摩擦牵引系统运行工况优化方法及其随机监控装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种摩擦牵引系统运行工况优化方法及其随机监控装置。通过电测与光测摩擦牵引机理的实验研究，找到了能全面概括影响摩擦牵引机理众诸已知与未知因素Ｘ＝［Ｘ↓［１］，Ｘ↓［２］，…，Ｘ↓［ｎ］］↑［Ｔ］的综合参数－－有功率摩擦牵引角γ＝ｆ（Ｘ）及其安全门槛值γ↓［Ａ］＝ｆ（Ｘ↓［Ａ］）；据此，建立了摩擦牵引系统工况优化方法的监控数学模型；为此，设计了摩擦牵引系统专用随机监控装置；利用本发明专利技术所得典型系列Ｘ图与Ｘ↓［Ａ］表，可对欧拉公式进行全面修正。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及摩擦牵引系统特征参数的测试、监控、优化方法及其专用设备。具体地说，它涉及一种摩擦牵引系统运行工况的优化方法及其专用随机监控装置。众所周知广义的摩擦牵引系统是指以摩擦副作为摩擦牵引机构而配套组成的带式输送机、楼宇电梯、矿井摩擦提升机等完整系统。长期以来，在工程应用中，通常使用18世纪大数学家欧拉(Euler)用经典方法导出的柔线摩擦传动公式。欧拉公式及其理想假设(约束条件——Sub.)可用下式表示 在上式中S1与S2为重载与空载侧柔线的张力；F为摩擦牵引力；因欧拉假定牵引绳(带)是无弹性、无质量、纯柔性细线，故其弹模Ed＝∞，质量qd＝0，弯曲应力σu＝0，…；又假设摩擦副筒体为绝对刚体，故其弹模Em＝∞；再假设摩擦副之间的摩擦系数μ＝Const；还假定摩擦副处于“滑而未滑”的极限平衡状态，故摩擦牵引角等于围包角且为常数，即γ＝α＝const.上述四个理想假定(Sub.)，使欧拉公式与摩擦牵引系统的工程实践之间形成了一条难以逾越的鸿沟，它是摩擦牵引系统运行工况效益低下，事故多端的肇事主因。近百年来，为了充填上述“鸿沟”，众多学者修正欧拉公式的兴趣至今不衰。经检索可知文献《А.В.АНДреев ИссЛеДоВанИе раóоТЫ ЩКИВоВТренИЯ КанаТнЫХ ПоДЪеМоВ，ЦИТИ УГЛЯ，МосКВа，1959》报道苏联学者А.В.АнДреев教授考虑了摩擦副的几何尺寸、结构形状、断面系数(有效与名义横断面积之比值)及材料特征对参数μ与α的影响，导出了下列修正式S1S2=exp----(2)]]>式中，n为与摩擦副的弹模(E)相关的无因次系数；d为绳的直径(或者带的厚度)；D为摩擦绳筒(或胶带滚筒)直径；K＜1为与绳(或带)的断面形状相关的系数；KZ＜KZ·M≤1为绳(或带)的断面系数。本专利技术的目的在于通过电测与光测摩擦牵引机理的实验研究，找到能全面概括影响摩擦牵引机理众诸已知和未知因素的综合参数；建立工况优化方法的监控数学模型；研制摩擦牵引系统专用随机监控装置。本专利技术的任务是这样实现的以能概括反映摩擦牵引系统的构件材料、几何结构、界面形态、运动参数、动力参数、环境因素、时空效应等相关摩擦牵引机理全因子的“综合特征参数”建立系统工况随机监控优化方法数学模型，它分为监测显示用目标函数、巡回调控用不等式约束条件，以及识别控制等式约束条件三个互相关单元部分。摩擦牵引系统运行工况的随机监控优化方法数学模型为 式中γ及γA——摩擦副的有功摩擦牵引角及其安全门槛值；JK——监控信号；X——摩擦牵引随机特征系数；i及iA——拖动电机的电流及其安全门槛值；q及qA——制动器液压及其安全门槛值； ——γ的奇异值；j＝1，2…，m——提升钢绳编号(单绳提升系统与胶带机系统时，j＝1)；Ki＝1，2，3，4——不同信号的变比系数，其许用值须通过实验研究而确定；而其目的在于①取约束条件(Sub.)