帶式輸送機(jī)的張緊裝置油缸匯總

1、帶式輸送機(jī)的張緊裝置油缸拉緊裝置是帶式輸送機(jī)不可缺少的重要組成部分，它直接關(guān)系到帶 式輸送機(jī)的安全運(yùn)行及使用壽命，對(duì)于大運(yùn)量、長(zhǎng)距離等大型帶式輸送 機(jī)的正常運(yùn)行而言，更顯示出了其非常重要的作用。本文對(duì)拉緊裝置進(jìn) 行相關(guān)分析，對(duì)目前各種帶式輸送機(jī)的拉緊系統(tǒng)特點(diǎn)加以研究。在此基 礎(chǔ)上，提出了新型輸送帶液壓拉緊系統(tǒng)的方案，進(jìn)一步建立了相應(yīng)的數(shù) 學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)做了系統(tǒng)仿真分析。針對(duì)液壓伺服系統(tǒng)的 非線性和時(shí)變性，把模糊控制和傳統(tǒng) PID控制兩種控制方式結(jié)合起來(lái)， 設(shè)計(jì)出了模糊PID控制器，應(yīng)用在本文所設(shè)計(jì)的液壓拉緊伺服控制系統(tǒng) 中，并對(duì)加入模糊PID控制的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。由仿真結(jié)果可以

2、看 出，輸送機(jī)液壓伺服拉緊系統(tǒng)響應(yīng)快、工作穩(wěn)定，克服了以往傳統(tǒng)拉緊 系統(tǒng)的弊病，使張力得到良好的控制，延長(zhǎng)了皮帶的使用壽命，提高了 工作效率。關(guān)鍵詞:帶式輸送機(jī);拉緊裝置;液壓伺服系統(tǒng)；數(shù)學(xué)模型;模糊PID 控制;系統(tǒng)仿真3帶式輸送機(jī)液壓拉緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綜合分析各種拉緊裝置工作方式的優(yōu)缺點(diǎn)，目前的研究多趨向于在滿足 輸送機(jī)膠帶不打滑和保證膠帶在托輥間的垂度要求的前提下，盡量減小輸送 機(jī)系統(tǒng)正常平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的張緊力，減少或消除張緊力過(guò)大對(duì)帶式輸送機(jī)相關(guān) 設(shè)備的損害，降低由于外載沖擊而引起的膠帶縱向震蕩，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 性等等。為實(shí)現(xiàn)這些目的，更多的采用自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)時(shí)修正等手段，力求整 個(gè)拉緊裝置工

3、作效能的最優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上本章設(shè)計(jì)了以電液伺服閥控制液 壓缸的液壓伺服拉緊系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)所需的恒張力的控制。建立 了液壓拉緊系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。3.13.1.1帶式輸送機(jī)液壓伺服拉緊系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)液壓拉緊裝置的組成及工作原理(1) 拉緊裝置的組成液壓伺服拉緊裝置由液壓泵站、拉緊油缸、壓力繼電器、電液伺服閥、 力傳感器、伺服放大器、電控箱控制系統(tǒng)及附件等組成。其液壓拉緊站系統(tǒng) 如圖3-1所示。(2) 系統(tǒng)的工作原理帶式輸送機(jī)在啟動(dòng)時(shí)和穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)對(duì)皮帶的張力要求是不同的，啟動(dòng)時(shí) 所需要的張力大約是穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所需要的張力的1.5倍。這就需要液壓系統(tǒng)能在兩級(jí)工作壓力下工作，

