科學時代站的分子動了獸羅彬賓/常州信息職業(yè)技術(shù)學院[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制,本來釆用分子動力學模擬的方式,從速度、勢肼常數(shù)以及牽引彈簧的剛度三個方面對其進行研究,通過對模擬數(shù)據(jù)的分析,我們認為:原子尺度下相接觸物體之間的粘著分離是導致粘滑的根本[關(guān)鍵詞]粘滑分子動力學模擬速度勢肼常數(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,宏觀摩擦學的理論已不再適用,必須研究以分子原子為分析對象的納米摩擦學特性。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(圖1,圖2原子力顯微鏡在石墨上運行的情況),越來越多的研究者利用原子力顯微鏡,分子動力學模擬和簡化模型的方法對微觀機制下的粘滑現(xiàn)象進行研究分析,并得到了許多有價值的成果。本文以分子動力學模擬的方法構(gòu)建模型模擬原子尺度下粘滑現(xiàn)象,并對此現(xiàn)象進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,彈簧由一個固(1.2.1.0)定的速度牽引,當彈簧力小于靜摩擦力時,滑塊保持靜止,滑塊與基體間的實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越大,當牽引力大于滑塊與基體間的靜摩擦力時,滑圖1原子力顯徵鏡探頭在石墨上運行圖塊加速運行,滑塊與基體間的摩擦力為它們之間的相互作用。當亦為它們之間的相互作用?？傊?當滑塊的速度為零時,滑塊與基體間的摩擦力為彈簧的牽引力,而當滑塊速度大于零時,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)這個原理來考察微尺度下物體之間的粘滑。Vbackward3.0tip base position(nm)圖3分子動力學模擬模型模擬過程中上滑塊和下基體均采用類似于氬的材料,運用圖2摩擦力變化情況隨著現(xiàn)代科技的進步,微電子技術(shù)滲透到機械工程的各個領(lǐng)Lennard- Jones(IJ勢能函數(shù)描述原子間的相互作用力,即域以及機電一體化的發(fā)展,極大地促進了機械向微小型化方向的快速發(fā)展。經(jīng)過超精密制造的微型機電系統(tǒng),由于尺寸的減小摩擦副的間隙常處于納米級甚至零間隙,在運動過程中,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于傳統(tǒng)機>危險截面的彎曲應(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粗軋機下主傳動軸斷裂有限元4.2防止十字軸軸向竄動分析與應(yīng)用[北京科技大學學報,2007,29(5):508-512在十字軸萬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.平衡力對大型軋機萬向接軸應(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,引起軸重型機械,2006,(5):32-34向竄動。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.板帶軋機軸向力測試與分析冶金設(shè)備以平衡由高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的慣性力,以防止接軸發(fā)生軸向竄動的趨勢。2009,1731):74-76.4.3增加叉頭的剛度6]高永生.四輥軋機軸向力學行為的研究[D][博士學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,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,四輥軋機軸向力理論計算模型這樣可減輕叉頭自重,且剛度可增加50%左右。北京科技大學學報,1993,15(2):176-1825.結(jié)語[8]王金元,鄧效忠,等.四輥軋鋼機工作輥軸向力的計算本文對熱連軋帶鋼粗軋機接軸的軸向力產(chǎn)生機理進行了分析,軸承,2006,(10):1-3并通過理論計算進行了驗證,對接軸的結(jié)構(gòu)提出了改造性的建議9]劉玉珍,等下作簾問攻關(guān)[]2008希望對于同類型粗軋機的接軸軸向力研究有一定的參考價值。年軋鋼生產(chǎn)年會,2中國煤化工參考文獻作者簡介[閆曉強,孫志輝,程偉.大型軋機萬向接軸平衡力研究U陳金旺,男,197CNMHG有限公司第二冶金設(shè)備,2007,1666):47-49煉軋廠機械工程師。2]張顯,等.可逆式軋機十字軸式萬向聯(lián)軸器輥端叉頭的有科學時代·2011年第19期79z專題研究 ZHUAN TI YAN中,ε是山勢阱常數(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到正向最大,速度也E初步設(shè)為0152072595 Kcal/ mol,并根據(jù)實際的需要就是在這個瞬間由零突變?yōu)樽畲笾?過后速度又在一瞬間變?yōu)榱愣▌葳宄?shù)e的大小,平衡常數(shù)a設(shè)為315065611A。