科學(xué)時(shí)代站的分子動(dòng)了獸羅彬賓/常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院[摘要]粘滑是摩擦的一種特殊現(xiàn)象。為了更好的了解粘滑的機(jī)制,本來(lái)釆用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方式,從速度、勢(shì)肼常數(shù)以及牽引彈簧的剛度三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)模擬數(shù)據(jù)的分析,我們認(rèn)為:原子尺度下相接觸物體之間的粘著分離是導(dǎo)致粘滑的根本[關(guān)鍵詞]粘滑分子動(dòng)力學(xué)模擬速度勢(shì)肼常數(shù)彈簧剛度械中的體積力而言,表現(xiàn)得非常突出,成為影響MEMS性能、穩(wěn)定性和使用壽命的關(guān)鍵因素。在這種條件下,宏觀摩擦學(xué)的理論已不再適用,必須研究以分子原子為分析對(duì)象的納米摩擦學(xué)特性。自從 Mate et al回首次用原子力顯微鏡發(fā)現(xiàn)原子尺度下的粘滑現(xiàn)象以來(lái)(圖1,圖2原子力顯微鏡在石墨上運(yùn)行的情況),越來(lái)越多的研究者利用原子力顯微鏡,分子動(dòng)力學(xué)模擬和簡(jiǎn)化模型的方法對(duì)微觀機(jī)制下的粘滑現(xiàn)象進(jìn)行研究分析,并得到了許多有價(jià)值的成果。本文以分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法構(gòu)建模型模擬原子尺度下粘滑現(xiàn)象,并對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行分析和研究模擬模型10m如圖3所示滑塊在基體上,滑塊上系有彈簧,彈簧由一個(gè)固(1.2.1.0)定的速度牽引,當(dāng)彈簧力小于靜摩擦力時(shí),滑塊保持靜止,滑塊與基體間的實(shí)際摩擦力等于牽引力,彈簧在速度的牽引下使得其牽引力越來(lái)越大,當(dāng)牽引力大于滑塊與基體間的靜摩擦力時(shí),滑圖1原子力顯徵鏡探頭在石墨上運(yùn)行圖塊加速運(yùn)行,滑塊與基體間的摩擦力為它們之間的相互作用。當(dāng)亦為它們之間的相互作用。總之,當(dāng)滑塊的速度為零時(shí),滑塊與基體間的摩擦力為彈簧的牽引力,而當(dāng)滑塊速度大于零時(shí),滑塊M與集體之間的摩擦力為它們的相互作用力,本文就是根據(jù)這個(gè)原理來(lái)考察微尺度下物體之間的粘滑。Vbackward3.0tip base position(nm)圖3分子動(dòng)力學(xué)模擬模型模擬過(guò)程中上滑塊和下基體均采用類(lèi)似于氬的材料,運(yùn)用圖2摩擦力變化情況隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步,微電子技術(shù)滲透到機(jī)械工程的各個(gè)領(lǐng)Lennard- Jones(IJ勢(shì)能函數(shù)描述原子間的相互作用力,即域以及機(jī)電一體化的發(fā)展,極大地促進(jìn)了機(jī)械向微小型化方向的快速發(fā)展。經(jīng)過(guò)超精密制造的微型機(jī)電系統(tǒng),由于尺寸的減小摩擦副的間隙常處于納米級(jí)甚至零間隙,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,受此尺中()寸效應(yīng)的影響,表面粘著力、摩擦力及表面張力等相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)>危險(xiǎn)截面的彎曲應(yīng)力和軸頸表面的接觸應(yīng)力,或者改變中間受力限元分析冶金設(shè)備,2004,146(4):12-15元件的受力狀態(tài)。[3]魏鋼城,等.熱軋帶鋼R2粗軋機(jī)下主傳動(dòng)軸斷裂有限元4.2防止十字軸軸向竄動(dòng)分析與應(yīng)用[北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(5):508-512在十字軸萬(wàn)向接軸高速軋鋼工況下,由于軸承部分的離心慣[4]李友榮,等.平衡力對(duì)大型軋機(jī)萬(wàn)向接軸應(yīng)力狀態(tài)的影響性力作用,使得十字軸端面與軸承的碗底部分間隙增大,引起軸重型機(jī)械,2006,(5):32-34向竄動(dòng)。為了防止該情況發(fā)生,可在軸承碗部分增加軸向壓力5]王家琦,等.板帶軋機(jī)軸向力測(cè)試與分析冶金設(shè)備以平衡由高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的慣性力,以防止接軸發(fā)生軸向竄動(dòng)的趨勢(shì)。2009,1731):74-76.4.3增加叉頭的剛度6]高永生.四輥軋機(jī)軸向力學(xué)行為的研究[D][博士學(xué)位接軸叉頭處的變形、磨損與叉頭的剛度有關(guān),為增加叉頭剛論文].北京科技大學(xué),1991.度,應(yīng)該盡量把叉頭的中心線靠近叉頭本體,增加兩叉孔端面距離,]高永生,鄒家祥,等,四輥軋機(jī)軸向力理論計(jì)算模型這樣可減輕叉頭自重,且剛度可增加50%左右。