4、一個(gè)是啟動(dòng)壓力，另一個(gè)是穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)壓力，前 者約為后者的1.5倍。如圖3-1所示，本方案在拉緊油缸的進(jìn)油管道并聯(lián)接 入電液伺服閥控制油路來(lái)實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)拉緊力的實(shí)時(shí)調(diào)控。膠帶機(jī) 啟動(dòng)前，拉緊油缸的油液壓力由溢流閥 17控制，啟動(dòng)前液壓拉緊站系統(tǒng)的狀 態(tài)是:手動(dòng)換向閥5處于右位，開(kāi)關(guān)閥6開(kāi)通，電液伺服閥15處于關(guān)閉狀態(tài)。 膠帶機(jī)啟動(dòng)前，先啟動(dòng)拉緊裝置，拉緊油缸的油液壓力達(dá)到膠帶機(jī)啟動(dòng)壓力 時(shí)，壓力繼電器7發(fā)出電信號(hào)，膠帶機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)膠帶運(yùn)行速度達(dá)到工作速度時(shí)，由速度檢測(cè)裝置發(fā)出電信號(hào)，電磁開(kāi)關(guān)閥 5關(guān)閉截流，拉緊系統(tǒng)切換到 電液伺服閥15控制狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)控拉緊油缸的油液壓力。圖3-1 液壓張

5、緊裝置拉緊站系統(tǒng)圖1粗過(guò)泌器2油泵3電動(dòng)機(jī)4精過(guò)濾器5手動(dòng)換向閥6開(kāi)關(guān)閥7壓力繼電器8. 壓力表9油缸10.拉力傳感器11.動(dòng)滑輪12改向滑輪13拉緊小車14慢速絞車15. 電液伺服閥16.蓄能器17.滋流悶18油箱系統(tǒng)要求啟動(dòng)迅速，即液壓缸要迅速拉緊原來(lái)松弛的皮帶以及膠帶機(jī)啟 動(dòng)時(shí)其下分支膠帶產(chǎn)生的彈性伸長(zhǎng)，這就使得液壓缸需要很大的流量穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，張緊的皮帶使得液壓缸活塞桿移動(dòng)范圍很小，這時(shí)液壓缸需要的流 t下降。為解決這個(gè)問(wèn)題，加了一個(gè)蓄能器用以補(bǔ)油，既能及時(shí)補(bǔ)油，又能 在正常穩(wěn)定工作時(shí)保持恒定壓力。本方案設(shè)計(jì)的液壓拉緊裝置采用三通伺服閥控制液壓缸有桿腔油液的壓 力和流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸

6、輸出力的實(shí)時(shí)控制。 該電液力伺服控制系統(tǒng)原理圖如圖3-2所示圖3-2電液力伺服控制系統(tǒng)原理圖將帶式輸送機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)理論拉緊力值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的壓力指令電壓信號(hào) ur,作為電液力伺服控制系統(tǒng)的輸入，與由力傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)化的反饋電壓信 號(hào)of相比較得出偏差電壓信號(hào)，此偏差信號(hào)經(jīng)伺服放大器放大后輸入到伺服 閥，控制伺服閥滑閥的開(kāi)口大小，從而控制拉緊油缸的油液壓力，使液壓缸 拉力向減小誤差的方向變化，直至液壓缸拉力等于指令信號(hào)所規(guī)定的值為止。 這樣就形成了伺服閥壓力控制回路。液壓缸的拉力與指令信號(hào)u，一一對(duì)應(yīng)。3.1.2液壓伺服拉緊裝里的特點(diǎn)(1) 可自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊力本文設(shè)計(jì)的液壓張緊裝置可以根據(jù)帶式輸送機(jī)的

7、工況及對(duì)輸送帶張力的 不同要求，任意調(diào)節(jié)輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)的張緊力。待系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)后，將按預(yù)定 程序自動(dòng)工作，保證輸送帶在理想狀態(tài)下工作?？朔似渌愋屠o裝置拉 緊力過(guò)大或過(guò)小、難以控制的弊病，在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)能時(shí)實(shí)調(diào)控，使帶式 輸送機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)處于較低的張力狀態(tài)。在帶式輸送機(jī)基本參數(shù)不變的情 況下，與其他張緊方式相比，可以減小輸送機(jī)的功率，降低輸送帶等級(jí)，進(jìn) 而減少設(shè)備的投資和維修費(fèi)用。(2) 響應(yīng)快帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)，輸送帶的松邊會(huì)突然松弛伸長(zhǎng)，此時(shí)張緊液壓缸在 蓄能器的作用下，能立刻收縮活塞桿補(bǔ)償輸送帶的伸長(zhǎng)量，減少輸送帶松邊 對(duì)緊邊的沖擊，不但使輸送機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)、可靠，而且較好地保護(hù)了輸送帶