原子排列導致一個粘滑現(xiàn)象的發(fā)生。同時從圖4、圖5中可以看到牽引速采用面心立方排列方式,其品格長度設(shè)492A。勢能截斷半徑′度越快,滑塊從靜止到滑移費時越短,其牽引力能夠更快的達到設(shè)為492A?；瑝K與基體之間的最大靜摩擦力,使得滑塊運行,并導致粘滑更二、模擬結(jié)果頻繁發(fā)生1.速度對粘滑的影響2.勢阱常數(shù)的大小對粘滑的影響在圖3模型下將勢阱常數(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,晶格長度設(shè)492A,彈簧的胡克強度為10A(mol*/2),在牽引速度為l0m/s的情況下考察勢阱常數(shù)對粘滑的影響6可見,對于大勢阱常數(shù)的模型,滑塊開始滑動時所費時間長,也就是說比之大勢阱常數(shù)的滑塊運行要滯后,根據(jù)兩體作用勢原理,勢阱常數(shù)越大兩者之間的相互作用也就越大,那么使之發(fā)生相對位移也就變得越困難。對比圖7所示,大勢阱常數(shù)滑塊與基體之間的靜摩擦力明顯大于小勢阱常數(shù)兩者之間的靜摩擦力,結(jié)合圖6可見,大勢2000004o8000001000000阱常數(shù)模型中滑塊從靜止到運動過程耗時明顯比小勢阱常數(shù)模型timestepb=10m/s長,也就是說由開始牽引到滑塊運動這個階段大勢阱常數(shù)模型的醞釀時間要長,因此在一定時間內(nèi),大勢阱常數(shù)模型粘滑發(fā)生的次數(shù)也比小勢阱常數(shù)要少,但其在粘滑過程中速度的峰值要比小3勢阱常數(shù)的要大。2E2·0.152072595Kca!mol200000400000600000B000001000000圖4不同牽引速度下滑塊的運行速度變化5ms2000004ooo06000008000001000000timestep e=40.152072595Kcallmol000030000010000002o000000080000010000b=10m/stimestep圖6不同勢阱常數(shù)粘滑的滑塊運行速度變化200000d000060o000001000090Frietion 9timestep圖5不同牽引速度下滑塊的運行摩擦力的變化在圖3模型下勢阱常數(shù)E初步設(shè)為2*0.152072595 Kcalmol,平衡常數(shù)G設(shè)為31506561A,晶格長度設(shè)492A,彈簧的胡克強度為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時滑塊運行速度和摩擦力的對比圖。由圖4、圖5可見圖7不同勢阱常數(shù)粘滑的摩擦力的變化當滑塊在彈簧牽引的初期時,摩擦力與彈簧牽引的速度方向相反3彈簧剛度的大小對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可見滑塊保常數(shù)設(shè)為3.1506561晶格長度設(shè)492A,彈簧的胡克強度為持靜止。由于滑塊此時保持靜止,彈簧在牽引速度的影響下使得1000A(m01*2),在牽引速度為5m/的情況下考察勢阱常數(shù)對牽引力越來越大,當牽引速度大到一定程度時,即牽引力開始大粘滑的影響。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,滑塊運行,并且滑塊速度突變當考察高彈簧強度下粘滑的情況時,我們發(fā)現(xiàn)牽引速度不變,彈在一瞬間達到峰值,當滑塊速度到達峰值時,速度開始快速下滑簧剛度增大,滑塊的預粘滑過程縮短,也就是說,在大彈簧剛度并在一瞬間變?yōu)榱?回到初時滑塊與基體間保持靜止的狀態(tài)。當下彈簧的牽引力能夠迅速的達到最大靜摩擦力,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靜止情短時間內(nèi)跳動運行。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凵中國煤化工滑過程所愛的個粘滑做準備。當我們對比圖4、圖5時我們發(fā)現(xiàn),當牽引力動,而且其靜摩擦CNMH擦力的極值正向達到最大時,也就是摩擦力達到反向最大時,滑塊開始滑行,這個結(jié)果與理論有著很好的一致。80科學時代·2011年第19期d科時代上膠甫輸送機雙電機驅(qū)動主№在制原理和畫用振討吳東明/河南煤化鶴煤公司[摘要]煤礦大功率膠帶輸送機日益增多,其輸送機機頭驅(qū)動方式一般均采用雙電機、多咆機布置。本文基于雙電機功率平衡分配的原則,探討了膠帶輸送機雙電機驅(qū)動釆用變頻器進行主從控制的原理和連接方式,并將現(xiàn)場的應(yīng)用情況進行了說明關(guān)鍵詞]膠帶輸送機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國內(nèi)現(xiàn)有大多數(shù)煤礦的膠帶輸送機由于受到礦井深部開采、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、運輸能力增大、運距長、傾角大等因素影響,其大功路的電壓上升,達到限值即會保護跳閘,對直流回路濾波電容器率膠帶輸送機日益增多,隨著膠帶輸送機功率的增大,其輸送機壽命有直接影響,嚴重時會引起電容器爆裂損壞變頻器,所以必機頭驅(qū)動方式均采用雙電機、多電機布置。