北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),1993,15(2):176-1825.結(jié)語(yǔ)[8]王金元,鄧效忠,等.四輥軋鋼機(jī)工作輥軸向力的計(jì)算本文對(duì)熱連軋帶鋼粗軋機(jī)接軸的軸向力產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析,軸承,2006,(10):1-3并通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)接軸的結(jié)構(gòu)提出了改造性的建議9]劉玉珍,等下作簾問(wèn)攻關(guān)[]2008希望對(duì)于同類(lèi)型粗軋機(jī)的接軸軸向力研究有一定的參考價(jià)值。年軋鋼生產(chǎn)年會(huì),2中國(guó)煤化工參考文獻(xiàn)作者簡(jiǎn)介[閆曉強(qiáng),孫志輝,程偉.大型軋機(jī)萬(wàn)向接軸平衡力研究U陳金旺,男,197CNMHG有限公司第二冶金設(shè)備,2007,1666):47-49煉軋廠機(jī)械工程師。2]張顯,等.可逆式軋機(jī)十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器輥端叉頭的有科學(xué)時(shí)代·2011年第19期79z專題研究 ZHUAN TI YAN中,ε是山勢(shì)阱常數(shù),是平衡常數(shù),v=r-摩擦力發(fā)生突變,并在一瞬間由反向最大達(dá)到正向最大,速度也E初步設(shè)為0152072595 Kcal/ mol,并根據(jù)實(shí)際的需要就是在這個(gè)瞬間由零突變?yōu)樽畲笾?過(guò)后速度又在一瞬間變?yōu)榱愣▌?shì)阱常數(shù)e的大小,平衡常數(shù)a設(shè)為315065611A。原子排列導(dǎo)致一個(gè)粘滑現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)從圖4、圖5中可以看到牽引速采用面心立方排列方式,其品格長(zhǎng)度設(shè)492A。勢(shì)能截?cái)喟霃健涠仍娇?滑塊從靜止到滑移費(fèi)時(shí)越短,其牽引力能夠更快的達(dá)到設(shè)為492A。滑塊與基體之間的最大靜摩擦力,使得滑塊運(yùn)行,并導(dǎo)致粘滑更二、模擬結(jié)果頻繁發(fā)生1.速度對(duì)粘滑的影響2.勢(shì)阱常數(shù)的大小對(duì)粘滑的影響在圖3模型下將勢(shì)阱常數(shù)E分別設(shè)為2*0.52072595 Kcal/mol和4*0.152072595Kcl/mol,平衡常數(shù)設(shè)為315065611A,晶格長(zhǎng)度設(shè)492A,彈簧的胡克強(qiáng)度為10A(mol*/2),在牽引速度為l0m/s的情況下考察勢(shì)阱常數(shù)對(duì)粘滑的影響6可見(jiàn),對(duì)于大勢(shì)阱常數(shù)的模型,滑塊開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)所費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),也就是說(shuō)比之大勢(shì)阱常數(shù)的滑塊運(yùn)行要滯后,根據(jù)兩體作用勢(shì)原理,勢(shì)阱常數(shù)越大兩者之間的相互作用也就越大,那么使之發(fā)生相對(duì)位移也就變得越困難。對(duì)比圖7所示,大勢(shì)阱常數(shù)滑塊與基體之間的靜摩擦力明顯大于小勢(shì)阱常數(shù)兩者之間的靜摩擦力,結(jié)合圖6可見(jiàn),大勢(shì)2000004o8000001000000阱常數(shù)模型中滑塊從靜止到運(yùn)動(dòng)過(guò)程耗時(shí)明顯比小勢(shì)阱常數(shù)模型timestepb=10m/s長(zhǎng),也就是說(shuō)由開(kāi)始牽引到滑塊運(yùn)動(dòng)這個(gè)階段大勢(shì)阱常數(shù)模型的醞釀時(shí)間要長(zhǎng),因此在一定時(shí)間內(nèi),大勢(shì)阱常數(shù)模型粘滑發(fā)生的次數(shù)也比小勢(shì)阱常數(shù)要少,但其在粘滑過(guò)程中速度的峰值要比小3勢(shì)阱常數(shù)的要大。2E2·0.152072595Kca!mol200000400000600000B000001000000圖4不同牽引速度下滑塊的運(yùn)行速度變化5ms2000004ooo06000008000001000000timestep e=40.152072595Kcallmol000030000010000002o000000080000010000b=10m/stimestep圖6不同勢(shì)阱常數(shù)粘滑的滑塊運(yùn)行速度變化200000d000060o000001000090Frietion 9timestep圖5不同牽引速度下滑塊的運(yùn)行摩擦力的變化在圖3模型下勢(shì)阱常數(shù)E初步設(shè)為2*0.152072595 Kcalmol,平衡常數(shù)G設(shè)為31506561A,晶格長(zhǎng)度設(shè)492A,彈簧的胡克強(qiáng)度為10A(mol*f2),分別在牽引速度為5m和10m/s的情況下考察牽引速度對(duì)粘滑的影響。