動力輥筒線的設(shè)計與研究

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1、 西南科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Ⅰ Southwest university of science and technology 本科畢業(yè)論文 動力輥筒線的設(shè)計與研究 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 二〇一一年六月 西南科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Ⅱ 動力

2、輥筒線的設(shè)計與研究 摘要：動力輥筒線是生產(chǎn)線上常用的機械輸送裝備，錐筒式的輥筒一般的長度尺寸都在1200mm以內(nèi)。但是當(dāng)遇到所運貨物比較大的時候，由于動力輥筒線比較窄，不足以平衡貨物，所以這個尺寸根本不能滿足實際運送的要求。 本文研究的動力輥筒線，其輥筒尺寸達到1600mm，而且具有90的轉(zhuǎn)彎，適合運送板材等大尺寸物品。首先對實際情況進行綜合分析，以確定動力輥筒線的相關(guān)參數(shù)。然后通過ADAMS軟件，建立動力輥筒線運動學(xué)模型，并對其進行仿真，以確定動力輥筒線能夠?qū)宀钠椒€(wěn)的運送到指定位置。最后對其進行虛擬樣機的仿真分析，準(zhǔn)確測出板材從輥筒線轉(zhuǎn)彎處飛出去的臨界速度。 關(guān)鍵詞：動力輥筒

3、線；ADAMS；虛擬樣機技術(shù) 西南科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Ⅲ Power roller line design and research Abstract：Power roller line is commonly used in the production line machinery transport equipment, general roller cone drum dimension

4、s are 1200mm in length or less. But when faced with the large cargo, because of power roller line is quite narrow, not enough to balance the goods, so the size did not meet the requirements of the actual delivery. In this paper, the power roller line that roller size of its reach 1600mm, and has 90

5、 of turn, for delivery of large items such as sheet metal.This first comprehensive analysis of the actual situation, determine the power roller line parameters. And then through the ADAMS software, Established the power roller line kinematics model and simulation to determine the power roller line

6、to the board a smooth delivery to the specified location. Finally, a virtual prototype of its simulation, accurately measure the speed line of sheet metal flying out of the roller corner. Key words: power roller line, ADAMS, Virtual Prototypin

7、 西南科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Ⅳ 動力輥筒線的設(shè)計與研究 第一章：概述 1 1.1 引言 1 1.2 動力輥筒的基本概述 1 1.3 動力輥筒國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.4 本文研究內(nèi)容概述 5 1.5 本章小結(jié) 5 第二章 虛擬樣機技術(shù)及ADAMS軟件 6 2.1 虛擬樣機技術(shù) 6 2.1.1 概述 6 2.1.2 虛擬樣機代表性的論述 6 2.1.3 DMSO 虛擬樣機定義 7 2.2 ADAMS軟件 7 2.2.1 軟件簡介 7 2.2

8、.2 軟件應(yīng)用 7 2.2.3 ADAMS軟件模塊 8 2.2.4 特點綜合 9 2.3 本章小結(jié) 11 第三章 動力輥筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 3.1 基本設(shè)計要求 12 3.1.1 屋面材料情況簡述 12 3.1.2 送料任務(wù)簡述 13 3.2 動力輥筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 3.3 本章小結(jié) 17 第四章 動力輥筒線的運動仿真及分析 18 4.1 動力輥筒線模型建立 18 4.2 動力輥筒運動仿真 20 4.3 可靠分析 24 4.4 本章小結(jié) 32 第五章 proe精確建模 33 5.1 proe簡介 33 5.2 模型建立 35 5.3 本章小結(jié) 40 第六章

9、電機和變頻器的參數(shù)選擇方案 41 6.1 電機的選擇 41 6.2 變頻器的選擇 42 6.2.1變頻器分類及控制方式 42 6.2.2 變頻器工作原理 44 6.2.3 變頻器的選擇 46 6.3 本章小結(jié) 48 總結(jié) 49 致謝 50 西南科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 Ⅴ 參考資料 51 附錄1 CAD圖紙 52

10、 西南科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 第一章：概述 1.1 引言 2010年中國動力輥筒線市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵動力輥筒線產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對動力輥筒線行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得滾筒轉(zhuǎn)彎機行業(yè)的發(fā)展需求增大。 1.2 動力輥筒的基本概述 輥筒線利用按一定間距架設(shè)在固定支架上的若干個輥子來輸送成件物品的輸送機。固定支架一般由若干個直線或曲線的分段按需要拼成。輥子輸送機可以單獨使用，也可在流水線上

11、與其他輸送機或工作機械配合使用，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、安裝拆卸方便、易于維修、線路布置靈活等優(yōu)點。這種輸送機按輥子是否具有驅(qū)動裝置，可分為無動力式和動力式兩類。 圖1-1 輥筒線 其具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、可輸送高溫物品、節(jié)能等特點，適合于運送成件物品。輥子輸送機分動力型和無動力型，可以實現(xiàn)直線、曲線、水平、傾斜運行，并能完成分流、合流等要求，實現(xiàn)物品在機上加工、裝配、試驗、包裝、挑選等工藝。 1.3 動力輥筒國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 動力輥筒線在國內(nèi)外的已經(jīng)是一項很成熟的技術(shù)了。但是國內(nèi)生產(chǎn)的動力輥筒和國外同類產(chǎn)品還是有一定的差距。這個差距主要體現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的動力輥筒比較的簡單

