關(guān)于變頻調(diào)速張緊裝置傳動系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1概述1</b></p><p>　　1.1帶式輸送機的結(jié)構(gòu)原理1</p><p>　　1.2張緊裝置在帶式輸送機中的作用2</p><p>　　1.3張緊裝置的發(fā)展及國內(nèi)外研究動態(tài)2</p>

2、<p>　　1.4張緊裝置的種類綜述3</p><p>　　1.5選題的目的與意義4</p><p>　　2帶式輸送機張緊裝置理論分析6</p><p>　　2.1張緊裝置的合理布置6</p><p>　　2.2帶式輸送機正常運行時對張緊力的要求6</p><p>　　2.2.1撓性體

3、摩擦傳動理論6</p><p>　　2.2.2 傳動滾筒（只介紹單傳動滾筒）7</p><p>　　2.3張緊裝置參數(shù)的確定9</p><p>　　2.3.1張緊力的確定9</p><p>　　2.3.2張緊裝置行程的確定10</p><p>　　3變頻調(diào)速張緊裝置系統(tǒng)總體設(shè)計12</p>

4、<p>　　3.1變頻調(diào)速自動張緊裝置的系統(tǒng)組成12</p><p>　　3.2變頻調(diào)速自動張緊裝置工作原理12</p><p>　　3.3變頻調(diào)速自動張緊裝置的特點13</p><p>　　3.4本課題所做的工作14</p><p>　　4設(shè)計計算部分15</p><p>　　4.1

5、輸送機參數(shù)15</p><p>　　4.1.1帶式輸送機原始參數(shù)15</p><p>　　4.1.2帶式輸送機運行阻力15</p><p>　　4.1.3輸送帶張力15</p><p>　　4.2張緊裝置的設(shè)計16</p><p>　　4.2.1輸出功率16</p><p>　　4

6、.2.2鋼絲繩的選型16</p><p>　　4.2.3卷筒的設(shè)計計算17</p><p>　　4.2.4傳動方案、總傳動效率、傳動比分配及電機選型18</p><p>　　4.2.5減速器傳動運動參數(shù)的計算19</p><p>　　4.2.6減速器內(nèi)傳動的設(shè)計計算19</p><p>　　4.2.7減速器外

7、傳動的設(shè)計及其說明44</p><p>　　4.2.8控制系統(tǒng)的設(shè)計及其說明45</p><p><b>　　參考文獻74</b></p><p><b>　　英文原文75</b></p><p><b>　　中文譯文80</b></p><p&g

8、t;<b>　　致 謝87</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展及科技的進步，帶式輸送機向高速、長距離、大運量和大功率方向發(fā)展，輸送距離也隨之越來越長。帶式輸送機系統(tǒng)的動態(tài)特性日益突出，不容忽視。而張緊裝置作為帶式輸送機的一個重要組成部分，其重要作用和特性決定了它對帶式輸送機系統(tǒng)動態(tài)特性

9、的影響更加突出。</p><p>　　張緊裝置作為帶式輸送機系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，它的性能好壞直接影響帶式輸送機的性能，因此國內(nèi)外學(xué)者也對其做了很多研究，大致可歸納為三個階段。</p><p>　　大型帶式輸送機拉緊裝置應(yīng)具有自動調(diào)節(jié)拉緊力、響應(yīng)速度快、可靠性高等特性。</p><p>　　國內(nèi)的拉緊裝置目前能做到自動調(diào)節(jié)拉緊力，但響應(yīng)速度不快、可靠性不高，即

10、：當受外界干擾時，如何合理地對其進行控制調(diào)整，使輸送機的動態(tài)性能最佳，這就需要深入研究輸送機的動態(tài)特性及拉緊裝置的工作特點。</p><p>　　大型帶式輸送機對張緊裝置性能要求高，中小型帶式輸送機中廣泛使用的電動絞車張緊和重錘張緊方式不能滿足需要，必須采用大拉力自動張緊裝置，自動張緊裝置在輸送機起、制動及正常運行時能實現(xiàn)輸送帶張力的自動調(diào)節(jié)，保證輸送代以較小的張力運行，這對大型帶式輸送機來說可以提高輸送帶的使用

11、壽命，提高整個輸送機系統(tǒng)的可靠性、安全性。自動張緊裝置設(shè)計時必須考慮的一個重要因素是：張緊裝置的反應(yīng)速度不能不能滯后于張力波在輸送帶中的傳播速度。國內(nèi)外使用的自動張緊裝置種類很多，較有代表性的有兩種形式：自動控制絞車張緊和液壓系統(tǒng)與絞車結(jié)合張緊。英國和日本較多使用自動控制絞車張緊方式，歐洲國家則更多地使用液壓系統(tǒng)。這兩種形式的張緊裝置為機電液一體化產(chǎn)品，從一定程度上設(shè)備較復(fù)雜，還有待進一步改進。本課題所進行的變頻調(diào)速張緊裝置研究，略去了

12、液壓調(diào)速部分，使設(shè)備更加緊湊，使用更加方便。</p><p>　　交流電動機變頻調(diào)速在近20年來得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅猛發(fā)展使得交流電動機變頻調(diào)速開始逐步替代直流電動機調(diào)速，與此同時交流電動機的變頻調(diào)速也在不斷進步，人們采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制技術(shù)（即V/f比為常數(shù)）、轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使得變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在

13、一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，同時又比矢量控制方法簡便。</p><p>　　國內(nèi)拉緊裝置性能差、工作不可靠是國內(nèi)大型帶式輸送機運行事故多的原因之一，但目前拉緊技術(shù)還不被人們所重視。與國外技術(shù)還有很大差距，有待進一步研究開發(fā)。[24]</p><p>　　帶式輸送機的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　帶式輸送機發(fā)展至今已有150多年的歷史，早期的輸送帶式用皮革之

14、類的材料制成的，后來用皮革加纖維織物制造。目前使用的輸送帶主要有單層織物芯輸送帶、雙層織物芯輸送帶，用于長距離帶式輸送機的鋼絲身心輸送帶。隨著物料運輸量的增大，帶式輸送機取得了巨大的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的新型結(jié)構(gòu)帶式輸送機，其中具有代表性的主要有：深槽帶式輸送機、花紋帶式輸送機、管狀帶式輸送機、氣墊式帶式輸送機、平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機、線摩擦帶式輸送機等。[27]</p><p>　　帶式輸送機是以輸送帶作為牽引和承載載

15、體一種長距離運輸設(shè)備。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-1所示，主要由輸送帶、滾筒、拉緊裝置等組成。輸送帶繞經(jīng)傳動滾筒和尾部滾筒形成無極環(huán)形帶，上下輸送帶由托輥支撐以限制輸送帶的扭曲垂度，拉緊裝置為輸送帶提供所需的張力。工作時驅(qū)動裝置驅(qū)動傳動滾筒，通過傳動滾筒和輸送帶之間的摩擦力驅(qū)動輸送帶運行，物料裝在輸送帶上，隨著輸送帶一起運動。[27] </p><p>　　圖 1-1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)原理</p>

