大提高了张紧效率，增加了张紧装置的张紧行程。
　　研究分析了带式输送机的动力学原理，综合运用机械、电气以及液压理论设计了永磁变频自动张紧装置结构；研究设计了永磁变频自动张紧装置的电气控制系统，确定了PLC模块、变频器并制定了张力监测装置和制动系统的控制策略。研究分析永磁同步电机原理和不同坐标下的数学模型，对比分析了永磁同步电机的不同控制技术，综合考虑选择矢量控制技术对同步电机进行调速，基于MATLAB/Simulink软件建立了永磁调速系统的仿真模型，验证了该永磁调速系统的可行性。研究建立了永磁变频自动张紧装置各部件的数学模型，并确定模型参数对张紧速度的影响，提出了缩短张紧过程响应时间的策略。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件联合仿真建立带式输送机及永磁变频自动张紧装置模型，分析得到了在带式输送机起动工况和正常运行工况下受到冲击载荷时的动态特性曲线，验证了相对于带式输送机现有自动张紧装置，本文所设计的永磁变频自动张紧装置响应速度更快、鲁棒性更好。

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ABSTRACT

Contents

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外发展现状

1.3 课题研究的目的与意义

1.4 课题研究的主要内容

2 永磁变频自动张紧装置设计与分析

2.1 张紧装置概述

2.1.1 张紧装置的作用

2.1.2 张紧装置的性能要求

2.1.3 张紧装置的布置原则

2.2 带式输送机动力学分析

2.2.1 带式输送机摩擦传动理论

2.2.2 带式输送机牵引力

2.2.3 带式输送机运行阻力

2.2.4 输送带张力计算

2.2.5 输送机悬垂度验算

2.3 永磁变频自动张紧装置的组成和工作原理

2.3.1 永磁变频自动张紧装置的组成

2.3.2 永磁变频自动张紧装置的工作原理

2.4 永磁变频自动张紧装置的结构设计

2.4.1 带式输送机技术参数

2.4.2 带式输送机张紧力计算

2.4.3 张紧钢丝绳的设计

2.4.4 张紧卷筒的设计

2.4.5 张紧电机功率计算

2.5 本章小结

3 电气控制系统设计与策略研究

3.1 电气控制箱设计

3.2 变频器设计

3.3 张力监测装置监测策略研究

3.4 制动系统制动策略研究

3.5 本章小结

4 永磁同步电机原理及控制研究

4.1 永磁同步电机的结构与工作原理

4.1.1 永磁同步电机的结构

4.1.2 永磁同步电机的工作原理

4.2 永磁同步电机动态数学模型

4.2.1 ABC坐标系下永磁同步电机动态数学模型

4.2.2 坐标变换

4.2.3 d-q坐标系下永磁同步电机动态数学模型

4.3 永磁同步电机的控制策略

4.3.1 永磁同步电机控制方法的比较

4.3.2 永磁同步电机的矢量控制策略

4.4 永磁调速系统的建模与仿真

4.4.1 仿真模型的建立

4.4.2 仿真结果与分析

4.5 本章小结

5 输送带及永磁变频自动张紧装置数学模型的建立

5.1 输送带数学模型的建立

5.1.1 输送带动态特性分析

5.1.2 输送带数学模型的确定

5.2 永磁变频自动张紧装置的数学模型

5.2.1 滑轮组的数学模型

5.2.2 张紧卷筒的数学模型

5.2.3 联轴器的数学模型

5.2.4 制动器的数学模型

5.2.5 张紧电机的数学模型

5.2.6 变频器的数学模型

5.2.7 张力传感器的数学模型

5.2.8 张紧装置的整体传递函数

5.3 本章小结

6 基于AMESim和MATLAB/Simulink的联合仿真

6.1 AMESim和MATLAB/Simulink的联合仿真概述

6.2 带式输送机的动力学方程建立

6.2.1 建立模型

6.2.2 边界条件和初始条件

6.3 联合仿真模型的建立

6.3.1 仿真模型参数确定

6.3.2 联合仿真模型的建立

6.4 仿真结果及其分析

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 研究内容展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况