12、，一般只是一個動力輥筒。在與其他設(shè)備的相互嵌入方面做得不夠好。 滾筒線又稱滾筒輸送機適用于各類箱、包、托盤等件貨的輸送，散料、小件物品或不規(guī)則的物品需放在托盤上或周轉(zhuǎn)箱內(nèi)輸送。能夠輸送單件重量很大的物料，或承受較大的沖擊載荷。 結(jié)構(gòu)形式：按驅(qū)動方式可分為動力滾筒線和無動力滾筒線，按布置形式可分為水平輸送滾筒線、傾斜輸送滾筒 線和轉(zhuǎn)彎滾筒線。還可按特殊要求特殊設(shè)計，以滿足各類要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)滾筒線內(nèi)寬度為200、300、400、500、1200mm等。轉(zhuǎn)彎滾筒線標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑為600、900、1200mm等，直段滾筒所用的滾筒直徑有38、50、 60、76、89mm等。 　　滾筒輸送機之間易于

13、銜接過濾，可用多條滾筒線及其它輸送設(shè)備或?qū)C組成復(fù)雜的物流輸送系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要?？刹捎梅e放滾筒實現(xiàn)物料的堆積輸送。滾筒輸送機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，使用維護方便。 　　滾筒輸送機適用于底部是平面的物品輸送，主要由傳動滾筒、機架、支架、驅(qū)動部等部分組成。具有輸送量大，速度快，運轉(zhuǎn)輕快，能夠?qū)崿F(xiàn)多品種共線分流輸送的特點。 　　結(jié)構(gòu)形式：從驅(qū)動形式上分為有動力、無動力、電動滾筒等，按布局形式分為水平輸送，傾斜輸送和轉(zhuǎn)彎輸送。 　　尺寸規(guī)格：滾筒輸送機內(nèi)寬度根據(jù)實際情況確定，轉(zhuǎn)彎滾線標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑為300、600、900、1200mm等。直段滾筒所用的滾筒直 徑有38、50、60、7

14、6、89mm等。轉(zhuǎn)彎滾筒的錐度我們會根據(jù)輸送物體的重量、外形尺寸、線速度等來設(shè)計。 　　機架材質(zhì)：碳鋼噴塑，不銹鋼，鋁型材。 　　動力方式：減速電機驅(qū)動，電動滾筒驅(qū)動等形式。 　　傳動方式：單鏈輪、雙鏈輪、O型皮帶、平面摩擦傳動帶、同步帶等。 　　調(diào)速方式：變頻調(diào)速，無級變速等。 　　設(shè)備特點：滾筒輸送機之間易于銜接過濾，可用多條滾筒線及其它輸送設(shè)備或?qū)C組成復(fù)雜的物流輸送系統(tǒng)以及分流合流系統(tǒng)，完成多方面的工藝需要?？刹捎梅e放滾筒實現(xiàn)物料的堆積輸送。滾筒輸送機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，使用維護方便，動力滾筒線考慮鏈條抗拉強度，最長單線長度一般不超過10米。 　　動力輥筒線有以

15、下技術(shù)參數(shù)： 　　1、輸送物體的長度、寬度和高度； 　　2、每一輸送單元的重量； 　　3、輸送物的底部狀況； 　　4、有無特殊工作環(huán)境上的要求（比如：濕度，高溫，化學(xué)品的影響等）； 　　5、輸送機屬于無動力式或電機帶動式。 　　為確保貨物能夠平穩(wěn)輸送，必須在任何時間點都至少有三只滾筒與輸送物保持接觸。對軟袋包裝物必要時應(yīng)加托盤輸送。 　　1、滾筒的長度選擇： 　　不同寬度的貨物應(yīng)選適合寬度的滾筒，一般情況下采用“輸送物+50mm”。 　　2、滾筒的壁厚及軸徑選擇： 　　按照輸送物的重量平均分配到接觸的滾筒上，計算出每支滾筒的所需承重，從而確定滾筒的壁厚及

16、軸徑。 　　3、滾筒材料及表面處理 ： 　　根據(jù)輸送環(huán)境的不同，確定滾筒所采用的材質(zhì)和表面處理（碳鋼鍍鋅、不銹鋼、發(fā)黑還是包膠）。 　　4、選擇滾筒的安裝方式 ： 　　根據(jù)整體輸送機的具體要求，選擇滾筒的安裝方式: 彈簧壓入式, 內(nèi)牙軸式, 全扁榫式, 通軸銷孔式等。 對于彎道機的錐形滾筒，其滾面寬度及錐度視貨物尺寸和轉(zhuǎn)彎半徑而定。 國外研究產(chǎn)品： 圖1-2 德國雅茨公司生產(chǎn)的動力琨筒線 國內(nèi)研究產(chǎn)品： 圖1-3 湖州科尼物流設(shè)備有限公司生產(chǎn)的輥道輸送系統(tǒng)

17、 1.4 本文研究內(nèi)容概述 本課題來源于教師的橫向科研項目“板材送料系統(tǒng)”的子課題“動力輥筒線的設(shè)計與研制”。動力輥筒線是生產(chǎn)線上常用的機械輸送裝備，錐筒式的輥筒一般的長度尺寸都在1200mm以內(nèi)，本課題研究的動力輥筒線尺寸達到1600mm，并且具有90的轉(zhuǎn)彎部分，是比較具有創(chuàng)新性的設(shè)計研究。要求機械圖紙一套，仿真優(yōu)化設(shè)計方案一套、電機與調(diào)頻器的參數(shù)選擇方案一套。 1.5 本章小結(jié) 本章主要講述動力輥筒線在國內(nèi)外的發(fā)展和研究狀況，并概述了本文主要研究的內(nèi)容。 第二章 虛擬樣機技術(shù)及ADAMS軟件 2.1 虛擬樣機技術(shù) 2.1.

