锻造操作机夹持机构的设计

通过分析锻造操作机夹持机构的典型工况,以钳口处于两个极限夹持位置时机构的力传递效率相同为依据,结合夹持机构的关键结构参数,利用解析几何法建立了机构的平面坐标系,根据机构自身结构特点及几何关系推导了确定夹持机构的方程式。使机构处于两个极限位置时输出力相同且最大,提高了操作机夹持机构的效率及夹持能力。理论计算了300 kN夹持机构的关键结构参数,验证了研究思路的可行性,为锻造操作机夹持机构的研究及设计提供了参考。     

重载锻造操作机夹持力研究

对重载锻造操作机夹持力计算的重要性和困难性进行分析,指出钳口表面有别于一般意义上的机械手夹持面。并将夹持装置钳口与锻件接触面之间简化为钳口凸齿与锻件挤压槽的作用,提出一种夹持力计算的思路。根据使用工况,将钳口工作分为夹紧状态和夹持状态,阐述两种状态的工作特点和作用,建立工件夹持状态下的受力模型,计算夹持状态下钳口在水平和垂直两个位置时的夹持力。用放大系数修正后的夹持力确定钳杆夹紧液压缸输出力,实现夹紧状态时钳口与工件之间形成充分的凹凸齿作用,以保证钳口夹持状态时能够输出最大夹持力矩。结合钳口与工件接触表面的结构特点和作用,提出钳口凸齿设计的思路和原则。实例计算和虚拟样机仿真证明计算结果有效。     

锻造操作机夹持机构的优化分析

通过对锻造操作机夹持机构工作原理进行分析,机构类型采用压杆式夹持机构。对锻造操作机夹持机构进行运动学分析,得出主运动机构中关键点之间的几何关系,并且理论计算得到钳口处夹紧力与输出力的杠杆比。为了验证模型的正确性,通过PROE软件建模,将三维模型导入ADAMS软件中,把ADAMD中计算出的杠杆比与理论计算得到的杠杆比进行比较分析。简化机构模型,对机构进行参数化设计和优化设计,找出影响杠杆比的主要因素。试验结果表明,优化后的钳口夹持力比原来增加了34.8%,钳口夹紧力随着工件直径变化分配更加合理,实现了夹持机构平稳、准确、安全运行。     

平行连杆式锻造操作机吊挂系统结构设计试验

平行连杆式锻造操作机吊挂系统是实现锻造操作机工艺动作和承受外部载荷的主要部分,其结构的合理性直接影响操作机运动的准确性。首先根据锻造操作机运动和吊挂系统结构的特点,将其简化为二维平面结构模型,然后将锻造操作机吊挂系统结构分为提升机构、俯仰机构、缓冲机构,逐个分析了操作机吊挂系统的运动过程及影响结构设计的因素,明确了设计操作机吊挂系统结构的关键参数,并对关键参数的确定提供了设计思路。     

锻造操作机夹持机构优化设计

锻造操作机的发展水平是影响重大装备制造业发展的一个重要因素。而夹钳机构作为锻造操作机的重要组成部分,它设计的好坏直接影响到整个锻造操作机的使用性能。针对锻造操作机的夹钳机构进行研究,进行了夹持机构的钳口设计以及运动学和静力学分析,考虑传动角和结构设计等约束条件,以更优的力传递效率为目标,通过遗传算法对夹钳机构进行优化设计。设计结果表明,优化后的夹钳机构在满足性能需求的同时,力的传递效率显著提升,同时结构更加紧凑。     

重载夹持装置接触力的封闭性

对钳口欠约束的重载锻造操作机夹持机构的结构特点进行分析,指出重载夹持装置夹持接触力的封闭性及优化计算的重要性和困难性。在比较分析重载夹持操作和多指手抓取作业的力封闭性特点基础上,将重载夹持装置的钳口与锻件接触界面之间复杂的分布式动接触作用等效为接触约束区合成的集中力的摩擦点接触模型,基于BUSS等发现的摩擦点约束与正定对称矩阵的等价性,研究重载夹持装置的力封闭性判别方法。结合重载夹持接触的特点,对动态作业过程中满足力封闭条件的夹持接触界面的等效合力接触点位置进行搜索,并采用线性约束梯度流的迭代优化算法实现对钳口接触力的优化和所需最优夹紧力的计算。仿真和试验结果的比较分析表明计算方法的有效性。     