16、<p>　　張緊裝置在帶式輸送機中的作用</p><p>　　帶式輸送機的傳動是靠輸送帶與滾筒之間的摩擦力來完成，因此，輸送帶張力的大小與變化對帶式輸送機的運行起著重要的作用，而輸送帶張力是靠張緊裝置提供的，所以，張緊裝置就是影響帶式輸送機的關(guān)鍵設(shè)備。</p><p>　　張緊裝置在大型帶式輸送機系統(tǒng)中的主要作用：1）產(chǎn)生預(yù)緊力，防止輸送帶在傳動滾筒上打滑，確保傳動滾筒傳遞足夠的

17、圓周力。2）使輸送帶在兩節(jié)托輥間的垂度滿足要求，減小輸送帶在托輥間的運行阻力，并防止輸送機撒料。3）在帶式輸送機啟、制動及正常運行中補償輸送帶的塑性及彈性伸長。4）減小啟制動時輸送帶中出現(xiàn)的動負荷。5）為輸送帶重接接頭提供必要的行程。6）在輸送帶、傳動滾筒等部件維修時釋放輸送帶中的張緊力。</p><p>　　張緊裝置的發(fā)展及國內(nèi)外研究動態(tài)</p><p>　　張緊裝置作為帶式輸送機系統(tǒng)不

18、可缺少的重要組成部分，它的性能好壞直接影響帶式輸送機的性能，因此國內(nèi)外學(xué)者也對其做了很多研究，大致可歸納為三個階段：[24]</p><p>　　第一階段：純機械張緊。主要產(chǎn)品有兩種：固定式絞車拉緊、重錘式拉緊。從本質(zhì)上說，絞車拉緊的功能只是拉緊，當膠帶由于種種原因伸長而張緊力下降時，只能通過人的觀察發(fā)現(xiàn)后重新張緊；重錘式張緊裝置通過滑輪組和重錘塊達到張緊目的，當膠帶伸長時，能自動吸收其伸長。</p>

19、<p>　　第二階段：張緊力可調(diào)。典型產(chǎn)品是自動絞車（機械絞車或液壓絞車）自動張緊裝置。技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為：只能實現(xiàn)在穩(wěn)定（勻速）階段的自動張緊，保持膠帶在該階段的張力恒定，而在啟動與制動等不穩(wěn)定工況下則與固定式絞車相同。其結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為：帶有閘——轎車張緊時松閘，停止時緊閘，絞車運轉(zhuǎn)的時間很短，而大部分時間處于停車待命狀態(tài)。</p><p>　　第三階段：動態(tài)自動張緊（實現(xiàn)動態(tài)跟蹤）。主要產(chǎn)品有液壓絞

20、車自動張緊與液壓缸自動張緊。如果內(nèi)外使用較多的KJ2029型礦用帶式輸送機自動張緊系統(tǒng)，法國A型帶式輸送機液壓缸自動張緊系統(tǒng)，DYL液壓缸自動張緊系統(tǒng)。這幾種張緊裝置都具有動態(tài)響應(yīng)快、張力可調(diào)的功能，能在啟制動狀態(tài)和正常運行狀態(tài)保持不同的張緊力。</p><p>　　第三階段國內(nèi)具有代表性的產(chǎn)品就是由中國礦業(yè)大學(xué)研制的液壓控制自動張緊裝置。其特點是：啟動時輸送帶奔離點的張力值可自動調(diào)高到穩(wěn)定時的1.4～1.5倍，

21、穩(wěn)定運行時自動降低到原值；用動滑輪來解決張緊裝置對大行程的要求；使用蓄能器提高系統(tǒng)張力的穩(wěn)定性，使用壓力繼電器控制張力的變化。</p><p>　　國外主要有澳大利亞ACE輸送機公司帶式輸送機自動張緊裝置（APW）。該專利絞車就是專為控制和調(diào)節(jié)帶式輸送機的皮帶張力而設(shè)計的張緊裝置，它具有快速的松帶和緊帶性能，反應(yīng)敏捷、體積小、控制靈活、運行可靠、操作簡單、安裝方便、噪音小、保護功能齊全等一系列優(yōu)點，在世界上許多國

22、家都得到了快速發(fā)展和應(yīng)用[24]</p><p>　　APW張緊裝置可在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)和控制皮帶張力，具有良好的動態(tài)性能。我國的神華集團、兗州礦務(wù)局、晉城礦務(wù)局等現(xiàn)代化礦井的大型輸送機均使用這種張緊裝置，國內(nèi)礦井最長的6000m（運量2500t/h）順槽輸送機和6762m（運量2500t/h）固定輸送機的張緊技術(shù)便采用了該裝置。這種新型張緊裝置不僅在高產(chǎn)高效長臂工作面的可伸縮順槽輸送機上普遍使用，而且在大運量、長距

23、離、高速的固定帶式輸送機上使用量也在不斷擴大，就目前國內(nèi)外張緊裝置，APW張緊裝置在大型皮帶輸送機上的運用效果良好。現(xiàn)在澳大利亞ACE公司已經(jīng)研制出變頻調(diào)速自動張緊裝置，但國內(nèi)還是空白，有待我們研究開發(fā)更先進的張緊裝置，而我就提出了自己的想法，嘗試著自己去初步設(shè)計。</p><p>　　變頻調(diào)速自動張緊裝置除了具有液壓自動張緊裝置所具有的優(yōu)點外，還具有液壓自動張緊裝置所不具備的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)更簡單、體積更小、維修調(diào)試

24、更方便等等。</p><p><b>　　張緊裝置的種類綜述</b></p><p>　　張緊裝置按其種類可分為：重錘式、固定式、自動張緊三大類。</p><p><b>　　（1）重錘式</b></p><p>　　重錘式張緊裝置利用重錘來自動張緊，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍廣泛。由于靠重錘自動張緊，所以

25、它能保證張緊力在各種工況下保持不變，而且能自動補償膠帶伸長。這種張緊裝置主要是保持張緊力不變，所以這就要求重錘拉緊裝置的張緊力按帶式輸送機啟動、制動和正常工作時的最大張緊力進行設(shè)計。這導(dǎo)致皮帶始終處于高張緊狀態(tài)</p><p>　　重錘式張緊裝置的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠性高。缺點是：拉緊力不能調(diào)節(jié)，降低皮帶與設(shè)備的使用壽命；空間要求大，在空間受限制的地方，無法使用；由于改向滾筒多，物料容易掉入輸送帶與拉緊滾筒

26、之間而損壞皮帶，特別是在輸送潮濕且粘性較大的物料時。但由于其結(jié)構(gòu)簡單，對短距離上的帶式輸送機來說還是適用的。</p><p><b>　　固定式</b></p><p>　　固定式張緊裝置是帶式輸送機在運轉(zhuǎn)過程中拉緊滾筒位置始終保持不變。固定式張緊裝置包括螺旋張緊裝置和絞車固定張緊裝置。</p><p>　　螺旋張緊裝置是將拉緊滾筒的軸承座固定