18、1 概述 虛擬樣機技術(shù)(Virtual Prototyping, VP)現(xiàn)在還處于發(fā)展階段，他從19世紀(jì)80年代興起的。從目前國內(nèi)外研究來看，虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用到不同的領(lǐng)域就有不一樣的定義。 2.1.2 虛擬樣機代表性的論述 （1）虛擬樣機技術(shù)是將CAD建模技術(shù)、計算機支持的協(xié)同工作(CSCW)技術(shù)、用戶界面設(shè)計、基于知識的推理技術(shù)、設(shè)計過程管理和文檔化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)集成起來，形成一個基于計算機、桌面化的分布式環(huán)境以支持產(chǎn)品設(shè)計過程中的并行工程方法 ； （2）虛擬樣機的概念與集成化產(chǎn)品和加工過程開發(fā) (Integrated Product and Process Developme

19、nt,簡稱IPPD)是分不開的。IPPD是一個管理過程，這個過程將產(chǎn)品概念開發(fā)到生產(chǎn)支持的所有活動集成在一起，對產(chǎn)品及其制造和支持過程進行優(yōu)化，以滿足性能和費用目標(biāo)。IPPD的核心是虛擬樣機，而虛擬樣機技術(shù)必須依賴IPPD才能實現(xiàn)； 　 （3）虛擬樣機技術(shù)就是在建立第一臺物理樣機之前，設(shè)計師利用計算機技術(shù)建立機械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進行仿真分析并從圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實工程條件下的各種特性，從而修改并得到最優(yōu)設(shè)計方案的技術(shù)； （4）虛擬樣機是一種計算機模型，它能夠反映實際產(chǎn)品的特性，包括外觀、空間關(guān)系以及運動學(xué)和動力學(xué)特性。借助于這項技術(shù)，設(shè)計師可以在計算機上建立機械系統(tǒng)模型，伴之以三維

20、可視化處理，模擬在真實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性并根據(jù)仿真結(jié)果精簡和優(yōu)化系統(tǒng)； （5）虛擬樣機技術(shù)利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢以及可交互式探索虛擬物體功能，對產(chǎn)品進行幾何、功能、制造等許多方面交互的建模與分析。它在CAD模型的基礎(chǔ)上，把虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個全新的設(shè)計方法。 2.1.3 DMSO 虛擬樣機定義 在建模和仿真領(lǐng)域比較通用的關(guān)于虛擬樣機的概念是美國國防部建模和仿真辦公室（DMSO）的定義。DMSO 將虛擬樣機定義為對一個與物理原型具有功能相似性的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)模型進行的基于計算機的仿真；而虛擬樣機則是使用虛擬樣機來代替物理樣機，對候選設(shè)計方案的

21、某一方面的特性進行仿真測試和評估的過程. 2.2 ADAMS軟件 2.2.1 軟件簡介 ADAMS，即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。目前，ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料，ADAMS軟件銷售總額近 圖2-1 ADAMS軟件 八千萬美元、占據(jù)了51%的份額,現(xiàn)已經(jīng)并入美國MSC公司。 2.2.2 軟件應(yīng)用

22、 ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。 ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平

23、臺。ADAMS軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。在這里將以Windows 2000版的ADAMS l2.0為藍本進行介紹。 2.2.3 ADAMS軟件模塊 　　ADAMS軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類模塊組成，如表3-1所示。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進行快速有效的建模與仿真分析。 　　基本模塊 用戶界面模塊 ADAMS／View 　　求解器模塊 ADAMS／Solver 　　后處理模塊 ADAMS／PostProcessor 　　擴展模

24、塊 液壓系統(tǒng)模塊 ADAMS/Hydraulics 　　振動分析模塊 ADAMS/Vibration 　　線性化分析模塊 ADAMS/Linear 　　高速動畫模塊 ADAMS/Animation 　　試驗設(shè)計與分析模塊 ADAMS/Insight 　　耐久性分析模塊 ADAMS/Durability 　　數(shù)字化裝配回放模塊 ADAMS/DMU Replay 　　接口模塊 柔性分析模塊 ADAMS/Flex 　　控制模塊 ADAMS/Controls 　　圖形接口模塊 ADAMS/Exchange 　　CATIA專業(yè)接口模塊 CAT/ADAMS 　　

25、Pro/E接口模塊 Mechanical/Pro 　　專業(yè)領(lǐng)域模塊 轎車模塊 ADAMS/Car 　　懸架設(shè)計軟件包 Suspension Design 　　概念化懸架模塊 CSM 　　駕駛員模塊 ADAMS/Driver 　　動力傳動系統(tǒng)模塊 ADAMS/Driveline 　　輪胎模塊 ADAMS/Tire 　　柔性環(huán)輪胎模塊 FTire Module 　　柔性體生成器模塊 ADAMS/FBG 　　經(jīng)驗動力學(xué)模型 EDM 　　發(fā)動機設(shè)計模塊 ADAMS/Engine 　　配氣機構(gòu)模塊 ADAMS/Engine Valvetrain 　　正時鏈