许用之下的最大有功摩擦牵引角(maxγj)作为监控的优化目标，可使牵引系统的运行工况达到“高产、高效、节能、低耗”之目的摩擦牵引力(F＝Fmax＝S1max-S2＝f(γjmax))最大；牵引电动机的过负荷能力利用率最高与无功损失最小，而“高效，节能”(η＝ηmax)；降低牵引系统及其构件的运行频率与疲劳次数而延长构件的使用寿命(N＝Nmax)，故“低耗”(W＝Wmin)；②六个约束条件均与牵引系统的运行安全相关，其中g1(X)-既预防“打滑”事故的发生，又允许个别提升钢绳出现“瞬时打滑”，以利众诸钢绳之间张力“自动”平衡，以延长钢绳的使用寿命；g2(X)-限制提升钢绳的最大张力不超过诸绳平均张力的K2倍，以防止“断绳”事故的发生；g3(X)与g4(X)-限制起动加速度(a1)与制动减速度(a3)不大于其防滑极限；或者说，限制起动力矩与制动力矩勿大于摩擦牵引力矩而防滑；h1(X)-当监控软件识知γj之平均值已等于其安全门槛值γA的K3倍时，即当出现“打滑”征兆之时，则会立刻起动紧急制动器与附设的《多级防滑机械手》，使之“防滑”于未然；h2(X)-当发现绳(或带)某区段的γj角的奇异值 且等于γj平均常值的K4倍时，即当绳(或带)出现“薄弱环节”之时，则同上，须马上投入紧急制动与《防滑机械手》，以求“防断绳(或带)”于未然。为实施本专利技术的工况优化方法而研制的专用工况优化随机监控装置，它由以下四个部分组成(1)参数传感器S1～Sn——它们构成探测系统特征参数(Si，γj，ai，i，q，…)的信号源。(2)系统特征信号的存储、显示、打印、处理、调控用的软硬件——由优化方法式(8)为主的软件与计算机的处理器、存贮器、显示屏、打印机为主的硬件构成，它可同时给出系统特征参数的门槛值与极值。(3)调控系统工况特征参数达到优化匹配指标的伺服系统——由执行机构E1～En及报警装置W等组成。(4)联接以上三部分的总线及接口件——由小信号放大调理板、模拟量扩展板、高速数据采集卡等组成。本专利技术所研制的随机监控装置具有高灵敏、高可靠的信号源(由敏感元器件等构成)，能实时拾取反映摩擦牵引系统的工况综合特征的随机信号；而它的信号处理器及其智能软件具备三种功能监测显示工况特征参数、分析存储工况特征资料；巡回调控伺服机构、使工况参数达到优化匹配；监控安全执行机构，确保运行工况安全。利用摩擦牵引系统运行工况优化方法及其随机监控装置推广应用所积累的大量典型系列X图谱与典型系列XA数值表，可对欧拉摩擦牵引理想公式进行全面实质修正；同时，它也将为相关《产品标准》、《安全规程》、《设计规范》的修定，提供可靠的基础依据，从而促进科学技术管理水平的提高。以下将结合附图对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1摩擦副示意2光测γ＝α-β≌0实验图象图3电测γ＝α-β＝f(X)实验图象图4光测γ＝α-β＝f(X)实验图象图5电测γ＝α实验图象图6光测γ＝α实验图象图7μ＝f(γ)实验曲线图8δ＝f(γ)实验散点图及其拟合曲线·-91～98实验散点(E860，S23.5)×-101～108实验散点(E860，S27.4)。-131～137实验散点(E3060，S27.4)图9橡胶配对表层波浪式弹·塑性交替变形机制实验景观(P＝1kg/cm2；V＝0.3m/s)图10尼龙AK-7配对表层波浪式弹·塑性交替变形机制实验景观(P＝5.5kg/cm2，V＝0.3m/s)图11玻璃·锦伦摩擦副高温积聚塑变失效实验图象(P＝5kg/cm2，V＝15.8m/s)图12玻璃·聚炭酸脂摩擦副高温积聚塑变失效实验图象(P＝5kg/cm2，V＝15.8m/s)图13ΔV监控信号测试原理14多绳机提升钢丝绳动张力实验曲线图15 X＝f(lnI)实验散点图及其拟合直线91～98E＝860，S2＝3.5101～108E＝860，S2＝7.4131～137E＝3060，S2＝7.4图16多级防滑机械手示意图(a)(b)系统设置，(c)平面结构图17摩擦牵引系统随机监控装置框图诸图中α-摩擦副之围包角；β-无功摩擦牵引储备角；γ-有功摩擦牵引角；Si绳(或带)的张力；ω-摩擦副的旋转方向；L-绳(或带)的长度；μ-摩擦副界面之间的摩擦系数；δ-γ角的扩展速率本文档来自技高网...