如圖4和圖5分別是速度為5m/s和速1·600eQ800。00·t00Ge度為10m/s時(shí)滑塊運(yùn)行速度和摩擦力的對(duì)比圖。由圖4、圖5可見(jiàn)圖7不同勢(shì)阱常數(shù)粘滑的摩擦力的變化當(dāng)滑塊在彈簧牽引的初期時(shí),摩擦力與彈簧牽引的速度方向相反3彈簧剛度的大小對(duì)粘滑的影響由此形成的彈簧牽引力小于滑塊與基體之間的靜摩擦力,即彈簧在圖3模型下勢(shì)阱常數(shù)E設(shè)為2*0.15202595 Kcal/mo,平衡的牽引力為滑塊與基體之間的靜摩擦力,因此由圖4可見(jiàn)滑塊保常數(shù)設(shè)為3.1506561晶格長(zhǎng)度設(shè)492A,彈簧的胡克強(qiáng)度為持靜止。由于滑塊此時(shí)保持靜止,彈簧在牽引速度的影響下使得1000A(m01*2),在牽引速度為5m/的情況下考察勢(shì)阱常數(shù)對(duì)牽引力越來(lái)越大,當(dāng)牽引速度大到一定程度時(shí),即牽引力開(kāi)始大粘滑的影響。在此以上的模擬結(jié)果都是在低彈簧剛度情況下情況于滑塊于基體間的靜摩擦力時(shí),滑塊運(yùn)行,并且滑塊速度突變當(dāng)考察高彈簧強(qiáng)度下粘滑的情況時(shí),我們發(fā)現(xiàn)牽引速度不變,彈在一瞬間達(dá)到峰值,當(dāng)滑塊速度到達(dá)峰值時(shí),速度開(kāi)始快速下滑簧剛度增大,滑塊的預(yù)粘滑過(guò)程縮短,也就是說(shuō),在大彈簧剛度并在一瞬間變?yōu)榱?回到初時(shí)滑塊與基體間保持靜止的狀態(tài)。當(dāng)下彈簧的牽引力能夠迅速的達(dá)到最大靜摩擦力,使得滑塊能夠在速度變?yōu)榱愕那闆r下,即在滑塊于基體之間重新保持相對(duì)靜止情短時(shí)間內(nèi)跳動(dòng)運(yùn)行。況下,其牽引力小于靜摩擦力,彈簧在牽引速度的影響下,為下摩擦力我們發(fā)現(xiàn)滑V凵中國(guó)煤化工滑過(guò)程所愛(ài)的個(gè)粘滑做準(zhǔn)備。當(dāng)我們對(duì)比圖4、圖5時(shí)我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)牽引力動(dòng),而且其靜摩擦CNMH擦力的極值正向達(dá)到最大時(shí),也就是摩擦力達(dá)到反向最大時(shí),滑塊開(kāi)始滑行,這個(gè)結(jié)果與理論有著很好的一致。80科學(xué)時(shí)代·2011年第19期d科時(shí)代上膠甫輸送機(jī)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)主№在制原理和畫(huà)用振討吳東明/河南煤化鶴煤公司[摘要]煤礦大功率膠帶輸送機(jī)日益增多,其輸送機(jī)機(jī)頭驅(qū)動(dòng)方式一般均采用雙電機(jī)、多咆機(jī)布置。本文基于雙電機(jī)功率平衡分配的原則,探討了膠帶輸送機(jī)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)釆用變頻器進(jìn)行主從控制的原理和連接方式,并將現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了說(shuō)明關(guān)鍵詞]膠帶輸送機(jī)變頻器主從控制功率平衡[Abstract] More and more high-power belt conveyors are used in coal mines. Generally, the conveyors use dual-motor or multimotor as the ir head drivers. Based on the princip le of ba lanced power distribution of dual-motor. the master-slave control theory andconnection methods of inverter of dual-motor belt conveyor are discussed in this article, and the in-site application is described[Key words] belt conveyor inverter master-slave control power ba lance國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的膠帶輸送機(jī)由于受到礦井深部開(kāi)采、續(xù)流二極管回饋到變頻器功率單元的中間直流回路中,使直流回產(chǎn)能提高、運(yùn)輸能力增大、運(yùn)距長(zhǎng)、傾角大等因素影響,其大功路的電壓上升,達(dá)到限值即會(huì)保護(hù)跳閘,對(duì)直流回路濾波電容器率膠帶輸送機(jī)日益增多,隨著膠帶輸送機(jī)功率的增大,其輸送機(jī)壽命有直接影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電容器爆裂損壞變頻器,所以必機(jī)頭驅(qū)動(dòng)方式均采用雙電機(jī)、多電機(jī)布置。