26、模塊 ADAMS/Engine Chain 　　附件驅(qū)動模塊 Accessory Drive Module 　　鐵路車輛模塊 ADAMS/Rail 　　FORD汽車公司專用汽車模塊 ADAMS/Pre(現(xiàn)改名為Chassis) 　　工具箱 軟件開發(fā)工具包 ADAMS/SDK 　　虛擬試驗工具箱 Virtual Test Lab 　　虛擬試驗?zāi)B(tài)分析工具箱 Virtual Experiment Modal Analysis 　　鋼板彈簧工具箱 Leafspring Toolkit 　　飛機起落架工具箱 ADAMS/Landing Gear 　　履帶/輪胎式車輛

27、工具箱 Tracked/Wheeled Vehicle 齒輪傳動工具箱 ADAMS/Gear Tool 2.2.4 特點綜合 　　1. 新的在線幫助系統(tǒng)以及PDF格式文件，方便打印 　　在 MD Adams中，MSC.Software 引入了一套新的電子在線幫助系統(tǒng)。MD Adams 和 MD Adams/Car 的用戶可以使用整個幫助系統(tǒng)。在幫助系統(tǒng)的目錄表中，按照模塊進行組織，更方便信息的查找和搜索。 　　對 MD Adams/View 中的命令語言，新加幫助，對 MD Adams/Vibration模塊新加了新的理論手冊。 　　為方便打印，幫助文檔提供了所有幫助文檔的

28、PDF格式。 　　2. 輸出線形模型，可用于在NASTRAN中進行進一步的振動性能分析 　　MD Adams/Vibration的一個新功能就是Adams2Nastran功能，該功能可以輸出線形模型，用于在NASTRAN中進行進一步的振動性能分析。此功能將線性化后的ADAMS模型封裝為 Nastran 的DMIG 輸入形式。一旦輸出完成，用戶能夠利用NASTRAN強大的頻響分析的功能，對系統(tǒng)進行精確的NVH分析和較高頻域范圍內(nèi)系統(tǒng)的響應(yīng)分析。 　　3. 在3D接觸分析中，用于處理球體新的分析方法 　　當(dāng)模型中存在3D的球體接觸碰撞時，為了得到更為精確的結(jié)果，加強了接觸計算的算法

29、，即使用真實的幾何來代表球體。同舊的將球體表面用小平面表示的方法相比，這種算法解算的速度明顯加快。例如，如右圖所示的滾珠軸承模型，解算的速度提高3.1倍。 　　這種算法的另一個好處是接觸載荷計算的精度提高。右圖所示的曲線圖顯示舊的算法 （黑色曲線）和新的算法 （紅色曲線）所得到的接觸載荷的區(qū)別所在。 　　4. 仿真過程中時變累計質(zhì)量的計算 　　新版本中開發(fā)了新的實用子程序，可以自動地計算仿真過程中時變的系統(tǒng)累計質(zhì)量。 　　新的解算器可以完成多體系統(tǒng)質(zhì)量的計算，包括剛性體和彈性體。 　　5. 對頻響仿真節(jié)點的應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果的曲線繪制 　　MD Adams 新版本支持繪制由

30、于強迫載荷激勵載荷輸入引起的在彈性體上應(yīng)力應(yīng)變的結(jié)果曲線。利用此功能，可以讓分析人員快速地進行“what-if”的研究，同時考慮系統(tǒng)多體動力學(xué)特性和結(jié)構(gòu)的影響。 　　6. MD Adams/Car Mechatronics汽車機電模塊 　　MD Adams/Car Mechatronics（汽車機電模塊）為新的模塊，該模塊極大地加強了Adams/Car和 Adams/Controls的集成。新模塊的宗旨是在Car模型下標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。 　　使用新的機電模塊，你可以很容易地對你的車輛控制系統(tǒng)性能的參數(shù)影響進行仿真，控制器的開/關(guān)只需要簡單地在控制器上切換一下即可。 　　信號

31、控制器，作為機電模塊的一部分，可以在整個系統(tǒng)裝配時連接控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)。 　　7. C++ Solver 支持 Adams/Car 　　Adams/Car 的模型現(xiàn)在可以使用 C++ Solver解算了，用戶可以利用新的HHT積分器以提高解算速度。 MD Adams/Tire 和 MD Adams/SmartDriver 模塊也支持新的 C++ Solver。 　　新的 C++ Solver 提供分析偏微分方程的功能，因而精度更高也更穩(wěn)定。同時還支持基于傳動系統(tǒng)建立的一般狀態(tài)方程（GSE），并改進了包含彈性體和鋼板彈簧的模型。 　　8. 更精確的動態(tài)懸架分析 　　現(xiàn)在，M