27、在活動架上，螺桿與活動架相連，通過調(diào)節(jié)螺桿來達到調(diào)節(jié)拉緊形成的目的。由于這種調(diào)節(jié)方式受螺桿行程的限制，所以只適用于短距離的帶式輸送機。</p><p>　　絞車固定張緊裝置是通過絞車調(diào)節(jié)張緊力的一種張緊裝置，適用于長距離帶式輸送機。它有手動和自動兩種，手動絞車一般應(yīng)用于長距離帶式輸送機。不論哪一種，都是在輸送機停機時進行張緊力的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式由于絞車可以消化吸收膠帶所產(chǎn)生的永久變形，所以可以將絞車作為輸送帶的

28、儲帶裝置。</p><p><b>　　自動張緊</b></p><p>　　自動張緊裝置是在絞車張緊裝置的基礎(chǔ)上，加上自動控制系統(tǒng)而成的一種具有自動調(diào)節(jié)功能的裝置，可實現(xiàn)帶式輸送機在工作狀態(tài)是張緊力的自動調(diào)節(jié)。</p><p>　　當輸送機啟、制動時張緊力是正常工作時的1.4～1.5倍，而在正常工作時張緊力自動降低到合適的值。適用于現(xiàn)代化長距

29、離帶式輸送機。目前使用較多的兩種自動張緊裝置有：自動絞車式張緊裝置和液壓式自動張緊裝置。雖然這二種自動張緊裝置能實現(xiàn)對張緊力的自動調(diào)節(jié)，但它們都采用了普通的起動方式，對電網(wǎng)和設(shè)備具有沖擊。而且液壓式自動張緊裝置從結(jié)構(gòu)上來說比較復(fù)雜，設(shè)備的維護也較繁瑣。</p><p><b>　　選題的目的與意義</b></p><p>　　目前，國內(nèi)外已使用了許多長距離、大運量、多

30、點驅(qū)動的帶式輸送機，由于膠帶是彈性體，在輸送機的啟動與停車過程中，膠帶內(nèi)會儲存或釋放很大的能量，這些能量在膠帶內(nèi)會形成很大的應(yīng)力波動。為了吸收膠帶應(yīng)力波動的能量，在一些設(shè)計中常常采用恒力自動張緊裝置。由于輸送機動力學(xué)計算的理論尚不成熟，國內(nèi)在帶式輸送機系統(tǒng)的設(shè)計中一般都按靜力學(xué)計算，對于輸送機的最大起動圓周力是按工作圓周力的1.4～1.5倍進行計算，這樣造成輸送機膠帶和設(shè)備投資費用過高，主要受力部件的參數(shù)過大，也常常使輸送機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布

31、置、驅(qū)動裝置、張緊裝置和制動裝置的參數(shù)設(shè)置不合理，在一些礦井，輸送機緊急停車時，會造成膠帶局部應(yīng)力過小而導(dǎo)致膠帶松弛、物料堆積、膠帶損壞等嚴重事故。因此，了解帶式輸送機的動態(tài)特性是必要的。</p><p>　　影響帶式輸送機動態(tài)特性的因素是多方面的。對輸送機進行優(yōu)化的主要目標是降低輸送帶起動的動張力峰值，保證輸送機在較低的安全系數(shù)下能夠穩(wěn)定運行，同時還要盡量使輸送機在正常運行時的張力不至于過低，以防止振動、跑偏、

32、驅(qū)動滾筒打滑等不利現(xiàn)象。雖然諸多的邊界條件都可以使輸送機的動態(tài)特性發(fā)生改變，但是可操作的因素卻很有限，只有驅(qū)動裝置與拉緊裝置可以通過軟起動與控制拉緊力的方式來改善輸送機整機動態(tài)特性，因此，對輸送機動態(tài)特性的優(yōu)化研究主要集中在驅(qū)動與拉緊系統(tǒng)的特性上。</p><p>　　皮帶張緊裝置作為大型皮帶輸送機起動與運行的重要輔助設(shè)備，可以防止皮帶運輸機皮帶在起動和運行時由于皮帶張緊力不合適所造成的皮帶與輸送論之間打滑現(xiàn)象，

33、從而提高皮帶運輸機的運行可靠性，延長皮帶使用壽命。</p><p>　　然而拉緊裝置的這些影響，不僅和其自身性能有關(guān)，還和它與輸送機其它部件之間的配置關(guān)系有關(guān)（如安裝位置和驅(qū)動點之間的距離等）。而對輸送機整體運行起決定作用的是拉緊力的變化方式。</p><p>　　大型帶式輸送機拉緊裝置應(yīng)具有自動調(diào)節(jié)拉緊力、響應(yīng)速度快、可靠性高等特性。</p><p>　　國內(nèi)的拉

34、緊裝置目前能做到自動調(diào)節(jié)拉緊力，但響應(yīng)速度不快、可靠性不高，即：當受外界干擾時，如何合理地對其進行控制調(diào)整，使輸送機的動態(tài)性能最佳，這就需要深入研究輸送機的動態(tài)特性及拉緊裝置的工作特點。</p><p>　　大型帶式輸送機對張緊裝置性能要求高，中小型帶式輸送機中廣泛使用的電動絞車張緊和重錘張緊方式不能滿足需要，必須采用大拉力自動張緊裝置，自動張緊裝置在輸送機起、制動及正常運行時能實現(xiàn)輸送帶張力的自動調(diào)節(jié)，保證輸送

35、代以較小的張力運行，這對大型帶式輸送機來說可以提高輸送帶的使用壽命，提高整個輸送機系統(tǒng)的可靠性、安全性。自動張緊裝置設(shè)計時必須考慮的一個重要因素是：張緊裝置的反應(yīng)速度不能不能滯后于張力波在輸送帶中的傳播速度。國內(nèi)外使用的自動張緊裝置種類很多，較有代表性的有兩種形式：自動控制絞車張緊和液壓系統(tǒng)與絞車結(jié)合張緊。英國和日本較多使用自動控制絞車張緊方式，歐洲國家則更多地使用液壓系統(tǒng)。這兩種形式的張緊裝置為機電液一體化產(chǎn)品，從一定程度上設(shè)備較復(fù)雜

36、，還有待進一步改進。本課題所進行的變頻調(diào)速張緊裝置研究，略去了液壓調(diào)速部分，使設(shè)備更加緊湊，使用更加方便。</p><p>　　交流電動機變頻調(diào)速在近20年來得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其是電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅猛發(fā)展使得交流電動機變頻調(diào)速開始逐步替代直流電動機調(diào)速，與此同時交流電動機的變頻調(diào)速也在不斷進步，人們采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制技術(shù)（即V/f比為常數(shù)）、轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩

37、控制的發(fā)展過程，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使得變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，同時又比矢量控制方法簡便。</p><p>　　國內(nèi)拉緊裝置性能差、工作不可靠是國內(nèi)大型帶式輸送機運行事故多的原因之一，但目前拉緊技術(shù)還不被人們所重視與國外技術(shù)還有很大差距，有待進一步研究開發(fā)。</p><p>　　本設(shè)計也只是盡綿薄之力嘗試一下，仍有許多不足之處，希望能給大家提供一些幫助。

