基于输送带振动分析的新型动态称量装置设计与研究

摘要

近几年，国家提倡的“保护环境、节能减排”政策深入人心，工程上输送机节能降耗运输也成为重要话题。智能节能控制系统技术实现了带式输送机“按需给料、按料定速、控制系统能耗”的机制，促进带式输送机向节能降耗、减员增效和智慧安全方向发展。在智能节能控制系统技术中，为实现输送机运输过程安全监测、智能模糊控制和节能降耗运行等目的，需要对输送带物料流量信息进行实时动态检测，所以有必要研究设计一种精确料流实时动态检测装置，来实现带式输送机的智能节能控制。　　论文在分析现有动态称量装置(电子皮带秤)计量问题的基础上，重点探究了影响电子皮带秤计量的主要因素。应用机械设计理论、动态称量技术和滤波技术的相关原理，设计了新型动态称量装置——悬挂吊装式皮带秤。论文具体分为以下几个点：　　首先，介绍了动态称量装置国内外研究现状，分析了多种称量装置的优缺点及使用率，得出电子皮带秤是应用范围广、效果较为理想的计量装置。针对皮带秤存在的计量问题，从皮带秤组成、称重原理和信号传输流程系统分析影响皮带秤称量的误差因素，得出电子皮带秤存在五大类误差源，并依次分析每一类误差源产生因素，其中影响最大的是称重误差，多因素耦合作用产生的“皮带效应”是称重误差主要影响因素。　　其次，针对输送带存在的“皮带效应”，根据输送带动力学特性和有限元分析法，建立皮带秤称重区域输送带离散模型，推导出称重区域输送带振动常微分方程，并运用MATLAB软件求解常微分方程，得出张力变化导致的称重区域输送带水平和垂直方向无规律振动是皮带秤产生误差的主要影响因素。　　然后，针对皮带秤计量主要影响因素，从装置结构设计、系统控制和软硬件选择等方面减少误差因素对称量的影响，研究设计了新型动态称量装置——悬挂吊装式皮带秤。在机械结构设计中，建立多个“双品字”托辊组并排固定的动态称重平台，经Ansys软件仿真分析，称重平台托辊组约束下的输送带平稳运行的效果更好。针对输送带速度测量，设计了专门用于称量测速的高精度速度检测装置。　　最后，针对装置输出信号中存在的干扰信号，以卡尔曼滤波为基础，结合新型动态称量装置信号输出，提出信号处理的双自适应卡尔曼滤波算法。通过采集实验数据并滤波处理，结果表明双自适应卡尔曼滤波算法能消除称量信号数据中的干扰噪声，提高了动态称量输出信号的准确性。

目录

声明

变量注释表

1绪 论

1.1 研究背景

1.2 课题来源及意义

1.3 动态称量装置国内外研究现状

1.3.1动态称量装置现状

1.3.2 国外发展现状

1.3.3 国内发展现状

1.4 主要研究内容

2电子皮带秤计量误差分析

2.1 电子皮带秤组成

2.1.1 承载器

2.1.2 称重传感器

2.1.3 测速传感器

2.1.4 称重仪表

2.2 称重原理

2.2.1 积分法

2.2.1 累计法

2.3 计量误差分析

2.3.1 称重误差

2.3.2 输送带测速误差

2.3.3 信号处理误差

2.3.4 校准误差

2.3.5 环境误差

2.4 本章小结

3称重区域输送带振动分析

3.1 输送带基本特性

3.1.1 输送带静动特性

3.1.2 输送带动力学模型

3.1.3 模型分析及选择

3.2称重区域输送带动力学模型

3.2.1 有限元分析理论

3.2.2 称重区域输送带离散模型

3.3称重区域输送带微分方程

3.4 称重区域输送带微分方程求解

3.5 本章小结

4新型动态称量装置的设计

4.1 称量装置设计总体要求

4.2称量装置机械结构设计

4.2.1 动态称重平台

4.2.2 速度检测装置

4.2.3 悬挂吊装设备

4.3.1 称量装置控制系统概述

4.3.2 信号采集传输

4.3.3 数据处理计算

4.3.4 数据显示储存

4.4 称量装置软硬件选择

4.4.1 称重传感器

4.4.2 TLM8称重仪

4.4.3 液晶屏

4.4.4 速度传感器

4.5 本章小结

5称量装置滤波算法设计

5.1 滤波算法选择

5.2.1 卡尔曼滤波简介

5.2.2卡尔曼滤波原理

5.3 双自适应卡尔曼滤波算法

5.3.1 双自适应卡尔曼滤波实现步骤

5.3.2 动态称量系统模型

5.3.3 系统过程噪声自适应调节

5.3.4 系统观测噪声自适应调节

5.4 算法仿真验证

5.5 本章小结

6总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

作者简历

致谢

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