32、D Adams 具有的功能可以利用動態(tài)懸架試驗臺對懸架模型完成更為真實的動態(tài)懸架分析。此新功能將懸架運動的動態(tài)影響考慮在內(nèi)，因而可以提高仿真的精度。 　　用戶同樣可以使用 RPC 格式的文件作為運動驅(qū)動，這一點對于懸架系統(tǒng)及其零部件的耐久性能分析則為至關(guān)重要的。 　　9. 用于輪胎分析的新試驗臺 輪胎試驗臺更為快速地進行多個輪胎模型的比較?？梢詾椴煌妮喬ツＰ妥詣拥厣奢喬ヌ匦员容^需要的各種曲線圖。這種高度自動化的分析功能界面有助于你對各種輪胎模型的品質(zhì)以及輪胎數(shù)據(jù)庫快速地分析比較。 2.3 本章小結(jié) 本章主要介紹了虛擬樣機技術(shù)，其中重點講述了應(yīng)用最廣泛的仿真軟件ADAMS的功

33、能、特點等。 第三章 動力輥筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 基本設(shè)計要求 本課題來源于教師的橫向科研項目“板材送料系統(tǒng)”的子課題“動力輥筒線的設(shè)計與研制”。動力輥筒線是生產(chǎn)線上常用的機械輸送裝備，轉(zhuǎn)彎滾筒線標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑為600、900、1200mm等，也可根據(jù)需求采用其它特殊規(guī)格。直段滾筒所用的滾筒直徑有38、50、 60、76、89mm等。本課題研究的動力輥筒線尺寸達到1600mm，并且具有90的轉(zhuǎn)彎部分。 3.1.1 屋面材料情況簡述 其中屋面2400*1200mm型屋面材料為公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，尺寸為2400mm*1200mm，重量不大于100kg，厚度為12//10/6/8/4mm，

34、生產(chǎn)過程中表面溫度不高于80℃，2400*1200mm型屋面材料如圖1~2所示。 圖3-1 堆疊的屋面材料 圖3-2 不同厚度的屋面材料 在實際生產(chǎn)過程中，屋面材料放置在搬運小車上，搬運小車置于擺渡車上，在擺渡車上的堆疊高度不大于1200mm。堆疊的屋面材料每隔12塊左右有一塊不銹鋼墊板相隔，特別強調(diào)：屋面材料彼此之間有一定粘連，屋面材料的堆疊示意圖如圖3所示。 圖3-3 屋面材料堆疊示意圖 3.1.2 送料任務(wù)簡述 圖3-4 平面圖 圖3-5 實景圖 圖3-6 建模圖 送料任務(wù)為，工人將載有材料的擺渡車推送到接

35、近傳輸帶的某位置，然后啟動送料系統(tǒng)，將材料放到傳輸帶上，與此同時將墊板放到增壓釜側(cè)面軌道上的小車上面，送料結(jié)束后系統(tǒng)停止工作，等待下一次任務(wù)。送料平均速度6-10張/m。送料過程要求安全可靠，可監(jiān)測并識別材料、墊板及小車，將材料和墊板送到預(yù)定位置。 3.2 動力輥筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、滾筒的長度選擇： 不同寬度的貨物應(yīng)選適合寬度的滾筒，一般情況下采用“輸送物+50mm”。 2、滾筒的壁厚及軸徑選擇： 按照輸送物的重量平均分配到接觸的滾筒上，計算出每支滾筒的所需承重，從而確定滾筒的壁厚及軸徑。 3、滾筒材料及表面處理 ： 根據(jù)輸送環(huán)境的不同，確定滾筒所采用的材質(zhì)和表面處理（碳鋼

36、鍍鋅、不銹鋼、發(fā)黑還是包膠）。 4、選擇滾筒的安裝方式 ： 根據(jù)整體輸送機的具體要求，選擇滾筒的安裝方式: 彈簧壓入式, 內(nèi)牙軸式, 全扁榫式, 通軸銷孔式等。 5、機架材質(zhì)選擇： 一般可以選擇碳鋼噴塑，不銹鋼，鋁型材等材質(zhì)。 6、動力方式選擇： 通常情況下就選擇的動力方式就兩種，一種是減速電機驅(qū)動，另一種電動滾筒驅(qū)動。 7、傳動方式選擇： 傳動方式可選擇單鏈輪、雙鏈輪、O型皮帶、平面摩擦傳動帶、同步帶等。 8、調(diào)速方式選擇： 調(diào)速方式分為變頻調(diào)速，無級變速等。 9、錐筒的選擇 錐筒的選擇主要考慮兩個方面的問題，一個是錐筒的大小，另一個問題就是錐筒的錐度，首

37、先是錐筒大小的確定，錐筒的大小主要考慮的是它所運載貨物的重量。這是為了考慮到錐筒的承載能力。其次是錐度的確定，這個問題主要是關(guān)系到轉(zhuǎn)彎半徑，錐筒的錐度沒有設(shè)計好，就會影響到板材不能順利轉(zhuǎn)向的問題。所以錐筒的錐度就應(yīng)該滿足以下關(guān)系： 錐筒小端的半徑/大端的半徑=彎道的內(nèi)徑/彎道的外徑 只有這樣才能保證板材在轉(zhuǎn)彎部分順利轉(zhuǎn)向。 通過綜合的因素考慮，確定以下的技術(shù)參數(shù)： 1、輸送線由一段動力直道線和一條彎道組成。 2、動力直道線1，總長3750mm，總寬度為1600mm，總高度為1050mm。 3、動力直道線2，總長1250mm，總寬度為1600mm，總高度為1050mm。 4、彎道線