8、， 減少斷帶事故的發(fā)生。正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)電液伺服系統(tǒng)的在線檢測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)控， 使張緊力始終維持在理論值左右，減少輸送帶動(dòng)張力的波動(dòng)，大大提高了整 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。(3) 控制方便該張緊裝置的控制系統(tǒng)可以與輸送機(jī)的集控裝置連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。3.2液壓拉緊系統(tǒng)模型的建立在電液伺服力控制的系統(tǒng)中，電液伺服閥和閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)特性決定 了整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。電液伺服閥與液壓缸是互相配合而作用的，所以在 建立系統(tǒng)的線性模型之前，先對(duì)電液伺服閥和閥控液壓缸進(jìn)行特性方程的分 析231。3.2.1三通閥控制液壓缸基本方程閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)特性取決于閥和液壓缸的特性并和負(fù)載有關(guān)。分析時(shí)

9、按集中參數(shù)考慮，假定負(fù)載是質(zhì)量、彈簧構(gòu)成的單自由度系統(tǒng)。由于描述動(dòng) 力元件的一些微分方程是非線性的，為了分析簡(jiǎn)便和便于應(yīng)用，采用線性化 分析方法，即研究在某一穩(wěn)定工作點(diǎn)附近作微小運(yùn)動(dòng)時(shí)的特性.當(dāng)工作點(diǎn)變動(dòng)時(shí)必須謹(jǐn)慎地對(duì)所有工作點(diǎn)進(jìn)行研究。但實(shí)際上動(dòng)力元件的參數(shù)可在較寬 的范圍內(nèi)用于不同的工作點(diǎn)，所以線性化的分析結(jié)果還是相當(dāng)實(shí)用的【201.為了推導(dǎo)液壓動(dòng)力元件的傳遞函數(shù)，首先要列出基本方程，即液壓控制 閥的流量方程、液壓缸流量連續(xù)性方程和液壓缸與負(fù)載的力平衡方程25-29.閥控單出桿液壓缸的模型如圖 3-3所示。1) 滑閥的流量方程伺服閥的靜態(tài)特性方程是一個(gè)非線性方程，作系統(tǒng)分析時(shí)較為困難，通

10、常將它線性化處理，并以增量形式表示。推導(dǎo)之前做了滑閥的線性化流量方程的一些假設(shè)。假定：(1) 雙邊滑閥兩個(gè)節(jié)流窗口是匹配和對(duì)稱的，流量系數(shù)相等；由于閥腔的容積很小，不考慮液體在閥腔里的壓縮性；閥具有理想的響應(yīng)能力，即閥芯位移和負(fù)載變化立即引起流量的相 應(yīng)變化：(4) 供油壓力Ps恒定不變，回油壓力P0為零.(5) 忽略管道和閥腔內(nèi)的壓力損失。圖3-3三通閥控制不對(duì)稱缸的原理圖根據(jù)上述假設(shè)，滑閥的線性化流量方程可以用增量形式表示為(3-1)X廠箒閃+警毗式中XV- 一閥心的位移量，與輸入電流成正比。 下面定義伺服閥的三個(gè)閥系數(shù)為：a. 流t增益系數(shù)(流量放大系數(shù))Kq= dqL/8Xy i(3-

11、2)b. 流盆壓力系數(shù)Kc(3-3)嘰它是壓力一流量特性曲線的斜率并冠以負(fù)號(hào)，使其為正值c. 壓力增益Kpkp=dpL/dXy(3-3)它是壓力特性曲線的斜率。 由上可知三個(gè)閥系數(shù)之間的關(guān)系為K廠心/瓦(3-4)根據(jù)閥系數(shù)的定義，滑閥的線性化流量方程式(3-1),可以表示為Me = K耳型¥ 瓦¥云由于伺服閥通常工作在零位附近，工作點(diǎn)在零位，其參數(shù)的增量也就是 它的絕對(duì)值，因此閥的線性化流量方程式(3-5)也可以寫成下式：- KcPl(3-6)2) 液壓缸流量連續(xù)性方程 為了便于分析與計(jì)算進(jìn)行了一些假設(shè)，假定：(1) 所有連接管道都短而粗，可以忽略管道內(nèi)的摩擦損失和管路動(dòng)態(tài)

