带式输送机是现代运输物料设备中不可缺少的设备之一,以结构简单、 操作方便、便于维修、动力资源耗损少、运行可靠、通用性强等优点见长。 随着科技的发展,带式输送机也在朝着更远距离,更高带速,更大运量的 方向发展。此时,带式输送机的驱动系统也就成为了研究的重点之一,因 为它是输送机的关键设备和动力源,只有通过驱动系统才能把其它形式的 能量传送给输送机。在长距离的输送中人们大多采用的驱动方式仍是以机 头集中驱动为主。为了能够降低带在长距离输送过程中的张力,现代也有 诸多带有辅机的中间驱动技术。本文提出一种新的驱动方式:直线电机直 接驱动。 所谓直线电机驱动是指采用多台直线电机直接驱动带式输送机,而不 借助于旋转电机机头或机尾的驱动力。这样就避免了输送机在起动过程中 的高动张力,降低了输送带因单机长度的增加而随之增加的拉力。此外, 直线电机无需接触便可传递作用力;电机直线运动,省去中间传动装置; 电机初级可沿输送带任意布置,理论上可以无限增加输送距离。 直线电机应用于输送机上,初级沿输送带长度方向布置,次级埋入输 送带内。能埋入输送带的次级要求它必须满足一定的刚度和韧性,它可以 沿输送带弯曲绕过滚筒,当承载物料时又可以弯曲成槽。本报告通过对同、 异步直线电机各自特性的比较,对直线感应电机次级材料的分析对比,对 多种型式复合次级的材料、结构的比较,设计出网格型复合次级直线感应 电机作为输送机的驱动装置。通过对网格型复合次级的模型进行理论分析、 I 太原理工大学硕士研究生学位报告 求解电压方程,进而用Ansoft Maxwell 2D进行电磁仿真,来确保电机性能 的可靠性。 在确定次级型式之后,需要进行次级输送带的设计,其制造工艺和普 通输送带的并无差异,这样就有利于技术的推广。在满足各台驱动电机牵 引力、驱动功率均衡的情况下,本文通过理论计算得出,在一定长度的输 送距离内所需电机的台数,初级在沿输送带长度上合理布置。通过RecurDyn 对直线电机驱动带式输送机的起动特性进行仿真,求解直线驱动系统对输 送机启动时速度、加速度及带的张力的影响。 本报告通过理论计算与计算机仿真,通过全面的分析认为直线电机在 带式输送机上的应用是可行的。 关键词:直线感应电机,带式输送机,驱动装置,电磁仿真 II 太原理工大学硕士研究生学位报告 FEASIBILITY STUDY ON LINEAR MOTOR USED IN THE BELT CONVEYOR ABSTRACT The belt conveyor is indispensable to modern transportation equipment. It is good at simple structure, convenient operation, easy repair and maintains, reliable operation, versatility, and so on. With the development of science and technology, the belt conveyor has been trend to longer distances, higher belt speed, larger volume. In this case, the belt conveyor drive system is becoming one of the focuses on the study, because it is the key equipment of belt conveyor and power source. Only by the drive system, the other modal energy can be transferred to the belt conveyor. In the long distance delivery, the traditional drive modes are still based on the nose concentrated drive. In order to reduce belt tension in the long-distance transmission, ther are many middle drive technology with auxiliary, the paper point out a new drive method, the linear motor direct drive belt conveyor. . The linear motor drive is refered to using multiple linear motor drive belt conveyor directly without the help of the rotationg motor head or tail to supply the driving force. In this way, it can avoid the high dynamic tension in the starting process. It can reduce the belt tension caused in the increasing stand-alone. In addition, linear motor can transmit force without contaction. The linear motor move straightly and eliminating the intermediate gear. The primary is arranged along the belt, which can unlimited increase in theory. Ill 太原理工大学硕士研究生学位报告 When the linear motor is applied on the belt conveyor, the primary is arranged along the belt, and secondary is embedded in the belt. The secondary can be bent along the belt and can be bent into groove when it carrying the meteriel. It has rigidity and toughness in a way. Compared synchronous motor to asynchronous motor, compared variety of secondary materials, compared variety of composite secondary materials ans structure, finally the grid-type