38、半徑R=1000mm，總寬度為1600mm，總高度為1050mm。 5、輸送線為兩個驅(qū)動，功率0.75kw，輸送速度為0—8米/分鐘。 6、輸送線輥面高于機架7mm。 7、動力直輥?76*2.5焊管表面拋光鍍鋅，鏈輪08B13齒雙排。 8、動力錐輥小端50mm，大端120mm鏈輪08B13齒雙排。 9、機架采用120*30*3C型鋼剪折，支腿采用60*40*2.5方管焊接表面酸洗噴塑。 整體的設(shè)計圖紙如下圖所示： 圖3-7 俯視圖 圖3-8 主視圖 3.3 本章小結(jié) 本章主要講述了動力輥筒線的設(shè)計要求以及動力輥筒線各項參數(shù)的確定。 第四章 動力輥筒線的運動仿真

39、及分析 4.1 動力輥筒線模型建立 ADAMS工作界面： 圖4-1 ADAMS工作界面 第一步是建立機架模型：首先是彎道的建立，由于在ADAMS中圓弧曲線不好建立，所以彎道的建立就只能采用兩個圓布爾運算的形式建立一個圓環(huán)，然后再次采用布爾運算切出四分之一圓環(huán)。同理，就建立好了機架的彎道部分。接下來就是直道部分的建立，直道是通過建立八個點：（ 1000 ， 0 ，3750 ） ，（ 1030 ， 0 ， 3750 ），（ 2505 ， 0 ， 3750 ），（ 2535 ，0 ，3750 ），（ -1250 ，0 ， -1000 ），（ -1250 ， 0 ，-1030 ），（

40、-1250 ，0 ，-2505 ），（ -1250 ，0 ，-2535 ）。然后拉伸得到。最后同樣是拉伸、復(fù)制、平移建立九個機腳。機架模型如下圖所示： 圖4-2 機架模型圖 第二步輥筒的添加：輥筒的添加要麻煩些，主要是定位比較復(fù)雜，定位需要對模型的尺寸進行計算，才能找出滾筒的準(zhǔn)確位置。定位之后還要對彎道錐筒進行兩次旋轉(zhuǎn)，才能完成建模。最后的模型文件如下圖所示： 圖4-3 完整模型 4.2 動力輥筒運動仿真 首先要為每個輥筒添加一個旋轉(zhuǎn)副約束，需要注意的是：在彎道的時候旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸要和輥筒保持一致，否則所添加的旋轉(zhuǎn)副就會使輥筒左右前后的擺動，不能達到仿真的效果。接下來就是為每

41、個旋轉(zhuǎn)副添加一個驅(qū)動，在這里暫時設(shè)置輥筒的驅(qū)動為30d/s。最后還要為每根輥筒與板材添加接觸。添加完成后仿真前的準(zhǔn)備工作就差不多完成了。 圖4-4 旋轉(zhuǎn)副添加界面 圖4-5驅(qū)動添加效果圖 圖4-6 接觸添加界面 完成后動力輥筒線的坐標(biāo)方位如下圖所示： 圖4-7 模型在ADAMS中的坐標(biāo)方位 板材分別在X、Y、Z方向上的位置和速度曲線圖如下圖所示： 圖4-8 X方向位置曲線 圖4-9 Y方向位置曲線 圖4-10 Z方向位置曲線 圖4-11 X方向速度曲線 圖4-12

42、Y方向速度曲線 圖4-13 Z方向速度曲線 根據(jù)板材在各個方向的位置和速度圖像可以看出，在正常情況下，板材是可以平穩(wěn)的轉(zhuǎn)向并達到預(yù)定的位置。 4.3 可靠分析 現(xiàn)在我們有個比較關(guān)心的問題就是板材在速度達到一定的時候會不會在轉(zhuǎn)彎處飛出去。如果會飛出去，那么這個飛出去的臨界速度是多少。所以接下來我們就從板材的速度和位置曲線圖分析板材飛出去的臨界速度。由于速度和位置圖像在臨界點以前的大片區(qū)域里都是差不的，分析的價值意義并不是很大，所以這里就不從最小速度一步一步的分析。就直接從臨界點附近開始分析。由圖形在ADAMS中的坐標(biāo)方向分析，從X方向著手對板材的速度和位置曲線圖進行分析是最容易可行

43、的方法。 從速度為1800d/s開始分析，X方向速度曲線圖如下圖所示： 圖4-14 1800 d/s 速度曲線 圖4-15 1820 d/s 速度曲線 圖4-16 1830 d/s 速度曲線 圖4-17 1835 d/s 速度曲線 圖4-18 1840 d/s 速度曲線 圖4-19 1845 d/s 速度曲線 圖4-20 1846 d/s 速度曲線 圖4-21 1847 d/s 速度曲線 圖4-22 各速度曲線對比圖 從上面的速度曲線分析：輥筒速度在1846d/s以前，板材的速度曲線都比較正