12、的 影響：(2) 在管道和液壓缸每個(gè)工作腔內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)飽和和氣穴現(xiàn)象，且各處壓 力相同；(3) 油液溫度和體積彈性模量均為常數(shù)；(4) 液壓缸的內(nèi)外泄漏為層流流動(dòng)，且液壓缸兩腔的外泄漏相等；(5) 活塞在液壓缸兩工作腔容積相等處做微小運(yùn)動(dòng)。(3-7)根據(jù)流量的連續(xù)性，可寫出流入液壓缸控制腔的流量q:為A式中 一液壓缸進(jìn)油腔的活塞有效面積xBp 活塞位移9 液壓缸總泄漏系數(shù)(Ctp =Cip + Cep )一有效體積彈性模量(包括油液、連接管道和缸體的機(jī)械柔度) 兒一液壓缸進(jìn)油腔的容量(包含閥、連接管道和進(jìn)油腔)3) 液壓缸輸出力增量方程液壓動(dòng)力元件的動(dòng)態(tài)特性受負(fù)載特性的影響，負(fù)載力一般包括慣性力

13、、粘性阻尼力、彈性力和任意外負(fù)載力。遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文液壓缸拉緊裝置原理及動(dòng)力模型如圖 3-4所示圖3-4液壓缸拉緊裝置動(dòng)力模型圖3-4所示動(dòng)力模型的動(dòng)力方程為叫禺I 5伉1 -if3）+L-2）+F0=O(3-8)協(xié)耗"（熱72）杠（旺1-花）+碼皿-（斤+毘）“ 叫呂+© （喬7）+H知-召卜耳"叫巧+勺（為-xj+ *（xfl亠巧）-為=0整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力方程寫成矩陣形式為：b4f+cJM+MMTF（r）（3-9）由于液壓拉緊裝置工作是瞬時(shí)的，油缸活塞桿的位移XP時(shí)，膠帶上 各質(zhì)量點(diǎn)的位移很小，膠帶上的慣性力、粘性阻尼力、彈性力可疑忽略不計(jì)。

14、拉緊小車、動(dòng)滑輪、鋼絲繩的質(zhì)量集中到活塞桿上，總質(zhì)量記為Mt。拉緊小車與軌道接觸有摩擦阻力Fz作用，大小為m/2擴(kuò)有方向性。液壓缸的輸出力增量方程為dx吧=gLA 廠叫+ 八巧(3-10)式中mt活塞及負(fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量Bp活塞及負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)K負(fù)載彈簧剛度Fs-油缸的輸出力Fz拉緊小車摩擦阻力322系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立輸入偏差U9 = S(3-11)式中:Ur系統(tǒng)設(shè)定電壓值Uf 一一力傳感器測(cè)定值 (2)力傳感器模型 力傳感器的響應(yīng)頻率遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的響應(yīng)頻率，故將力傳感器簡(jiǎn)化為比例 環(huán)節(jié)：Uf = KfFg(32)式中:KI 力傳感器總反饋增益(3) 伺服放大器的模型 伺服放大器的固有

15、頻率大于液壓缸的固有頻率，故放大器簡(jiǎn)化為比例環(huán) 節(jié)，其輸出電流為=(343)式中Ka伺服放大器增益Ue輸入電壓信號(hào)(4) 電液伺服閥模型(344)= K”G”(£)(3-15)電液伺服閥的傳遞函數(shù)采用什么形式，取決于動(dòng)力元件的液壓固有頻率 的大小。當(dāng)伺服閥的頻寬與液壓固有頻率相近時(shí)，伺服閥可近似看成二階振 蕩環(huán)節(jié)gM當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率 3-5倍時(shí)，可近似看成慣性環(huán)節(jié)當(dāng)伺服閥的頻寬大于液壓固有頻率 5-10倍時(shí)，可以將其看成比例環(huán)節(jié)(3*17)323系統(tǒng)方塊圖前面推出的閥控液壓缸的三個(gè)基本方程式，式(3+)g廣心旳-K曲“式(3-7)仇字 +式atpf ar(3訂0)年嚴(yán)叫

