基于模糊控制的带式输送机纠偏装置的设计与研究

摘要

带式运输机是综采工作面的主要设备之一，主要由一条柔性输送带、一个或多个主动滚筒、改向滚筒以及托辊组组成，其中，柔性输送带是运送物料的直接和关键部件。带式输送机广泛应用在矿山、海港等生产现场，用于散装物料的运输。自十九世纪中叶带式输送机问世以来由于其突出的运输能力和较好的环境适应能力，得到了迅速的发展。近年来，随着机械、电子、计算机等领域的发展，带式运输机不仅在结构上得到了优化和成熟，而且在运量、运距方面也得到了很大的提高。但是，带式输送机目前仍存在一些缺陷，其中对其工作影响最大的原因是输送带跑偏问题。经调查，因输送带跑偏引起的事故达到了整个带式输送机事故的10％-30％，这些事故轻则造成洒料，造成物料浪费，重则会导致运输机停车，影响生产，更严重的会引起火灾，造成人员生命和财产损失。所以输送带跑偏问题得到了越来越多的关注，一些解决方案和纠偏设备应运而生。带式运输机的纠偏装置是有效解决带式输送机工作过程中发生跑偏事故的辅助装置之一，能够保证带式输送机在由于各种原因导致输送带跑偏时进行及时的自动纠偏，并维持其持续、稳定、正常的运送物料工作。目前解决跑偏的设备主要有两种，一种是无源纠偏装置，另一种是有源纠偏装置。前者是靠输送带跑偏时产生的横向驱动力来时托辊架发生一定角度的转动，实现一定程度的纠偏的，但是不能将输送带纠正到原来的平衡位置，后者主要靠外部动力（如液压系统）驱动纠偏托辊组发生转动，实现纠偏。但是现有的输送带纠偏装置由于所采用的控制策略上不完善的缘故，使得自动纠偏装置在纠偏过程中总是出现震荡，存在纠偏动作过于频繁等问题，同时在一定程度上也缩短了输送带和纠偏装置本身的寿命。而且还需要配备一套液压系统，使成本增高，维护不便。
　　本文从对输送带跑偏原因的分析着手，对比现有自动纠偏装置的优缺点，立足现有技术，设计出一套新颖的机电装置来改善上述问题，该机电装置应用一套蜗杆传动机构，应用模糊控制技术作为控制算法，对机械系统和控制系统进行详细计算与设计，最后基于SolidWorks平台对机械系统进行建模，基于Matlab和Adams平台对机电系统的控制质量进行联合测试，验证所设计系统的可行性。该设计具有较深的工程意义，对设计新型自动纠偏装置具有一定的借鉴意义。在工程上利于进一步提升输送带运输机整机的可靠性和安全性，将为高速、大运量带式输送机的发展提供一定的参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外带式输送机纠偏装置发展概述

1．2．2 国内带式输送机纠偏装置发展概述

1．3 国内带式输送机的研究趋势

1．4 论文研究主要内容及关键技术

1．4．1 论文设计要求

1．4．2 论文研究内容

1．4．3 关键性技术

1．4．4 论文创新点

1．5 论文结构

1．6 本章小结

第二章 带式输送机跑偏分析与系统方案拟定

2．1 带式输送机的构造

2．2 带式输送机的工作原理及特点

2．3 带式输送机的跑偏原因

2．3．1 输送带跑偏原因之——安装误差

2．3．2 输送带跑偏原因之二—运输过程因素

2．4 自动纠偏装置的方案设计

2．4．1 自动纠偏装置的方案拟定与工作原理

2．4．2 自动纠偏装置的关键技术

2．5 本章小结

第三章 机械系统设计

3．1 纠偏装置托辊设计

3．1．1 托辊的种类

3．1．2 托辊的结构

3．2 托辊支架与基座的设计

3．2．1 托辊架结构设计

3．2．2 基座结构设计

3．3 蜗杆传动机构设计

3．4 输送带位置检测机构设计

3．5 机械系统建模及关键部件受力分析

3．5．1 机械系统在Solidworks中的建模

3．5．2 关键部件有限元分析与校核

3．6 本章小结

第四章 系统元器件设计选型

4．1 直流伺服电机

4．1．1 直流伺服电动机分类

4．1．2 直流伺服电动机结构及特点

4．1．3 直流伺服电动机的选型

4．2 直流伺服电机驱动器

4．2．1 直流伺服电动机驱动器的选型及特点介绍

4．2．2 直流伺服电动机与驱动器的连接设计

4．3 红外线距离检测传感器

4．4 控制器硬件及选型

4．4．1 单片机简介、结构及其工作原理

4．4．2 控制器选型

4．5 本章小结

第五章 模糊控制系统设计

5．1 系统控制策略研究

5．2 模糊控制概述

5．3 模糊控制应用研究

5．4 系统控制器设计

5．4．1 模糊控制器的设计

5．4．2 比例积分模块设计

5．4．3 软件流程图

5．5 系统控制器硬件设计

5．6 本章小结

第六章 基于MATLAB与Adams的控制系统仿真

6．1 MATLAB与Adams的简介

6．2 控制规则的仿真

6．3 MATLAB与Adams的联合仿真

6．3．1 Mata lab与Adams的联合仿真特点

6．3．2 仿真方案的拟定与实施

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文