44、常且平穩(wěn)。但是輥筒速度在1847d/s的時候速度曲線發(fā)生了突變。而且轉(zhuǎn)彎過后速度沒有達到0，由此可以初步判斷：板材飛出去的臨界點是輥筒速度在1847d/s這點。為了進一步證實這個推斷是正確的而不是偶然，接下來我們對板材的位置曲線進行分析： 圖4-23 1800 d/s 位置曲線 圖4-24 1820 d/s 位置曲線 圖4-25 1830 d/s 位置曲線 圖4-26 1835 d/s 位置曲線 圖4-27 1840 d/s 位置曲線 圖4-28 1845 d/s 位置曲線 圖4-29 1846 d/s 位置曲線

45、 圖4-30 1847 d/s 位置曲線 圖4-31 各位置曲線對比圖 由板材在X方向上的位置曲線圖可以看出，和板材在X方向的速度曲線圖一樣，在輥筒速度為1846d/s以前，位置曲線圖都有恒定不變的時候，但是在輥筒速度為1847d/s的時候，位置曲線圖發(fā)生了突變。位置曲線一直處于上升狀態(tài)，這說明板材在X方向上的速度一直都沒有達到零。由此可以肯定，輥筒速度為1847d/s的時候是板材在轉(zhuǎn)彎處飛出去的臨界點。 4.4 本章小結(jié) 本章首先主要講述了動力輥筒線的建模過程，建模是后續(xù)工作的基礎(chǔ)，一個好的模型，可以方便以后的工作。其次就是模型約束的添加和仿真。最后就是動力輥筒的可靠性分析。這

46、個分析主要是從板材的速度和位置曲線圖進行。 第五章 proe精確建模 5.1 proe簡介 proe是美國PTC公司旗下的產(chǎn)品Pro/Engineer軟件的簡稱。Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。 1. proe的概述 在中國也有很多用戶直接稱之

47、為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性MC

48、AD軟件。 2. proe的特點和優(yōu)勢 經(jīng)過20多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點和優(yōu)勢 圖5-1 Proe 6.0 參數(shù)化設(shè)計和特征功能 Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型， 如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資

49、料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何　一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝

50、配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進行多次設(shè)計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，

51、需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形

52、式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 4. proe軟件的主要模塊組成 一、 Pro／Engineer Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功 能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色實體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。 二、 Pro／ASSEMBLY Pro/ASSEMBLY是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及 可自動地更換零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一個擴展選項模塊，只能在 Pro/Engineer環(huán)境下運行。 三、 Pro／CABLING

53、 Pro/CABLING提供了一個全面的電纜布線功能，它為在Pro/ENGINEER的部件內(nèi)真正設(shè)計三維 電纜和導(dǎo)線束提供了一個綜合性的電纜鋪設(shè)功能包。 四、 Pro／CAT Pro／CAT是選用性模塊，提供Pro／ENGINEER與 CATIA的雙向數(shù)據(jù)交換接口，CATIA的造型 可直接輸入Pro／ENGINEER軟件內(nèi)，并可加上 Pro／ENGINEER的功能定義和參數(shù)工序，而 Pro／Engineer也可將其造型輸出到 CATIA軟件里。這種高度準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換技術(shù)令設(shè)計者得以 在節(jié)省時間及設(shè)計成本的同時，擴充現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的投資。 五、Pro／CDT Pro/CDT是一個

54、Pro/ENGINEER的選件模塊，為 CADAM 2D工程圖提供 PROFESSIONALCADAM與 Pro/ENGINEER雙向數(shù)據(jù)交換直接接口。CADAM工程圖的文件可以直接讀入Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，經(jīng)由PROFESSIONAL CADAM輸出或讀入任何運行 Pro/ENGINEER 的工作站 上。Pro/CDT避免了一般通過標(biāo)準(zhǔn)文件格式交換信息的問題，并可使新客戶在轉(zhuǎn)入 Pro/ENGINEER后，仍可繼續(xù)享用原有的 CADAM數(shù)據(jù)庫。 5.2 模型建立 Proe工作環(huán)境如下圖所示： 圖5-2 proe工作界面 首先是輥筒的繪制： 圖5

55、-3 鏈輪 圖5.4 錐筒 圖5-5 直筒 接下來就是機架的建模： 圖5.6 機架模型 板材模型： 圖5-7 板材模型 動力輥筒線裝配模型： 圖5.8 動力輥筒線裝配圖1 圖5-9 動力輥筒線裝配圖2 圖5-10 動力輥筒線分解視圖 5.3 本章小結(jié) 本章主要對proe軟件做了簡單的了解和簡單的介紹了動力輥筒線模型的建立過程。 第六章 電機和變頻器的參數(shù)選擇方案 6.1 電機的選擇 圖6-1 三相異步電動機 首先考慮的是Y系列三相異步電動機，它是按照國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，具有國際互換性的特點。其中，

56、Y系列（IP44）電動機為一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵、鐵屑或者其他雜物侵入電動機內(nèi)部的特點，B級絕緣，工作環(huán)境溫度不超過+40攝氏度，相對濕度不超過百分之九十五，海拔高度不超過1000 m，額定電壓380 v，頻率50 HZ。適用于無特殊要求的機械上，如機床、泵、風(fēng)機、運輸機、攪拌機、農(nóng)用機械等。 根據(jù)動力輥筒線的功率輸出要求以及其他的因素進行綜合考慮，最后選擇的電機型號為：Y801-2 。相關(guān)參數(shù)如下表所示： 表6.1 Y801-2 電機技術(shù)數(shù)據(jù) 電動機型號 額定功率 /KW 滿載轉(zhuǎn)速 /(r/min) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量/kg 額