這就產(chǎn)生了雙電機(jī)、須采用主從同步控制,以保證功率平衡多電機(jī)主從控制及功率的平衡問(wèn)題,目前膠帶輸送機(jī)拖動(dòng)方式有2主從控制原理調(diào)速型液力偶合器、CST、可控硅軟啟動(dòng)、交流變頻器等多種形式,變頻器主從控制是為雙電機(jī)、多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的,主從隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和提高,變頻器由于調(diào)速范圍寬、精度高,控制采用DTC直接轉(zhuǎn)矩作為其核心控制原理,將電動(dòng)機(jī)和逆變器調(diào)速平滑、穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著等特點(diǎn),已逐漸取代其它傳結(jié)合在一起,所有的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換都直接地按照電動(dòng)機(jī)的電磁狀態(tài)進(jìn)統(tǒng)調(diào)速設(shè)備,廣泛應(yīng)用于膠帶輸送機(jī)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。采用交行。對(duì)每個(gè)控制周期確定的最佳開(kāi)關(guān)時(shí)間為25微秒時(shí)間級(jí)。功率流變頻器控制雙電機(jī)或多電機(jī)同樣存在主從功率的平衡、分配問(wèn)模塊的開(kāi)關(guān)位置是由計(jì)算出的定子磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)矩來(lái)確定的,依題,下面以雙電機(jī)為例對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行探討。據(jù)實(shí)測(cè)的直流母線電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和電流計(jì)算出一組精確的電機(jī)1.主從功率平衡原則轉(zhuǎn)矩和定子磁通實(shí)際值,并將這些參數(shù)值直接應(yīng)用于控制輸出單采用兩臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)電機(jī),盡管兩臺(tái)電機(jī)同廠家型號(hào)、元的開(kāi)關(guān)狀態(tài),變頻器的每一次開(kāi)關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的,利用規(guī)格及相同的技術(shù)參數(shù),在起動(dòng)及實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,不可避免的產(chǎn)生最佳的開(kāi)關(guān)組合并對(duì)負(fù)載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)要產(chǎn)生兩臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中速度不完全一致,其中一臺(tái)速度高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。建立合理的負(fù)載分配關(guān)系,發(fā)揮的電機(jī)因過(guò)負(fù)荷而造成變頻器過(guò)電流跳閘,而另一臺(tái)速度低的電各電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出能力。機(jī)處于被拖動(dòng)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài),產(chǎn)生的再生能量通過(guò)逆變器的3.主從控制連接方式分析三、模擬結(jié)論本文用分子動(dòng)力學(xué)的方法,在圖3模型下模擬了基體與滑塊之間干摩擦的粘滑現(xiàn)象,并考察了速度、勢(shì)阱常數(shù)以及彈簧剛度a08對(duì)粘滑的影響。考察粘滑過(guò)程中的摩擦力的變化,摩擦力在粘滑過(guò)程中圍繞零值呈鋸齒狀躍動(dòng),而且摩擦力在速度由零突變到峰值時(shí)也隨之突變到峰值,但是其在速度由峰值突變?yōu)榱銜r(shí)并沒(méi)有發(fā)生突變,而是緩慢下降,為下次粘滑做準(zhǔn)備。通過(guò)對(duì)滑塊滑移速度以及滑塊與基底摩擦力變化的分析,我們認(rèn)為:原子尺度下004相接觸物體之間的粘著分離是導(dǎo)致粘滑的根本。參考文獻(xiàn):[溫詩(shī)鑄微觀摩擦學(xué)[M]北京:清華大學(xué)出版社,1998[2] Mate, C M, McClelland, G M Erlandsson, R, Atomic-scale00friction of tungsten tip on a graphite surface. 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