38、</p><p>　　帶式輸送機張緊裝置理論分析</p><p>　　2.1張緊裝置的合理布置</p><p>　　張緊裝置的合理選用與合理布置，是保證輸送機正常運轉(zhuǎn)、起動和制動時膠帶在驅(qū)動滾筒上不打滑的必要條件。一般情況下，布置拉緊裝置必須考慮以下幾點：</p><p>　　1）拉緊裝置要盡可能布置在膠帶張力的最小邊。</p>

39、<p>　　2）長度在300米以上的水平或坡度在5%以下的傾角輸送機，拉緊裝置應(yīng)設(shè)置在緊靠滾筒的空載側(cè)。</p><p>　　3）距離較短的輸送機和坡度在5%以上的上傾輸送機，拉緊裝置大多布置在輸送機尾部，并用尾部滾筒作為拉緊滾筒。</p><p>　　4）在雙滾筒驅(qū)動時，一般拉緊裝置設(shè)置在后一個傳動滾筒分離點；考慮傳遞制動力的要求，也可設(shè)置在兩個傳動滾筒之間。</p&

40、gt;<p>　　5）不論哪一種拉緊裝置，都必須布置成拉緊滾筒繞入和繞出膠帶分支與滾筒位移線平行，而且施加的張緊力要通過滾筒中心。</p><p>　　2.2帶式輸送機正常運行時對張緊力的要求</p><p>　　2.2.1撓性體摩擦傳動理論</p><p>　　帶式輸送機運動過程中，輸送帶呈環(huán)形，并以一定的拉力作用在滾筒上。帶式輸送機靠驅(qū)動滾筒與輸

41、送帶之間的摩擦力來傳遞牽引力。如圖2-1所示，當帶傳動不工作時，輸送帶兩邊的拉力相等；當驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)時，由于輸送帶對滾筒的摩擦力作用使相遇點的張力加大到T1,稱為緊邊拉力；分離點的張力減小到T2，稱為松邊拉力；兩者之差即為摩擦力。</p><p>　　圖 2-1 撓性體摩擦傳動</p><p>　　為了簡化計算，假設(shè)輸送帶驅(qū)動滾筒處不可拉伸，沒有彎曲阻力，沒有質(zhì)量且在滾筒圍包弧的摩擦系數(shù)不

42、變。</p><p>　　在圍包角弧內(nèi)任取一微量弧長dl,所對應(yīng)的圍抱角為dθ。在這段弧長內(nèi)，輸送帶受到的力有：近分離點c點的張力T，近相遇點d點的張力T+dT，滾筒對輸送帶的支反力dTN，圖中μ為驅(qū)動滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)。在極限狀態(tài)下，即摩擦力達到最大靜摩擦力時，可得出下列方程：</p><p>　　由于dθ很小，可近似認為這樣兩式可變?yōu)?lt;/p><p>　

43、　略去微量項，并將它代入（2-4）得</p><p>　　兩邊積分</p><p>　　求解得 </p><p>　　此即為撓性體摩擦傳動的歐拉公式。</p><p>　　式中e——自然對數(shù)的底，e=2.718；T2max——輸送帶在相遇點的極限張力。</p><p>

44、;　　2.2.2 傳動滾筒（只介紹單傳動滾筒）</p><p><b>　　（一）驅(qū)動力</b></p><p>　　輸送帶在驅(qū)動滾筒上緊邊與松邊的張力差，即是驅(qū)動滾筒的驅(qū)動力。當假設(shè)輸送帶作為一種撓性體，可以任意彎曲，不受彎曲應(yīng)力；忽略輸送帶質(zhì)量所產(chǎn)生的重力與慣性力，輸送帶與滾筒相遇點的張力T1和分離點的張力T2按歐拉公式有如下關(guān)系：</p><

45、p>　　T1=T2eμλ（2-6）</p><p>　　由此得到傳動滾筒所傳遞的驅(qū)動力為</p><p>　　式中μ——輸送帶雨滾筒間的摩擦系數(shù)；</p><p>　　λ——滾筒與輸送帶有相對彈性滑動弧對應(yīng)的圓心角，rad；</p><p>　　α——輸送帶圍包滾筒的角度（包角），rad；</p><p&g

46、t;　　圖 2-2 圍抱角力示意</p><p>　　如圖2-2所示，從分離點到相遇點張力按指數(shù)增加，由于輸送帶為彈性體，所以隨著張力的變化，輸送帶的伸長也要發(fā)生變化，故驅(qū)動滾筒上輸送帶會由分離點向相遇點發(fā)生彈性滑動。但是，并不是全部接觸弧上都發(fā)生彈性滑動。接觸弧可分為有相對滑動的滑動弧和無相對滑動的靜止弧兩部分。兩弧所對應(yīng)的中心角分別為滑動角和靜止角，隨著載荷的增加滑動角逐漸加大而靜止角逐漸減小。當滑動角達到時

47、，輸送帶開始打滑，所以傳動滾筒可能傳遞的最大驅(qū)動力為</p><p>　　Fmax=T1max-T2=T2(eμα-1)(2-8)</p><p>　　研究表明，滑動弧并非單純彈性滑動，而存在傳送帶與滾筒之間的滑-粘效應(yīng)，也就是產(chǎn)生摩擦力的原因不僅有輸送帶和滾筒之間的彈性滑動，還有輸送帶與滾筒之間的粘滯作用，這樣，摩擦系數(shù)就大于單純的滑動摩擦系數(shù)。</p><

48、p>　　設(shè)計中為了安全起見，將傳動滾筒可以傳遞的最大驅(qū)動力與傳動滾筒需要傳遞的驅(qū)動力之比作為備用系數(shù)，即：</p><p>　　ξ=Fmax/F(2-9)</p><p>　　這里備用系數(shù)ξ并不是為滿足摩擦的備用系數(shù)，而是相對于起、制動動載荷的備用系數(shù)。ξ取1.3～1.5。</p><p>　　所以當圍包角和分離點張力一定時，傳動滾筒傳遞的驅(qū)動力為&l

49、t;/p><p>　　F=T2(eμα-1)/ξ(2-10)</p><p>　　當包角和傳遞滾筒所需的傳遞驅(qū)動力一定時，分離點的張力為</p><p>　　T2=ξF/(eμα-1)(2-11)</p><p>　　由此可知，要提高驅(qū)動力可以從以下三方面考慮：</p><p>　　1）增大張緊力增

50、加初張力，可使輸送帶在傳動滾筒分離點的張力T2增加。用這種方法，雖然使張力增大了，但也可能是驅(qū)動裝置增大，增加設(shè)備的投資。從另一方面講，適當增加張緊力對輸送機工作是有利的，所以在權(quán)衡二者的情況下再來選擇合適的張緊力。</p><p>　　2）增大圍包角α增加α的方法有兩種：a.單驅(qū)動滾筒加增面滾筒；b.雙驅(qū)動滾筒增加增面滾筒。</p><p>　　3）增大摩擦系數(shù)μ一是在驅(qū)動滾筒表面