57、定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 同步轉(zhuǎn)速3000 r/min，2級 Y801-2 0.75 2825 2.2 2.3 16 注：Y表示系列，80表示機座中心高，2表示電機的級數(shù)。 6.2 變頻器的選擇 圖6-2 變頻器 6.2.1變頻器分類及控制方式 低壓變頻器按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為若干類別。按主電路工作方式，可分為電壓型和電流型變頻器；按開關(guān)方式，可分為PAM 、PWM控制變頻器；按工作原理，可分為V/F控制變頻器、轉(zhuǎn)差控制變頻器 、矢量控制變頻器等；按用途，可分為普通變頻器、專用變頻器等。 目前，隨著低壓變頻器技術(shù)的不斷成熟，低壓變頻的應(yīng)用場合決定了它不同的分類。單

58、從技術(shù)角度來看，低壓變頻器的控制方式也在一定程度上表明了它的技術(shù)流派。 V/F控制方式：早期變頻器一般都采用V/F控制方式，其中大多數(shù)為開環(huán)恒壓比 （ 電壓 / 頻率 = 常數(shù) ） 的控制方式。它是基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機磁通量不變的思想提出的。其特點是控制結(jié)構(gòu)簡單，尤其適用在風(fēng)機，水泵上，缺點是低速是因電動機定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而導(dǎo)致調(diào)速性能下降、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，比較適合低頻調(diào)速性能要求不高的場合。 正弦脈寬調(diào)制（SPWM） 其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制

59、方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 但是此種控制方式也是目前變頻器普遍使用的控制方式之一。也是目前國產(chǎn)品牌使用最多的控制方式之一。 　　電壓空間矢量（SVPWM） 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式

60、進行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。 　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動機的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為

61、直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。使用矢量控制，可以使電機在低速,出轉(zhuǎn)矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩（最大約為額定轉(zhuǎn)矩的150％）。 　　直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式 該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變

62、換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型。ABB公司的ACS800系列即采用這種控制方式。 矩陣式交—交控制方式 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。 6.2.2 變頻器工作原理 1、 變頻器概述。 變頻器是利用

63、電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 它的主電路都采用交—直—交電路。JP6C-T9/J9 系列低壓通用變頻器工作電壓為：380～690V，功率為0.75～800kW，工作頻率為0～400Hz；JP6C-YZ 系列中壓通用變頻器工作電壓為：1140～2300V，功率為37～1000kW，工作頻率為0～400Hz；JCS 系列高壓變頻器工作電壓為：3KV / 6KV / 10KV，功率為280～20000kW，工作頻率為0～60Hz； 2、變頻原理。 從理論上我們可知，電機的轉(zhuǎn)速N 與供電頻率f 有以下關(guān)系： 其中： p ——電機極數(shù) S——轉(zhuǎn)差率 由式(

64、1)可知，轉(zhuǎn)速n 與頻率f 成正比，如果不改變電動機的極數(shù)，只要改變頻率f 即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f 在0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 3、 節(jié)能調(diào)速原理 一般使用的風(fēng)機、水泵類它們額定風(fēng)量、水量都超過實際需要，又因工藝的需要，往往運行中要改變風(fēng)量、水量，而目前多數(shù)采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)的，雖然方法簡單，但實質(zhì)是人為增加阻力的辦法。因此浪費大量電能，屬不經(jīng)濟的調(diào)節(jié)方式。從流體力學(xué)原理可知，風(fēng)機的風(fēng)量、水泵的流量與電機轉(zhuǎn)速及電機功率的關(guān)系如下：當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速下降時，電動機的功率迅速

65、降低，例風(fēng)量下降到80％，轉(zhuǎn)速亦下降到80％時，則軸功率下降到額定的51％，若風(fēng)量下降到50％，軸功率將下降到額定的13％，其節(jié)電潛力非常大，并有下述曲線、陰影部分表示采用變頻器調(diào)速方式的節(jié)電效果，其節(jié)電可達30-40％效果十分明顯。對不同使用頻率時的節(jié)電率N%可查表。 上述原理也基本適用水泵，可見采用變頻調(diào)速控制實現(xiàn)節(jié)電是有效的、惟 一的途徑。變頻調(diào)速特點是效率高，無附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高、無級的。容易實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，可利用原有異步電動機對舊設(shè)備進行技術(shù)改造，它既保留了原有電動機，具有改造簡單，可靠、耐用，維護方便的優(yōu)點，即能達到節(jié)電的顯著效果，又能恒壓力的工藝需求，還能

66、減小機械磨損。因此，可理論上認(rèn)為風(fēng)機、水泵采用交流調(diào)速來實現(xiàn)較大幅度的節(jié)能（可達20-50％）是種較為理想而實用的方法。 4、變頻器中PWM 和PAM 的波形調(diào)制不同點是什么？ PWM 是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式?？色@得按正弦包絡(luò)電壓波形輸出值調(diào)制方式。PAM 是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。可獲得按一個方波寬窄可變電壓波形輸出值調(diào)制方式。 5、變頻器電壓型與電流型不同點。 變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 6、變頻器的電壓與電流成比例的改變原因。 異步電動機的轉(zhuǎn)矩是電機的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要