16、二古+片_古+ Kx嚴(yán)兔,完全描述了閥控液壓缸的動(dòng)態(tài)特性將式(3-5)> (3-7). (3-10)分別進(jìn)行拉氏變換,得Q十竝卡先2(s)g叭(H-c猶 * 昭巳(&"廠叫0兀+坷SYpGH=耳由以上三式得出如下僅遞函數(shù)九一(318)(3-20)血仏卡齊立- Pf ) mtS2-BPS + K(3-21)整理得耳(叭 廠&Ar (3 -22)Al綜合上述各式得出力伺服系統(tǒng)的總方塊圖如圖 3-5所示。推導(dǎo)力伺服數(shù) 學(xué)模型的方法是根據(jù)系統(tǒng)工作的物理過(guò)程，從系統(tǒng)的原始輸入開(kāi)始，順著信 號(hào)的傳輸過(guò)程，直到負(fù)載輸出為止建立整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，其中一個(gè)部件 模型的輸入是以其

17、上一個(gè)部件模型的輸出為基礎(chǔ)的。Xp5圖弘5力控系統(tǒng)方塊圖324系統(tǒng)的傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化 對(duì)式(3-22)進(jìn)行簡(jiǎn)化。通常， 則式(3-21)傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)化為 力控系統(tǒng)方塊圖 負(fù)載的阻尼系數(shù)B，很小，可以忽略不計(jì)。Fg (S)xv (s) K9A-rmt S z+;、Ka '戈 K)A?m,_，m._，(A? A!_、_一 J'+ J' +I 一+竺甲冬.+1 I-+I凡 KKh K 戈 KceKh KceK),(3-23)其中_flA 2.ADAh= 一二一.'.,'v,式(3-23)可近似寫成Kq 刀(s2.，、 ，、一n 一-：尸， Fg tS) Kc,

18、l 叫少 xv (s) s.，; » ) ; o .,.二二o'.'.,'.,tJ一 斗).11.，、la-l-J)w r )1鉀卜1(s2.20I寧 1 Iles, r 十一O 寧 I I 叫，。)遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文式中wm “載的固“”率，。，F(xiàn)Kwm -m,口，一液壓彈簧與負(fù)載彈簧串聯(lián)偶合的剛度與阻尼系數(shù)之比K- 了 I 1、w_= 一爭(zhēng)/I +，I形戈Kh K夕口。一液壓彈簧與負(fù)載彈簧并聯(lián)偶合的剛度與負(fù)載質(zhì)量形成的固有頻。一 *F1+Kh 、1 + K"K=KFhm,o 阻尼比，4 -fl, K,two V, R+(K/Kh)其中K

19、IKh 總壓力增益因此方塊圖可以簡(jiǎn)化如圖3-6所示U, + UeKa 蘭 K,G-, (S鑄Fg K，I圖3-6簡(jiǎn)化的力控系統(tǒng)方塊圖 得到系統(tǒng)簡(jiǎn)化開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：G(S)H(S)二>00,，(sS2K0G,v (SJI = 22+，)l W") 廠 S.丫 S 2 2-_ 、 一+1 II z+ 一 J+11 、口 _八(W CD-I 、，/、Uu/ ”二(3-26)式中Ko 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K-K。一 a Ksv 首 APKI '(3-27)遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3系統(tǒng)模型仿真分析系統(tǒng)仿真是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門綜合性很強(qiáng)的新興學(xué)科，它涉及到系 統(tǒng)分析、控制理論、