大尺度重型构件夹持机构近恒力优化设计

机械夹持机构是机械制造装备的重要组件,当夹持机构钳口开口因夹持不同尺寸大型工件而有较大变化时,存在夹持力波动很大的情况,因而很难保证夹持的可靠性,甚至造成夹持机构功能失效.针对这一问题,建立了该机构大尺度近恒力目标和夹持力输出最大目标两个优化数学模型,并在此基础上采用统一目标函数法建立了综合近恒力目标和输出更大目标的多目标优化数学模型,利用循环程序与Matlab软件自带的非线性约束最优问题求解工具箱fmincon相结合的优化方法进行全局性寻优.优化结果表明,经过优化后的夹持机构在大尺度范围内既能保持近恒力输出又具有较大夹持力,且夹持力在钳口开口在中间位置时达到最大值,在钳口开口最小和最大两个位置时达到最小值.     

动态环境下重载锻造操作机夹持力建模及影响规律分析

以重载操作机夹持装置为研究对象,建立动态环境下包含销轴摩擦力矩、偏心距、角位移、角速度和锻件半径影响的夹持力模型,并用动力学仿真软件ADAMS进行动态仿真,通过锻造操作机测得的实验数据验证了所建模型的合理性,最后对夹持装置承载能力的影响因素进行了分析。结果表明:夹持装置提供的动态夹持力受其角位移影响小,与角速度和锻件半径成反相关,当钳口处于垂直位置且偏心角小于90°时,与偏心距和偏心角成正相关。这一模型为探讨大尺度时变重载工况下夹持装置承载能力和建立其评价指标提供了参考。     

径锻机钳杆制造的工艺研究

径向锻造操作机,既是快锻液压机组中的重要辅助装备之一,也是一种极端载荷条件下特殊的工业载运设备。钳杆夹持机构是实现操作机夹持工件的重要装置,它将夹紧缸产生的作用力传递到钳口位置来夹持工件。作为锻造操作机夹持工件的执行元件,是决定操作机承载能力、工作稳定性及安全性的关键部件之一。重点研究钳杆制造的相关工艺,探索钳杆加工的最佳方法。通过课题研究,为钳杆的生产制造提供了一种有效的经验。     

锻造操作机夹持机构最优夹紧力分析

利用Pro-E、Mechanism/Pro、ADAMS和ANSYS等软件建立了夹持机构的多刚体动力学模型和有限元模型,在考虑摩擦基础上研究了夹持力F0与下倾角φ的关系,分析了不同夹紧力F0夹持额定负载时夹持机构的强度。研究结果表明,综合考虑锻件下倾角φ和关键零件的安全系数n,该夹持机构夹持额定负载时的最优工作夹紧力为240T～250T。研究结果对于提高操作机夹持机构的可靠性以及进一步实现柔性夹持控制具有重要意义。     

平行连杆式操作机悬挂系统刚度与阻尼参数研究

为合理设计操作机悬挂系统的缓冲装置以减小惯性冲击的影响,针对平行连杆式锻造操作机,简化了设备模型,分析了制动工况下悬挂系统各杆件的受力状态和运动规律,并利用牛顿-欧拉法综合各杆件的动力学分析,建立了悬挂系统在制动时的动力学模型,提出了缓冲装置刚度及阻尼参数确定的思路。以300kN锻造操作机为例,在MATLAB中求解操作机悬挂系统动力学微分方程,分析了缓冲刚度、阻尼对吊杆摆角、钳杆质心运动规律的影响。结果表明,利用牛顿-欧拉法建立模型确定缓冲刚度与阻尼参数的方法是可行的与合理的,从而为平行连杆式操作机悬挂系统缓冲装置的刚度与阻尼设计提供了理论依据。     

Optimization and Mechanical Accuracy Reliability of a New Type of Forging Manipulator