51、覆蓋一層摩擦系數(shù)較大的襯墊材料；另一種方法是在驅(qū)動滾筒的襯墊滾筒表面上做各種花紋；再一種方法就是將輸送帶本身做成花紋的。</p><p><b>　　（二）制動力</b></p><p>　　在電動機處于制動狀態(tài)時，T1與T2仍然滿足歐拉公式，只是相遇點張力T1變?yōu)榈蛷埩?，分離點的張力變?yōu)楦邚埩2，設(shè)傳動滾筒所需傳遞的制動力為FB，可得下列各式：</p>

52、<p>　　由上式可得</p><p>　　一般情況下，張緊裝置設(shè)置在傳動滾筒的分離點側(cè)，由式（2-12）可知，如果想提高制動力，只能增加張緊力。為了減小張緊力，又需要把張緊力設(shè)置在驅(qū)動滾筒的相遇點一側(cè)，所以一般在電動機處設(shè)置負功率反饋發(fā)電狀態(tài)時，要把驅(qū)動裝置設(shè)置在輸送機尾部。</p><p>　　2.3張緊裝置參數(shù)的確定</p>&l

53、t;p>　　2.3.1張緊力的確定</p><p>　　張緊力的確定需要考慮輸送機在起、制動及正常運行工況下的張緊力情況；輸送機的布置線路情況以及輸送量。張緊力的計算，主要分下面三種情況：</p><p>　　1）重錘式拉緊裝置由于張力保持不變，所以應(yīng)按照張力最大的情況進行設(shè)置張緊力。</p><p>　　2）自動式張緊裝置可以根據(jù)各種工況計算出所需的張力，在

54、輸送機的運行過程中，張緊裝置可以提供相應(yīng)工況的張力，但在設(shè)置張緊裝置時，張緊裝置所輸送的張力應(yīng)根據(jù)輸送機所需的最大張力來設(shè)計。</p><p>　　3）固定式張緊裝置的張緊力要考慮輸送機在不同工況下的張力分布提供必要的最小張緊力。</p><p>　　輸送機的布置形式和線路都有很大不同，本設(shè)計所做的是針對頭部滾筒傳動的輸送機，張緊裝置在傳動滾筒的松邊、制動器安裝在驅(qū)動裝置上為例來說明張緊力

55、的確定。設(shè)輸送機的驅(qū)動力為F,制動力為FB。</p><p>　　在驅(qū)動狀態(tài)時，滿足摩擦傳動的張緊力TTUA為</p><p>　　在制動狀態(tài)，滿足摩擦傳動的張緊力TTUA為</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　按逐點張力計算法從傳動滾筒的分離點開始編號把輸送帶分為n段。在驅(qū)動狀態(tài)，設(shè)各

56、段的阻力為FAi(i=1，2，···，n)，可計算出各點的張力</p><p>　?。╥=1，2，···，n）</p><p>　　這里FA1=-FA，T1=TTUA</p><p>　　輸送帶張力除滿足驅(qū)動條件傳動條件，還有考慮滿足輸送帶的垂度要求等。計算出上分支所需要的最小拉力為Tmin，設(shè)上分支的各點

57、張力為Tj（j=m,m+1,···m+0-1）(m為從此點開始為上分支，o為承載段的點數(shù))，下分支的各點張力為Tj(j=k,k+1,···，k+u-1)（k為從此點開始為下分支，u為承載段的點數(shù)）。</p><p>　　當Tmino>min時，取上分支的最小張力為Tmino，即將輸送帶的各點張力增加</p><p>　　ΔT

58、0=Tmino-min{Tj(j=m，m+1，···，m+o-1)}</p><p>　　當Tmino≤min時，各點張力不變，即輸送帶的各點張力增加為0。</p><p>　　當Tmino>min時，取上分支的最小張力為Tmino，即將輸送帶的各點張力增加</p><p>　　ΔTu=Tmino-min{Tj(j=m，m+1，&

59、#183;··，m+u-1)}</p><p>　　當Tmino≤min時，各點張力不變，即輸送帶的各點張力增加為0</p><p>　　這樣，輸送帶各點張力需要增加量為ΔT=max{ΔTo,ΔTu}</p><p>　　這樣，輸送帶各點的張力分別增加ΔT后，各點張力變?yōu)門=Ti+ΔTi，張緊力為</p><p>　　T’

60、TUA=TTUA+ΔT(2-15)</p><p>　　制動狀態(tài)的張緊力可以類似方法得到。</p><p>　　2.3.2張緊裝置行程的確定</p><p>　　輸送機拉緊行程的確定需要考慮以下幾個方面的因素：</p><p>　　1）留有足夠的長度來接輸送帶接頭</p><p>　　2）補償輸送帶永久伸長的行

61、程</p><p>　　3）補償輸送帶彈性伸長的行程</p><p>　　輸送帶接頭長度和輸送帶永久伸長的長度可以從手冊中查到，不再說明，這里只計算輸送帶的彈性伸長。計算時，把輸送帶作為彈性體來研究。</p><p>　　彈性伸長的計算是在已知輸送帶在各種工況的張力分布下，通過逐點張力計算法得到的。計算各種工況下相對于輸送帶靜止時的伸長量，需要首先知道輸送帶靜止時的

62、張力分布，但這又是很困難的。一般情況，當輸送帶的傾角較小，由于輸送帶的下滑力小于輸送帶的靜摩擦力，輸送帶的張力不確定。</p><p>　　通過逐點張力計算得到的張力可以表示為圖2-3所示的曲線，圖中i、i+1為輸送帶上張力變化的臨近點，各點的張力分別為Ti、Ti+1，從i到i+1區(qū)間輸送帶的長度為Li，各段輸送帶上張力是線性變化的。[28]</p><p>　　圖 2-3 張力曲線<

63、;/p><p>　　在區(qū)間[I,i+1]，輸送帶的能量為，輸送帶的總能量為</p><p>　　，輸送帶的總伸長為ΔL=U/（EB），考慮輸送帶垂度的影響，輸送帶的總伸長量為 ，對應(yīng)不同工況，可以計算出輸送帶在靜止時的彈性伸長量ΔLs，啟動時的彈性伸長量ΔLA，停機過程的彈性伸長量ΔLB，正常運行時的彈性伸長量ΔLR，從而得到相對于輸送機靜止時的彈性伸長量為：正常啟動時ΔLRS=ΔLR-Δ

64、LS；啟動過程中ΔLAS=ΔLA-ΔLS；停機過程中ΔLBS=ΔLB-</p><p><b>　　ΔLS。</b></p><p>　　變頻調(diào)速張緊裝置系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　3.1變頻調(diào)速自動張緊裝置的系統(tǒng)組成</p><p>　　我設(shè)計的變頻調(diào)速自動張緊裝置主要由防爆變頻器、隔爆型三向異步電動機、電磁離

65、合器、電磁制動器、漸開線圓柱斜齒輪三級展開式減速器、卷筒、張力傳感器及控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 系統(tǒng)構(gòu)成示意</p><p>　　3.2變頻調(diào)速自動張緊裝置工作原理</p><p>　　當帶式輸送機啟動時，首先把輸送機電動機起動信號傳遞給自動張緊裝置控制系統(tǒng)。防爆變頻器、隔爆電動機、電磁離合器、電磁制動器順序得電，