20、計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)等技術(shù)。目前，計(jì)算機(jī)仿真己成為系 統(tǒng)分析、研究、設(shè)計(jì)和人員訓(xùn)練不可缺少的手段，它給工程界及企業(yè)界帶來(lái) 了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用它能夠方便、安全、節(jié)省的研究一般系 統(tǒng)，而且對(duì)于不可能進(jìn)行直接實(shí)踐和重復(fù)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和軍事系統(tǒng)，計(jì)算機(jī) 仿真更顯示出其無(wú)比的優(yōu)越性。液壓仿真作為系統(tǒng)仿真的一個(gè)分支，為液壓 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與控制，特別是動(dòng)態(tài)工作性能的提高，提供了一個(gè)有力的 技術(shù)手段，己成為現(xiàn)代化液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。液壓仿 真研究既可以是實(shí)質(zhì)上的修正與改進(jìn)，其目的在于找出一個(gè)現(xiàn)有系統(tǒng)不能令 人滿意工作的癥結(jié)所在，并給出改進(jìn)系統(tǒng)現(xiàn)狀的解決措施與方案；也可以是實(shí) 質(zhì)上

21、的綜合，即在設(shè)計(jì)階段對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行的檢驗(yàn)，以保證制造出的系統(tǒng) 具有良好的動(dòng)態(tài)性能。因此，液壓仿真具有很廣泛的實(shí)用價(jià)值，隨著系統(tǒng)仿 真技術(shù)的發(fā)展，將愈加受到人們的重視。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)是否合理，就要驗(yàn)證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速 性。在實(shí)際系統(tǒng)尚未建立、不存在的情況下，系統(tǒng)和其活動(dòng)本質(zhì)的復(fù)現(xiàn)，是 根據(jù)被研究的真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)研究系統(tǒng)性能的。仿真的目的就在于此。 現(xiàn)在尤其是指利用計(jì)算機(jī)去研究數(shù)學(xué)模型行為的方法。計(jì)算機(jī)仿真的基本內(nèi)容包括系統(tǒng)、模型、算法、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果顯示、分析與驗(yàn)證等 環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)仿真技術(shù)的諸多環(huán)節(jié)中，算法和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)是很重要的兩 個(gè)環(huán)節(jié)，它直接決定原來(lái)問(wèn)題是

22、否能夠正確地求解。國(guó)際上仿真領(lǐng)域最權(quán)威、 最實(shí)用的計(jì)算機(jī)工具 MATLAB/SIMULINK 就是諸多仿真軟件中的一個(gè) 佼佼者，MATLAB/SIMULINK 的出現(xiàn)不僅使數(shù)值分析與應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)嶄 新的階段，而且也為系統(tǒng)仿真技術(shù)提供了更實(shí)用、更方便的解決方法。在本文所設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)液壓拉緊系統(tǒng)沒(méi)有建立的情況下，建立系統(tǒng) 的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)式，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到系統(tǒng)的響 應(yīng)曲線。就可以從圖中得到反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的一系列重要指標(biāo)，如上升時(shí) 間、峰值時(shí)間、最大超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間等； 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文利用Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真過(guò)程是交互的，可以隨時(shí)修改仿

23、真參數(shù)，并立即可以直觀的得到仿真結(jié)果，既方便又實(shí)用。在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中，利用Simulink能夠大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，系統(tǒng) Simulink模型是一種以 系統(tǒng)環(huán)節(jié)方塊圖為基礎(chǔ)的方塊圖模型，十分直觀。系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)或常用環(huán)節(jié) 的方塊圖在Simulink模塊庫(kù)中都可以找到，因此建立系統(tǒng)的 Simulink模 型非常方便快捷。在仿真過(guò)程中可以方便的模擬實(shí)際系統(tǒng)，反復(fù)調(diào)整各種參 數(shù)，很快達(dá)到最佳設(shè)計(jì)要求31-3810 331仿真參數(shù)的確定(1) 本文所選用的帶式輸送機(jī)的仿真參數(shù)，按表3-1輸送機(jī)設(shè)計(jì)要求選取。表3-1帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)1 1 1 11丨輸送機(jī)的輸送能力Qt11| 2500 t/h (2800