這就產(chǎn)生了雙電機、須采用主從同步控制,以保證功率平衡多電機主從控制及功率的平衡問題,目前膠帶輸送機拖動方式有2主從控制原理調(diào)速型液力偶合器、CST、可控硅軟啟動、交流變頻器等多種形式,變頻器主從控制是為雙電機、多電機傳動系統(tǒng)設(shè)計的,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,將電動機和逆變器調(diào)速平滑、穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著等特點,已逐漸取代其它傳結(jié)合在一起,所有的開關(guān)轉(zhuǎn)換都直接地按照電動機的電磁狀態(tài)進統(tǒng)調(diào)速設(shè)備,廣泛應(yīng)用于膠帶輸送機其驅(qū)動電機的控制。采用交行。對每個控制周期確定的最佳開關(guān)時間為25微秒時間級。功率流變頻器控制雙電機或多電機同樣存在主從功率的平衡、分配問模塊的開關(guān)位置是由計算出的定子磁通和電機轉(zhuǎn)矩來確定的,依題,下面以雙電機為例對該問題進行探討。據(jù)實測的直流母線電壓、開關(guān)狀態(tài)和電流計算出一組精確的電機1.主從功率平衡原則轉(zhuǎn)矩和定子磁通實際值,并將這些參數(shù)值直接應(yīng)用于控制輸出單采用兩臺變頻器控制兩臺電機,盡管兩臺電機同廠家型號、元的開關(guān)狀態(tài),變頻器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨確定的,利用規(guī)格及相同的技術(shù)參數(shù),在起動及實際運行過程中,不可避免的產(chǎn)生最佳的開關(guān)組合并對負載變化作出快速地轉(zhuǎn)矩響應(yīng),實現(xiàn)對要產(chǎn)生兩臺電機在運行過程中速度不完全一致,其中一臺速度高電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的實時控制。建立合理的負載分配關(guān)系,發(fā)揮的電機因過負荷而造成變頻器過電流跳閘,而另一臺速度低的電各電動機的轉(zhuǎn)矩輸出能力。機處于被拖動處于發(fā)電運行狀態(tài),產(chǎn)生的再生能量通過逆變器的3.主從控制連接方式分析三、模擬結(jié)論本文用分子動力學的方法,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、勢阱常數(shù)以及彈簧剛度a08對粘滑的影響?？疾煺郴^程中的摩擦力的變化,摩擦力在粘滑過程中圍繞零值呈鋸齒狀躍動,而且摩擦力在速度由零突變到峰值時也隨之突變到峰值,但是其在速度由峰值突變?yōu)榱銜r并沒有發(fā)生突變,而是緩慢下降,為下次粘滑做準備。通過對滑塊滑移速度以及滑塊與基底摩擦力變化的分析,我們認為:原子尺度下004相接觸物體之間的粘著分離是導致粘滑的根本。參考文獻:[溫詩鑄微觀摩擦學[M]北京:清華大學出版社,1998[2] Mate, C M, McClelland, G M Erlandsson, R, Atomic-scale00friction of tungsten tip on a graphite surface. Phys. Rev. Lett. 1987;59:1942452000004000006000008000001000000[3]Albert, I, Tegzes, Albert. R Stick-slip flu嗎g, Phys. Rev. E.64,031307(2001),timestep圖8大彈簧剛度下滑塊速度的變化[4] Riedo, E, Gnecco, E, Bennewitz, and so on, Interaction Poten-tial and Hopping Dynamics Governing Sliding Friction, Phys. Rev. Lett91,084502(2003)10[5]Schirmeisen, AJansen, L, and Fuchs, H, Tip-jump statistics ofstick-slip friction, Phys. Rev. B 71, 245403(2005).[6] Reimann, P, and Evstigneev M, Nonmonotonic Velocity Dependence of Atomic Friction, Phys. Rev. Lett. 93, 230802( 2004[7] Rozman, M. G, Origin of stick-slip motion in a driven two-wavepotential, Phys. Rev. E54, 6485(1996)[8] Mulliah, D, Kenny S. D, and Smith, Roger, Modeling of stickslip phenomena using molecular dynamics, Phys. Rev. B69. 205407(2004)[9] Sills, Sand. andMolecular DissipationH中國煤化工Phys. Re2Dc004060eBsc0088000001DeetLet91,095501(2003CNMHGtimestep圖9大彈簧剛度粘滑過程中滑塊摩擦力的變化科學時代·2011年第19期81