Researches on forging manipulator have enormous influence on the development of the forging industry and national economy.Clamp device and lifting mechanism are the core parts of forging manipulator,and have been studied for longer time.However,the optimization and mechanical accuracy reliability of them are less analyzed.Based on General Function(G_F)set and parallel mechanism theory,proper configuration of 10t forging manipulator is selected firstly.A new type of forging manipulator driven by cylinders is proposed.After solved mechanical analysis of manipulator’s core mechanisms,expressions of force of cylinders are carried out.In order to achieve smaller force afforded by cylinders and better mechanical characteristics,some particular sizes of core mechanisms are optimized intuitively through the combined use of the genetic algorithms(GA)and GUI interface in MATLAB.Comparing with the original mechanisms,optimized clamp saves at least 8 percent efforts and optimized lifting mechanism 20 percent under maximum working condition.Finally,considering the existed manufacture error of components,mechanical accuracy reliability of optimized clamp,lifting mechanism and whole manipulator are demonstrated respectively based on fuzzy reliability theory.Obtained results show that the accuracy reliability of optimized clamp is bigger than 0.991 and that of optimized lifting mechanism is 0.995.To the whole manipulator under maximum working condition,that value exceeds 0.986 4,which means that optimized manipulator has high motion accuracy and is reliable.A new intuitive method is created to optimize forging manipulator sizes efficiently and more practical theory is utilized to analyze mechanical accuracy reliability of forging manipulator precisely.     

锻造操作机钳口夹紧力和夹紧缸能力的计算

在锻造操作机设计中，钳口夹紧力和夹紧缸能力的计算是首要的和关键的问题，它的分析、计算、选择是否正确，对操作机整体设计至关重要。     

基于ADAMS的重载操作机的动力学仿真

通过对锻造操作机工作原理的分析,基于虚拟样机技术,在ADAMS软件中建立了重载操作机整机系统的虚拟样机,对操作机进行动力学仿真分析,得出典型工况下操作机的受力情况曲线.考虑了驱动力大小、大惯量构件、柔性体构件以及附加倾覆力矩等因素对操作机性能的影响,为设计操作机的结构设计提供了理论及数据依据.     

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

管接头零件转位加工技术研究及夹具设计

根据管接头零件的结构特点,并结合数控车床上分度卡盘的应用情况,研发出可实现无偏心管接头和具有偏心结构管接头零件的高效装夹、自动转位加工技术及相应转位夹具。其转位夹具具有快速设计制造、通用性强、结构简单及使用方便等特点;通过数控自动转位高效加工彻底解决了管接头零件因种类多、数量大,模锻件不易装夹定位等造成的生产加工瓶颈问题,降低了操作者的劳动强度,提高了零件加工质量,为企业柔性生产线的构造打下了良好的基础。     

智能排爆机器人机械手部设计及其优化

利用排爆机器人技术结合现代设计方法,并根据结构特点,以质量最轻最优为目标,以几何尺寸、蜗轮齿面疲劳强度、蜗杆特性系数、模数、齿数、等为约束条件,对排爆机器人的机械手部进行了结构优化,使得机械手部结构好、质量轻、运动灵活.     

基于矩阵回路的锻造操作机能量回收及控制参数的设计方法

针对阀控式锻造操作机液压系统能源利用效率低、能耗大的问题,基于液压矩阵回路,利用泵/马达能量传递单元以及矩阵阀组的灵活组合,设计了能量回收液压系统,结合恒定压差的伺服控制方法,实现了对锻造操作机大车行走、夹钳下降两种动作的能量回收,为验证节能特性,进行了仿真和模拟实验。结果表明：夹钳下降动作中,蓄能器回收了重力势能的39.2%;大车行走过程中,蓄能器回收了惯性势能的37.1%;采用能量回收系统后,泵源输出能量比原系统减少约13%。能量回收液压系统及恒定压差伺服控制方法实现了对锻造操作机两种动作的能量回收,为多执行器系统的节能发展提供了指导。     

卧式挤压铸造设备双曲肘合模机构仿真优化设计

通过分析2500kN卧式挤压铸造设备双曲肘合模机构的工作原理,结合虚拟样机仿真软件ADAMS进行建模及仿真优化设计。以合模机构工作过程中各杆件连接点为设计变量、合模动作完成时最大合模力为目标函数进行优化设计。优化结果表明,该方法有效地提高了机构的整体性能。