24、 M3 /h)1|膠帶機(jī)長(zhǎng)度|1I1000 m11丨支撐輥摩擦系數(shù) 31400 mm|1| 0.0211I|膠帶寬II|11|主動(dòng)滾筒摩擦系數(shù)KN/m |1| 0.511I|膠帶彈性系數(shù)II| 20011I膠帶線密度mI11| 452 kg/m1II|膠帶負(fù)載長(zhǎng)度II| 98011I煤在膠帶上的線密度m/s 2 |11| 174 kg/mjII|空載加速度j 1| 1.0丨有負(fù)載加速度11 1| 0.2 m/s2I空載加速時(shí)間I 3sII1r1丨負(fù)載加速時(shí)間I 30sIII傳送速度I 4.0m/s|1III1r1|拉緊滾筒處拉緊力I 100 KNIII啟動(dòng)時(shí)拉緊力I150 KN|1III1r1

25、I正常工作拉緊力波動(dòng)范圍It5KN(15%)III液壓缸響應(yīng)時(shí)間Iv_0.5sI(2) 拉緊油缸的技術(shù)參數(shù)a. 油缸工作行程的確定一1 _由圖3-1可知s = -AL2式中。一油缸行程；AL拉緊小車的行程。根據(jù)一般設(shè)計(jì)資料，帶式輸送機(jī)拉緊小車的拉緊行程應(yīng)綜合考慮膠帶的 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文受拉力產(chǎn)生的彈性變形、膠帶接頭長(zhǎng)度及輸送機(jī)膠帶長(zhǎng)期使用后產(chǎn)生的永久 性塑性變形，對(duì)于整芯膠帶，總體按 1%選取。按本文輸送機(jī)的鋪設(shè)長(zhǎng)度為 1000m計(jì)算，則AL =l Om，油缸行程:=5m。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可將油缸的 行程適當(dāng)選得小些，在輸送機(jī)安裝時(shí)進(jìn)行初期張緊，拉緊油缸進(jìn)行二次拉緊。 拉緊油缸更主

26、要的作用是吸收輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)其下分支膠帶產(chǎn)生的彈性伸長(zhǎng)、 膠帶長(zhǎng)期使用后產(chǎn)生的永久塑性變形及膠帶受外載沖擊引起的震蕩波動(dòng)產(chǎn)生 的變形。所以，確定油缸行程:=Zmob. 油缸缸徑的確定油缸拉力可按下式計(jì)算F一二(D，一d2V4000 ，,(3-28)式中D 一一油缸缸徑，mm;d-活塞桿桿徑，p 一一工作油壓，MPao根據(jù)鋼絲繩纏繞方式，顯然F=2F車(F車為拉緊小車所需的拉力)。由帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)要求知拉緊小車的最大拉緊力為150KN，則F=2F二=2 X 150=300(KN)。確定 p=21 MPa，代入上式，得：F ;zp(D，一 d2)/4000;D=(16000 F/3n p)u2=1

27、55.8mm;取 D=160mm,d=90mm;根據(jù)設(shè)計(jì)要求的負(fù)載力和速度，選取不對(duì)稱液壓缸作為拉緊裝置的執(zhí)行 元件，油缸的參數(shù)見(jiàn)表3-2所示。表3-2油缸的技術(shù)參數(shù)1 11I D(mm)iiiiI d (mm) I vl(mm/s) I v2(mm/s) I S(mm)iI Pi(MPa)iI AL(mm2)Ap(mm2)1II1IIIII1r1I 160IIIII 90I 130I 225I 2000II 14II 2009613737ii1iiiiiiI（3）選取電液伺服閥由于輸送機(jī)系統(tǒng)要求拉緊裝置快速響應(yīng)，這就要求電液伺服閥要有較大 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文的流t，選取北京機(jī)床研究