complex secondary linear is chosed as a drive in the belt conveyor. By the theory analysis and solving the voltage equation to the grid-type composite secondary model, and then electromagenetic simulation with ghe Ansoft Maxwell 2D, the reliability of the motor can be ensured. After confirmed the sub-type, it is need to design the sub-tape. Its manufacturing process and technology are the same to the common belt, which is in favour of the promotion. To balance the drive motor force and drive power, by theoretical calculated, it concludes the appropriate number of the motor along the belt conveyor and the the rational layout of the primary. By the RecurDyn simulation to the belt conveyor system, it can get the starting characteristics of the linear motor, and solve the start of the linear drive system on the conveyor speed, acceleration,and the belt tension. Through theoretical calculations and computer simulation, this paper analyses the linear motor comprehensively. It comes to the conclusion that linear motor used in the belt conveyor is feasible. KEY WORDS : Linear induction motor, belt conveyor, drive, electromagnetic simulation IV 太原理工大学硕士研究生学位报告 目录 第一章绪论 1 1.1课题研究的目的和意义 1 1.2国内外研究动态 2 1.2.1带式输送机的驱动系统及发展趋势 2 1.2. 2直线驱动装置与系统 3 1.3课题研究的主要内容 4 1.4报告章节分布 5 1.5化 6 第二章直线感应电动机 7 2. 1譲 7 2.2直线感应电动机的概论 7 2. 2. 1直线感应电动机的原理 7 2. 2. 2直线感应电机的分类 9 2.2.3直线感应电机的纵、横向边端效应与等值电路 10 2. 3直线感应电机的初级结构设计 11 2.3. 1初级的整体型式 11 2. 3.2初级绕组的设计 11 2. 4直线感应电机的次级 13 2. 4. 1直线感应电机次级结构分类 13 2.4.2不同次级材料的特性简介 14 2. 5 /h^ 15 第三章网格型复合次级直线感应电机 17 3. 1鹏 17 3. 2复合次级直线电机 17 3.3网格型复合次级直线电机 20 3.3.1网格型复合次级的结构设计 20 3.3.2网格型复合次级直线电机的主要尺寸 21 太原理工大学硕士研究生学位报告 3. 3. 3直线电机的电压方程 26 3. 3. 4数值计算 31 3. 4网格型复合次级直线电机的建模与仿真 34 3. 4. 1电磁场求解的有限元法 34 3. 4. 2 Maxwel 12D的瞬态仿真 36 3. 4. 3仿真结果分析 40 3. 5小结 44 第四章直线电机在带式输送机上的应用论证 45 4. 1概述 45 4.2次级输送带的设计 45 4.2.1次级输送带的整体结构 45 4.2.2次级输送带的设计计算 46 4. 3直线电机驱动带式输送机的驱动原理 48 4.3. 1带式输送机常用的驱动原理 48 4.3.2输送机对驱动装置的要求 51 4.4输送机的牵引力计算 51 4. 4. 1直线电机在输送机上的安装要求 51 4.4.2牵引力计算 51 4. 5直线电机驱动带式输送机系统的起动特性仿真 56 4. 5. 1基于RecurDyn的模型的建立 56 4. 5. 2仿真结果分析 58 4. 6 /J、g 61 第五章结论与展望 63 5. 1 ^it 63 5. 2展望 63 0^Xm 65 B ilt 69 攻读学位期间发表的学术报告目录 70 VI 太原理工大学硕士研究生学位报告 第一章绪论 1.1课题研究的目的和意义 带式输送机是现代物料运输的重要机械之一,它以输送带作为牵引和装载部件,通 过输送带的连续运输,实现物料的输送和装卸。与其他输送设备相比,它具有输送能力 大、效率高、输送距离长、耗能少、工作平稳可靠、操作维修方便等优点。因而被广泛 应用于交通、化工、冶金、煤炭、能源、食品、建材等国民经济部门,成为提高机械化 水平必不可少的设备。随着国民经济的迅速发展,物料所需的输送能力和输送距离急剧 增加,提高运输设备的技术水平显得十分重要。为了满足现代社会生产发展和经济性的 需求,对带式输送机的各方面的要求均有所提高。主要表现为带式输送机的功能越来越 多元、应用范围逐渐扩大、本身技术也不断先进化、装备开始智能化1'3。如现有的新型 机型:空间转弯输送机、高倾角带式输送机、管状带式输送机等,其总体趋向远距离、 大带宽、大运量、高带速的方向发展。但输送机在长距离、大运量的物料运输中,也会 出现一些问题: 1) 输送带的强度、宽度和带速受限。因为对于传统的输送机型式来说,单靠机头 和机尾滚筒驱动,运输距离和提升高度的增加会使驱动功率增加,从而输送带的张力也 会提高,一般输送机的运输量不超过32000t/h。当输送带强度超过5000N/mm时,从经 济和技术的角度来说都是不划算的12],因为输送带强度的增大,势必会引起输送带的重 量、接头长度、成本和滚筒的直径,以及整机各级系统的许多参数的增加。同时对于批 量生产的减速器、满足功率的电动机等配套设备都很难选择到,从而增加了输送机的设 计制造和使用的难度,使输送机系统更加复杂化。 2) 起动过程中的高动张力。这也是带式输送机急需解决的问题之一。输送带是一 种柔性体,具有粘弹性。在起动时,由驱动装置产生动力,再传送到输送带上。这种动 张力使带产生波动,让输送带在驱动滚筒上打