【技术保护点】
摩擦牵引系统运行工况优化方法，其特征在于：它分为监测显示用目标函数、巡回调控用不等式约束及识别控制用等式约束三个互相关单元，故其数学模型为＊＊＊式中：γ及γ↓［Ａ］－摩擦副的有功摩擦牵引角及其安全门槛值；Ｊ↓［Ｋ］－监控信号；Ｘ－摩 擦牵引系数；ｉ及ｉ↓［Ａ］－拖动电机的电流及其安全门槛值；ｑ及ｑ↓［Ａ］－制动器液压及其安全门槛值；＊－γ的奇异值；ｊ＝１，２，…，ｍ－提升钢绳编号（单绳提升系统与胶带机系统时，ｊ＝１）；Ｋ↓［ｉ＝１，２，３，４］－不同信号的变比系数，其许用值须通过实验研究而确定；而其目的在于：①取约束条件（Ｓｕｂ．）许用之下的最大有功摩擦牵引角（ｍａｘγ↓［ｊ］）作为监控的优化目标，可使牵引系统的运行工况达到“高产、高效、节能、低耗”之目的：摩擦牵引力（Ｆ＝Ｆ↓［ｍａｘ］＝Ｓ↓［１ｍａ ｘ］－Ｓ↓［２］＝ｆ（γ↓［ｊｍａｘ］））最大；牵引电动机的过负荷能力利用率最高与无功损失最小，而“高效，节能”（η＝η↓［ｍａｘ］）；降低牵引系统及其构件的运行频率与疲劳次数而延长构件的使用寿命（Ｎ＝Ｎ↓［ｍａｘ］），故“低耗”（Ｗ＝Ｗ↓［ｍｉｎ］）；②六个约束条件均与牵引系统的运行安全相关，其中：ｇ↓［１］（Ｘ）－既预防“打滑”事故的发生，又允许个别提升钢绳出现“瞬时打滑”，以利众诸钢绳之间张力“自动”平衡，以延长钢绳的使用寿命；ｇ↓［２］（Ｘ）－限制提升钢绳 的最大张力不超过诸绳平均张力的Ｋ↓［２］倍，以防止“断绳”事故的发生；ｇ↓［３］（Ｘ）与ｇ↓［４］（Ｘ）－限制起动加速度（ａ↓［１］）与制动减速度（ａ↓［３］）不大于其防滑极限；或者说，限制起动力矩与制动力矩勿大于摩擦牵引力矩而防滑； ｈ↓［１］（Ｘ）－当监控软件识知γ↓［ｊ］之平均值已等于其安全门槛值γ↓［Ａ］的Ｋ↓［３］倍时，即当出现“打滑”征兆之时，则会立刻起动紧急制动器与附设的《多级防滑机械手》，使之“防滑”于未然；ｈ↓［２］（Ｘ）－当发现绳（或带）某区段的 γ↓［ｊ］角的奇异值＊，且等于γ↓［ｊ］平均常值的Ｋ↓［４］倍时，即当绳（或带）出现“薄弱环节”之时，则同上，须马上投入紧急制动与《防滑机械手》，以求“防断绳（或带）”于未然。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳文选，王楚光，何荣法，王国乾，黄孙灼，陈日齐，左友德，盛一松，朱志军，苏振光，朱凯，许培宽，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]