刮板输送机动力学行为分析与控制理论研究

论文摘要

本文总览了刮板输送机理论研究的现状,分析了现有研究的不足。分析了刮板输送机链条纵向振动的特点并进行适当简化,推导出纵向振动的基本方程,考虑驱动性能差异确定了不同工况下的边值及初始条件。构造了振动方程的标准形式,得出了特定情况下的解析解。研究了刮板输送机振动力学有限元模型的构造方法,分析了影响因素,在考虑链条的非线性特征、溜槽的弹性以及溜槽间隙、物料的物理特性、刮板的扭转、自动张紧系统作用等因素的情况下,构造了4种动力有限元模型并导出相应的振动微分方程;研究了刮板推移物料的力学问题;导出了保持物料稳定运行的刮板间距以及推力计算式;研究了在无载侧形成料栓时刮板的推力以及刮板输送机的运行阻力,以运行阻力最小为目标优化刮板间距,结果与目前工程设计值基本一致;为便于建立仿真数据库,研究了常用驱动装置的特性,构造了动力学模型,建立了数学模型;分析了水平弯曲段处的受力和链条的张力差;推导出溜槽单元体摩擦阻力的计算式以及链轮与链条啮合角的计算式;在考虑链环间弹性接触问题的情况下,推导出链条的弹性伸长、刚度与拉力的关系,证明了其刚度具有非线性特征。研究了动力仿真模型的构造方法,设计了一个能够描述输送机线路特征的形态函数,实现了动力仿真的自动建模;提出了对故障及异常载荷的模拟方法,开发了仿真软件,对刮板输送机的起动、制动、卡链、断链、链轮有限齿数波动链条产生的冲击(又称多边形效应)、链条节距误差等不同工况下进行了数值仿真,根据仿真结果分析了各种工况下不同因素对动载荷的影响。研究了刮板输送机动态特性的控制理论及方法,对刮板输送机的起制动特性进行了研究,理论研究和仿真结果证明了控制起动速度可行,且按反“S”曲线起动最优;研究了以动载荷最小为目标函数的输送机主参数的匹配优化问题,运用振动与控制工程的理论推导出动态优化设计的目标函数和约束条件,并提出了便于工程应用的无共振设计方法;分析了刮板输送机链条预紧力对工作性能的影响,提出了刮板输送机链条预紧力的自动控制原理,设计了用电液比例阀或电液伺服阀控制的液压系统,研究其控制理论,推导出控制系统的传递函数,将模糊PID控制器引入到该系统的控制中,通过实例仿真证明了这种预紧力控制系统和控制方法具有很好的响应和稳定性。实测了双速电动机直接起动的头尾双驱动输送机在起动、自动停机以及稳定运行

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 刮板输送机的结构与工作原理
• 1.2 现状及发展趋势
• 1.3 我国工作面刮板输送机总体水平与国外的差距
• 1.4 选题的意义及国内外研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 刮板输送机静力学分析
• 2.1 输送能力的计算
• 2.2 运行阻力计算
• 2.3 阻力系数的分析[47]
• 2.4 货载分布的分析计算
• 2.5 弯曲产生的附加阻力计算
• 2.6 本章小结
• 3 刮板输送机纵向振动的波动方程
• 3.1 纵向振动的基本方程
• 3.2 振动方程的边界及初值条件
• 3.3 波动方程的解析解
• 3.4 本章小结
• 4 刮板输送机动力分析的有限元法
• 4.1 影响因素的分析
• 4.2 动力有限元模型的构造
• 4.3 驱动系统的动力模型
• 4.4 有载侧链条移动的力学分析
• 4.5 运行阻力的分析计算
• 4.6 曲线段处刮板转动分析
• 4.7 圆环链刚度系数的计算
• 4.8 本章小结
• 5 刮板输送机动力特性仿真
• 5.1 仿真模型的构造
• 5.2 动力仿真研究的内容
• 5.3 刮板输送机起动时动力过程分析
• 5.4 异常载荷工况下输送机的动力过程分析
• 5.5 多边形效应对输送机振动的影响分析
• 5.6 链轮半径、链条节距误差引起的载荷变化
• 5.7 输送机断链时的动特性分析
• 5.8 本章小结
• 6 刮板输送机动态特性的控制理论研究
• 6.1 动态特性控制原理
• 6.2 起制动特性的最优控制
• 6.3 刮板输送机参数的优化配置研究
• 6.4 刮板输送机张力调节系统研究
• 6.5 动态特性控制实例
• 6.6 本章小结
• 7 刮板输送机动态特性的实测
• 7.1 实测条件及内容
• 7.2 测试结果及分析
• 7.3 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 作者简介
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
• 科技查新报告