66、隔爆電動機帶動電磁離合器、聯(lián)軸器、電磁制動器、減速器和卷筒工作，鋼絲繩通過滑輪組拉緊輸送機驅(qū)動滾筒。</p><p>　　當張力傳感器反饋張緊力達到起動時的設(shè)定值時，即正常工作時的1.5倍，電磁離合器、電磁制動器先后斷電。此時電磁制動器處于失電制動狀態(tài)。</p><p>　　輸送機電動機起動結(jié)束后，主電動機起動結(jié)束信號再次傳遞給張緊裝置控制系統(tǒng)，這時電磁制動器得電，電磁制動器中摩擦片受電磁

67、力作用被松開，卷筒靠輸送帶張力逆轉(zhuǎn)，起到自動松帶的效果，直到張力傳感器反饋的數(shù)值達到設(shè)定的工作值時，電磁制動器斷電，電磁制動器中制動摩擦片依靠內(nèi)部彈簧壓緊從而起到制動效果。</p><p>　　在正常工作時允許輸送機張力在設(shè)定值的±10%范圍內(nèi)波動。如果皮帶張緊力小于設(shè)定的張力，自動張緊裝置自動啟動，輸送帶被拉緊，直到張緊力達到設(shè)定的范圍內(nèi)。當張力大于設(shè)定的張緊力，電磁離合器得電、電磁制動器得電，制動器

68、內(nèi)摩擦片被松開，皮帶張力自動下降。</p><p>　　當張緊力突然下降到0時，說明皮帶斷裂或發(fā)生其它情況，此時張緊裝置停止工作。</p><p>　　詳細的控制工作過程詳見控制系統(tǒng)部分的設(shè)計。</p><p>　　3.3變頻調(diào)速自動張緊裝置的特點</p><p><b>　?。?）變頻調(diào)速</b></p>

69、<p>　　變頻調(diào)速自動張緊裝置采用目前較為先進的變頻調(diào)速控制技術(shù)，這樣在張緊裝置起、制動時減少對皮帶的沖擊，從而延長設(shè)備的使用壽命。</p><p>　?。?）自動調(diào)節(jié)張緊力且適應(yīng)性強</p><p>　　變頻調(diào)速自動張緊裝置可以在輸送機運行過程中，根據(jù)帶式輸送機的運行條件自動調(diào)節(jié)張緊力。滿足輸送機起、制動及正常運行時能自動以不同的張緊力運行，保證輸送機以較大張力起、制動，

70、防止輸送帶波涌現(xiàn)象，同時能以較小的張力穩(wěn)定運行。這對大型帶式輸送機來說提高了整個輸送機系統(tǒng)的可靠性、安全性。同時提高了輸送帶的使用壽命。</p><p>　　實際上輸送機各種工況下張力的理論值與現(xiàn)場實際值之間有很大的差距，加上控制系統(tǒng)信號采集誤差，造成現(xiàn)場工作點張力偏離理論值很大。這就要求張緊裝置對張力的調(diào)節(jié)功能較強。本系統(tǒng)中，各種工況下張力的控制范圍可在PLC中進行設(shè)定，使張緊裝置能靈活控制各種工況條件下的張力

71、范圍。</p><p><b>　?。?）響應(yīng)速度快</b></p><p>　　自動張緊裝置設(shè)計時必須考慮的另一個重要因素是：張緊裝置的反應(yīng)速度不能低于張力波在輸送帶中的傳播速度。由公式3-1得出彈性波的傳播速度j。</p><p>　　m/s （3-1）</p><p&g

72、t;　　式中E——膠帶的彈性模量 N/mm2；A——膠帶面積 mm2；q——膠帶、貨物及托輥單位長度的質(zhì)量 kg/m。</p><p>　　在變頻調(diào)速自動張緊裝置中，傳感器、電磁離合器及電磁制動器等元件都通過控制系統(tǒng)直接控制，反應(yīng)速度都能控制在0.5s以內(nèi)，電動機的反應(yīng)速度也能通過變頻器的設(shè)定控制在2s以內(nèi)，能滿足張緊裝置對反應(yīng)速度的要求，而且響應(yīng)速度快。</p><p><b>

73、;　　（4）設(shè)備維護簡單</b></p><p>　　變頻調(diào)速自動張緊裝置由于只有電器與機械部分，與目前帶式輸送機上使用的許多張緊裝置相比，中間減少了一些機械與液壓部件。從一臺設(shè)備使用的角度來講，在滿足使用的條件下，系統(tǒng)與零部件越少，結(jié)構(gòu)越簡單，越不易出現(xiàn)問題，而且維護也方便快捷。</p><p>　　變頻調(diào)速自動張緊裝置作為一種新型的皮帶張緊裝置。能對張緊力進行實時監(jiān)控并進行

74、自動調(diào)節(jié)，而且響應(yīng)速度快。由于采用了變頻調(diào)速技術(shù)，因此起、制動時對皮帶的沖擊有明顯的降低，有效增加皮帶和設(shè)備的使用壽命。與其它形式的張緊裝置相比，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，能實現(xiàn)對長距離帶式輸送機的張緊要求。</p><p>　　3.4本課題所做的工作</p><p>　　1）對帶式輸送機張緊系統(tǒng)進行理論分析，總結(jié)了輸送機啟動張緊力、制動張緊力和正常張緊力的計算方法以及張緊系統(tǒng)的安裝位置

75、。設(shè)計出變頻調(diào)速自動張緊裝置。</p><p>　　2）設(shè)計出了配套的滾筒，通過滾筒的旋轉(zhuǎn)來拉緊皮帶或放松皮帶。</p><p>　　2）設(shè)計了三級展開式圓柱斜齒輪減速器，用于聯(lián)接電機與滾筒，以便降低隔爆電機的高速合理驅(qū)動滾筒。</p><p>　　3）選取了西門子MM440變頻器，對其進行介紹，并設(shè)計出了其與PLC、電動機的接線圖及控制程序。</p>

76、<p>　　4）介紹了如何運用STEP7-Micro/WIN32軟件對PLC程序的運行進行監(jiān)控及調(diào)試。</p><p>　　5）介紹了如何實現(xiàn)PC對PLC的遠程編程或控制。</p><p><b>　　設(shè)計計算部分</b></p><p><b>　　4.1輸送機參數(shù)</b></p><p&

77、gt;　　4.1.1帶式輸送機原始參數(shù)</p><p>　　輸送機長度：L=3000；</p><p>　　與長度有關(guān)的局部阻力系數(shù)：k=1；</p><p>　　輸送量：A=2500t/h；</p><p>　　輸送機帶速：v=4.9m/s；</p><p>　　每米貨載質(zhì)量：Q=141.7kg/m；</p&g

78、t;<p>　　輸送機傾角：β=3.2°；</p><p>　　抗滑安全系數(shù)：ξ=1.3；</p><p>　　輸送帶與滾筒間的粘著系數(shù)：μ=0.35；</p><p>　　驅(qū)動滾筒上的圍抱角：λ=240°；</p><p>　　托輥間距：l′=1.75m,l″=3.4m；</p><p&