28、所 QDY1-6200-15型力矩馬達(dá)式電液伺服閥：額定流A Qeo（無(wú)載）200L/min，額定電流15mA，幅頻寬1 OOHZ a令伺服閥：穩(wěn)態(tài)情況：有載流量：Pe=Ps=21 MpaPL=14 MpaQL 一。厚一 115 L/min可求得.液壓缸縮入時(shí)的最大速度：v,_ft=130 mm/sAP液壓缸伸出時(shí)的最大速度：v2 一爭(zhēng)=,，mm/s“ P閥控缸的相關(guān)參數(shù)根據(jù)祈選元件從相關(guān)資料選出，具體參數(shù)見(jiàn)表3-3.閥的流量壓力系數(shù)：口，115。，_K_= 一尸 zL=，尸一二共，一，=1.37 x 10-"m' is Pa2（Ps一 PL）2（21 一 14）x 100閥

29、的流量系數(shù)：K-=少=1.28 '10-4 m3 /s .Pa15表3-3閥控缸的相關(guān)參數(shù)1 K,1I 1.37x 10''0m3/sPa|1cep I 0.163 X 10" 12 m3/sPa I1II1I K91dI 1.28 X 104M3/smA11III Ps I 21 MPa1II1心1dI 0.162x 10"12 m3/sPa11III PL I 14 MPa1II11 K1dI 200KN/m11III m, I 4000kgIII1幾idI 6.9X IOBN/m2i1IIIIiii遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文332由仿真參數(shù)求

30、得系統(tǒng)傳遞函數(shù)值根據(jù)上節(jié)求得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：c(S)H(S)=，_了 Sz。A o V.,價(jià) A 7-2+11屯以聲一 I、升J,互 +，丫 Sz2 十 2o S+，)、rar A 巧 coo”二(3-29)代入仿真參數(shù)可以求得式中Kre=K,+CIP -1.37、10-'0 + 2.435、10-'3” '' (3-30)負(fù)載的固有頻率、攝二忽瓢=7.07rad s-',(3 一，液壓彈簧剛度'Co -P夕6.9 x 108 x 137372 x 10-12 13737 x 10-6 x 1=9.48 x106N/m, (3-32)由于K +

31、Kh，即負(fù)載剛度遠(yuǎn)小于液壓彈簧剛度，液壓彈簧與負(fù)載彈簧串聯(lián) 偶合的剛度與阻尼系數(shù)之比o o KreK=一A21.37 x 10-'o x 200000,(3-33)137372 x 10-12=0.145rad .s-'液壓固有頻率cob=_Fm&-=.19.48X106N/mYmrV 4000kg二 48.7rad S 一，,(3-34)因?yàn)閃. + Wh所以液壓彈簧與負(fù)載彈簧并聯(lián)偶合的剛度與負(fù)載質(zhì)量形成的固有頻率一% “Wh=48.7rad S 一, (3-35)遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文阻尼比j6, K,.,V,I+(K/K,)=0.7,(3-36)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增

32、益Ka二、Kq A,K r 一 1.28、104 &K,Kf ,(3-37) Kce根據(jù)前面章節(jié)的分析，液壓固有頻率必。是比較容易確定的量，其變化范 圍也不大，可以有把握地使用，而液壓阻尼比易隨工況的變化會(huì)發(fā)生很大的 變化，是難以準(zhǔn)確確定的量，其計(jì)算值與實(shí)際值相差很大，實(shí)測(cè)一般為0.20.7,這里取氛=0.7. 3435仿真選用伺服閥，其固有頻率約為1 OOHZ,遠(yuǎn)大于。和，可以將其看 成比例環(huán)節(jié)，即G., (S) = 1 0 因此方塊圖可以簡(jiǎn)化如圖3-7所示。U,+U' K 伴 4 K G., (S 'Yv0 dV N1.28 x 10410.025' + 1 (6.9S + 1X0.00042SZ + 0.045 + 1Kf圖3-7簡(jiǎn)化的力控系統(tǒng)方塊圖通過(guò)簡(jiǎn)化，可得系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(S)H(S)=1.28 x 104:。、，二, (0.0252+1)(6.9S+1 如.0004252+0.04S+;(3-38)3.3.3系統(tǒng)分析及校正用Simulink搭接出皮帶液壓拉緊裝置的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型。搭接的回路