79、gt;　　托輥轉(zhuǎn)動部分單位質(zhì)量：；</p><p>　　重載分支與空載分支阻力系數(shù)：w′=0.025,w″=0.03；</p><p><b>　　每米輸送帶自重：；</b></p><p>　　輸送帶帶寬：B=1400mm；</p><p>　　輸送帶帶強：S=1800mm；</p><p>&

80、lt;b>　　輸送帶彈性模量：；</b></p><p>　　傳動效率：η=0.92；</p><p><b>　　起動系數(shù)： ；</b></p><p>　　4.1.2帶式輸送機運行阻力</p><p><b>　　表格 1</b></p><p>　　4

81、.1.3輸送帶張力</p><p>　　輸送帶張力在整個輸送機長度上是變化的，影響因素很多，為了保證輸送機正常運行，輸送帶的張力要滿足如下條件：</p><p>　　輸送帶張力在任何負載情況下，應(yīng)保證輸送帶與滾筒之間不打滑；</p><p>　　作用到輸送帶上的張力應(yīng)足夠大，使輸送帶在兩組承載托輥之間保持垂度小于一定值。</p><p>　　

82、經(jīng)查有關(guān)資料計算后得：</p><p>　　1）回程帶上必須保持的最小張力：≥≥；</p><p>　　2）為限制下垂度須保持的最小張力：</p><p><b>　　承載分支≥</b></p><p><b>　　回程分支≥</b></p><p><b>

83、;　　校核>合格</b></p><p>　　3）輸送帶最大張力≈</p><p>　　4.2張緊裝置的設(shè)計</p><p><b>　　4.2.1輸出功率</b></p><p>　　輸送帶滿載啟動或制動時的最大圓周驅(qū)動力</p><p><b>　　ξ=ξ=

84、</b></p><p><b>　　確定</b></p><p>　　起動時輸送帶彈性伸長量為18m,起動時間為，小車平均速度為。</p><p>　　按起動工況，輸送機起動階段松邊張力，自動張緊裝置驅(qū)動裝置的功率P=</p><p>　　4.2.2鋼絲繩的選型</p><p>&l

85、t;b>　　表格 2</b></p><p>　　4.2.3卷筒的設(shè)計計算</p><p>　　1）卷筒幾何尺寸計算</p><p>　　卷筒名義直徑</p><p>　　h—與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，查GB3811-83,</p><p><b>　　取h=20<

86、/b></p><p>　　卷筒槽底徑DD=484.5mm</p><p>　　繩槽半徑RR=(0.53～0.56)dR=13.77</p><p>　　繩槽深度（標準槽）=（0.25～0.4）d=10.2mm</p><p>　　繩槽節(jié)距（標準槽）=d+(2～4)=27.5mm</p>

87、<p>　　卷筒厚度（鋼卷筒）Ъ≈dЪ=25.5mm</p><p>　　卷筒長度（單聯(lián)卷筒）=470.8098862mm</p><p>　　——無繩槽的卷筒端部尺寸，定為25mm</p><p>　　——固定繩尾所需長度，定為26mm</p><p>　　——最大拉緊行程，=20m</p>

88、<p>　　——滑輪組倍率，m=1</p><p>　　——鋼絲繩安全圈數(shù)，≥1.5～3，定為3</p><p>　　P——繩槽節(jié)距，P=P=27.5mm</p><p>　　Z——繩圈數(shù)，Z=15</p><p>　　n——卷繞層數(shù)，n=1</p><p><b>　　2）卷筒強度計算</

89、b></p><p><b>　　<1>強度計算</b></p><p><b>　　強度合格。</b></p><p><b>　　<2>穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　由于D=484.5mm<1200mm、=470.8098862

90、<2D,故無需對卷筒進行穩(wěn)定性校核。</p><p>　　計算得卷筒的轉(zhuǎn)速n=3.7452r/min≈4r/min。</p><p><b>　　起動時卷筒輸出轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　4.2.4傳動方案、總傳動效率、傳動比分配及電機選型</p><p><b>　　表格 3</b>&

91、lt;/p><p>　　4.2.5減速器傳動運動參數(shù)的計算</p><p>　　從減速器高速軸開始各軸命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。</p><p><b>　　各軸轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　表格 4</b></p><p><b>　　各軸功率</b&g

92、t;</p><p><b>　　表格 5</b></p><p>　　4.2.6減速器內(nèi)傳動的設(shè)計計算</p><p><b>　　表格 6</b></p><p>　　4.2.7減速器外傳動的設(shè)計及其說明</p><p>　?。?）電機→減速器外傳動</p>

93、<p>　　包含部件：電磁離合器、電磁制動器（常閉）、聯(lián)軸器、傳動軸、A型普通平鍵；</p><p>　　電磁離合器（常閉）：DLM2-180；電磁制動器： TJ2-300/200</p><p>　　聯(lián)軸器：見前述；傳動軸：見圖紙；A型普通平鍵：見前述</p><p>　　DLM2-180電磁離合器參數(shù)[15]</p>&l

94、t;p><b>　　表格 7</b></p><p>　　TJ2-300/200電磁制動器參數(shù)[1]</p><p><b>　　表格 8</b></p><p>　?。?）減速器→滾筒外傳動</p><p>　　包含部件：聯(lián)軸器、聯(lián)接緊固法蘭、傳動軸、A型普通平鍵；</p>&

95、lt;p>　　聯(lián)軸器：見前述；聯(lián)接緊固法蘭：見圖紙；傳動軸：見圖紙</p><p>　　A型普通平鍵：見圖紙</p><p>　　4.2.8控制系統(tǒng)的設(shè)計及其說明</p><p>　　4.2.8.1控制方案流程圖,如下圖圖4-15所示。</p><p><b>　　Y</b></p><

96、p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>

97、<b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>

98、　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　Y N Y</p><p>　　圖4-15 控制方案流程圖</p><p>　　4.2.8.2控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　1．PLC選型<

99、;/b></p><p>　　根據(jù)本設(shè)計的控制功能要求及其復(fù)雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7-200系列PLC，CPU為CPU226作為電氣控制系統(tǒng)的控制主機。</p><p>　　以下為S7-200PLC系列CPU手冊的一部分內(nèi)容。</p><p>　　由于本設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)中涉及到了張力傳感器的模擬量輸入，所以為S7-200選配了EM

100、235模擬量擴展模塊，其有4個輸入口、2個輸出口，點數(shù)較多空閑，方便擴展及升級。該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。</p><p>　　下圖為S7-200PLC模擬量輸入模塊的相關(guān)手冊內(nèi)容。</p><p>　　電氣元件的訂貨數(shù)據(jù)詳見西門子MM440變頻器手冊。</p><p>　　2．PLC的I/O資源配置</p>

101、<p><b>　　1）數(shù)字量輸入</b></p><p>　　數(shù)字輸入量有兩個：1.輸送機啟動信號；2.輸送機停機信號。分配如下表：</p><p><b>　　表格 9</b></p><p><b>　　2）數(shù)字量輸出</b></p><p>　　數(shù)字量輸出有

102、五個：1.電磁制動器得/失電；2.電磁離合器得/失電；3. 張緊電機正轉(zhuǎn)接觸器；4.張緊電機反轉(zhuǎn)接觸器；5.輸送機運行信號；6.報警信號；7. 張緊裝置停機信號。分配如下表：</p><p><b>　　表格 10</b></p><p>　　其中：張緊電機的正、反轉(zhuǎn)接觸器就是張緊電機接觸器的兩個部分，通過PLC輸出的指令控制該電機的正反轉(zhuǎn)和停止。</p>

103、<p><b>　　3）模擬量輸入</b></p><p>　　模擬量輸入只有一個：張力傳感器張力值的模擬量輸入。分配如下表：</p><p><b>　　表格 11</b></p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，以及根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出情況，設(shè)置張緊裝置控制電路圖，如下圖所示（顯示不清楚，應(yīng)詳見設(shè)計圖紙

104、）：</p><p>　　圖 4-16 控制電路示意圖</p><p>　　此控制面板上的按鈕全部為手動控制方式。</p><p><b>　　3．其他資源配置</b></p><p>　　要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機及其擴展模塊外，還需要接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。</p><p>&l

105、t;b>　　接觸器</b></p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，電磁制動器、電磁離合器及張緊電機都不是連續(xù)工作的，而是根據(jù)數(shù)字量控制信號來進行動作的，因此需要PLC根據(jù)張力傳感器的反饋信號來控制這些設(shè)備的啟停。共需要三個接觸器：</p><p>　　a.電磁制動器接觸器通過PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁制動器的運行和停止。</p>&

106、lt;p>　　b.電磁離合器接觸器通過PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁離合器的接合及分開。</p><p>　　c.張緊電機接觸器 包括兩個部分，一是正轉(zhuǎn)接觸器，一是反轉(zhuǎn)接觸器，通過PLC輸出的指令控制電機的的正反轉(zhuǎn)和停止，從而配合控制系統(tǒng)及時松帶或緊帶。</p><p><b>　　2）變頻器</b></p><p

107、>　　本控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的MM4系列變頻器，該系列變頻器是最常用的、功能較強的一種變頻器，主要應(yīng)用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領(lǐng)域，性價比比較高。</p><p>　　變頻器型號——MM440。一種通用變頻器，能適用于一切傳動系統(tǒng)，采用了現(xiàn)代先進的矢量控制系統(tǒng)，使當負載突然增加時仍能保持控制的穩(wěn)定性。</p><p>　　本控制系統(tǒng)的變頻器采用通信控制，所以需

108、要先對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，如下表：</p><p><b>　　表格 12</b></p><p>　　P2011的值即為變頻器的地址編號，程序控制當中，對不同地址的變頻器發(fā)送控制命令即可實現(xiàn)對不同變頻器的控制。改變P2011的值即可對變頻器編號。</p><p>　　4．MM440變頻器</p><p>　　MM44

109、0變頻器是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系列有多種型號，額定功率范圍從120W到200kW(恒定轉(zhuǎn)矩CT控制方式)，或者可達250kW(可變轉(zhuǎn)矩VT控制方式)，供用戶選用。具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。由于具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。既可用于單獨驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到“自動化系統(tǒng)”中。</p><p&g

110、t;　　MM440變頻器的主要特點：易于安裝、參數(shù)設(shè)置和調(diào)試；牢固的EMC設(shè)計；可由IT電源供電；對控制信號的響應(yīng)快速和可重復(fù)；參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進行配置；電纜連接簡便；具有多個繼電器輸出；具有多個模擬量輸出（0-20mA）；6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP接線；2個模擬量輸入可作為第7和第8個數(shù)字輸入；BiCo（二進制互聯(lián)鏈接）技術(shù)。</p><p>　　MM440的性能

111、特征：矢量控制；V/f控制；快速電流限制功能，避免運行中不必有的跳閘；內(nèi)置的直流注入制動；復(fù)合制動功能改善制動特性；內(nèi)置的制動單元；加/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能；具有PID控制功能的閉環(huán)控制；各組參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換；自由功能模塊；動力制動的緩沖功能；定位控制的斜坡下降曲線。</p><p>　　MM440的保護特性：過電壓/欠電壓保護；變頻器過熱保護；接地故障保護；短路保護；I2t電動機過熱保護；P

112、TC/KTY電動機保護。</p><p>　　下面介紹有關(guān)變頻器的安裝方法，如下圖所示（介紹內(nèi)容均為來自西門子MM440變頻器手冊的截圖），以下介紹的內(nèi)容只是一小部分，需要詳細資料時應(yīng)參閱《西門子MM440變頻器手冊》：</p><p>　　圖 4-17 各類型外形尺寸</p><p>　　圖 4-18 外形尺寸為FX的MM440變頻器的安裝孔尺寸</p>

113、;<p>　　圖 4-19 外形尺寸為GX的MM440變頻器的安裝孔尺寸</p><p>　　MM440變頻器前蓋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計是使控制模版幾乎與前蓋板的開縫在同一個平面上。如果電子控制箱中要安裝的選件不止一個，整個電子控制箱必須對地板重新定位，這樣，門的開縫要再次正確定位。</p><p>　　選件的安裝：卸掉電子控制箱的前蓋板-卸掉電子控制箱的緊固螺栓-在正確的安裝位置用螺

114、栓固定電子控制箱-安裝附件的選件-重新裝上前蓋板。</p><p>　　圖 4-20 電子控制箱中的選件</p><p>　　圖 4-21 MM440的接線端子</p><p>　　圖 4-22 MM440的接線圖-外形尺寸為FX</p><p>　　圖 4-23 MM440的接線圖-外形尺寸為GX</p><p>　

115、　圖 4-24 電動機和電源的接線方法</p><p>　　圖 4-25 變頻器的方框圖</p><p>　　由于本設(shè)計采用的是拋物線V/f控制，所以SDP不適用，所以不對SDP進行介紹。所以本系統(tǒng)的調(diào)試都是采用BOP或AOP的方式。詳細資料可見西門子MM440變頻器使用大全手冊。</p><p>　　變頻器的外接電阻制動是按線性方式平滑和可控地降低電動機的速度。M

116、M440有多種運行控制方式，即運行中電動機的速度與變頻器的輸出電壓之間可以有多種不同的控制關(guān)系。各種控制方式的簡要情況為：線性V/f控制，用于可變轉(zhuǎn)矩或恒轉(zhuǎn)矩的負載，參數(shù)值為P1300=0；帶磁通電流控制的線性V/f控制，可用于提高電動機的電動機的效率和改善其動態(tài)響應(yīng)特性，參數(shù)值為P1300=2；多點V/f控制，參數(shù)值為P1300=3；紡織機械的V/f控制，沒有滑差補償或諧振阻尼，參數(shù)值為P1300=5；用于紡織機械的帶FCC功能的V/

117、f控制，參數(shù)值為P1300=6；</p><p>　　MM440的技術(shù)使用規(guī)格詳見西門子MM440變頻器手冊。</p><p>　　更多詳細內(nèi)容可以詳見西門子MM440變頻器手冊。</p><p><b>　　5．系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　前面所做的工作是硬件部分，該部分的設(shè)計與控制系統(tǒng)能否實現(xiàn)其預(yù)想的功