考虑构件弹性变形的锻造操作机静刚度分析

在综合考虑液压刚度和构件弹性变形情况下,对操作机末端静刚度进行了分析。该分析方法主要通过把操作机主运动机构在受到载荷情况下产生的弹性变形分解为驱动液压缸的位移和构件的弹性变形,分别考虑两部分对末端刚度的贡献,其中着重解决了多副杆弹性变形对末端刚度的影响,最后借助线性叠加原理得到整机末端刚度模型,从而为机构刚度分析提供了新的思路,为锻造操作机的应用和设计提供了有力的依据。     

3种锻造操作机主运动机构受力比较分析

首先分析了3种锻造操作机主运动机构的位置正解,然后利用传统的方法对3种锻造操作机主运动机构进行了受力分析,得到了升降缸驱动力和机架铰接处受力与升降缸输入位移之间的关系,并分析了锻件偏心距变化对3种锻造操作机主运动机构升降缸驱动力的影响。通过对上述结果的比较分析,其中一种新型锻造操作机主运动机构被选为实际应用中优先考虑的机构。     

锻造操作机相似模型逆动力学建模与非线性控制器设计

锻造操作机是自动化锻造作业当中不可缺少的重要装备之一,在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥了重要作用。为了提高锻造操作机的工作性能,针对某一型号的锻造操作机设计相似机构以便于开展试验研究。针对此相似机构,采用虚功原理方法建立其逆动力学模型。为减小机构动力学非线性对响应性能的影响,采用动力学前馈方法将钳杆按期望轨迹运动时所需的驱动力分配给各液压缸驱动单元,并以液压缸驱动单元位置动态性能的提高来改善钳杆的位姿跟踪性能。为此,考虑液压系统的非线性,利用反馈线性化方法将液压缸驱动单元转化为一个二阶线性系统,通过4个参数的设定来确定液压缸驱动单元的自然频率及阻尼比以及改善系统的动态响应过程。仿真结果表明了这种控制方法的有效性。     

完全解耦式锻造操作机运动机理与动力学

为了实现锻造操作机升降运动与水平移动之间的解耦,提出了一种从结构组成原理上实现解耦的锻造操作机机构,并对该机构的运动机理和动力学性能进行了研究与实验验证。首先,基于Hoekens四连杆机构介绍了完全解耦式锻造操作机的结构组成原理;运用螺旋理论工具分析了完全解耦式操作机机构的自由度,对其升降运动和水平移动之间的解耦机理进行了剖析。然后,基于虚功原理建立了操作机机构动力学模型,比较分析了该解耦式操作机机构和典型平行连杆式操作机机构在升降运动和锻造加工过程中的受力性能。最后,研制了该新型解耦式操作机的比例实验模型,采用激光跟踪仪测试了钳杆在升降过程中的水平位移变化量。实验结果表明:在升降运动过程中,钳杆在水平方向的位移变化量在1mm之内,基本上验证了该完全解耦式锻造操作机能够实现升降运动与水平移动之间的解耦。     

操作机主运动机构的解耦性研究

巨型重载操作机是极限制造装备技术的重要体现,为了降低操作机的控制难度,研究3种常见锻造操作机主运动机构的解耦性问题。建立3种锻造操作机的运动学模型,并求解机构的速度输入—输出关系矩阵,发现在传统的输出参数定义下,3种操作机的输入始终处于耦合状态。根据实际工作状态重新定义输出参数,在此基础上提出一个新的解耦定义方法。分别单独求解每个动作下的速度的输入—输出关系矩阵,并且利用Matlab仿真验证,发现其中一种操作机的主运动机构是完全解耦的,而另外两种操作机属于部分解耦。从锻造操作机主运动机构的解耦过程来看,重新定义输出是一种直观的解耦方法,该方法为并联机构的解耦提供一种新思路。     

结合加工工序锻造操作机的运动学与静力学分析

首先介绍了锻造操作机在抓取和锻造两个阶段的工作流程以及操作机在上述两个阶段需要完成的锻造动作。然后,根据基于机构的几何约束条件建立了操作机在此两阶段的位置模型,求解得到了在该两阶段各液压缸所需输入位移,为液压缸的运动控制提供了理论依据。同时,采用牛顿欧拉法建立操作机在抓取和锻造两阶段的静力学模型,分析了操作机三个液压缸的驱动力和两处关键铰链的受力,为液压缸的选型以及铰链和零部件的结构设计提供参考。     

自由锻造操作机冗余驱动系统的驱动力分配与协调

建立了自由锻造操作机提升系统冗余驱动机构的逆动力学模型,分析了运动协调、运动不协调、布置关节轴承协调运动3种工况下提升系统的驱动力分配情况.得到了3种工况驱动力分配与运动误差之间的关系,通过3种工况的对比分析了关节轴承的协调效果,并进一步分析了提升系统的自调特性.对现有操作机设计的合理性进行了分析,为今后新型操作机的设计打下了基础.     

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。     

自由锻造操作机顺应过程分析

以自由锻造操作机的一次锻打工况作为研究对象,建立锻造操作机"锻造-机械-液压"多领域耦合动力系统模型。基于模块化建模思想,模型中锻造子系统,机械子系统和液压子系统均采用状态方程统一表达,通过定义子系统间的输入输出关系,可耦合成系统的动力学模型。利用此模型对锻造操作机一次锻打过程中的顺应过程进行描述和分析,揭示了顺应运动应分为两个阶段:2自由度主动顺应阶段和3自由度主被动顺应阶段。针对某典型作业条件,分三种不同工况:缓冲缸失效、缓冲缸背压恒定以及实际作业工况,对某型号锻造操作机的顺应过程进行仿真和分析。仿真结果验证了顺应运动一方面能够保护操作装备免受过大载荷的破坏,另一方面能够改善装备的外部载荷环境,对保证锻造操作机正常工作具有重要意义,同时为操作机的设计和性能优化提供了重要的理论依据。     

一种典型DDS锻造操作机运动学分析

锻造操作机的运动学分析是实现操作机运动控制的基础,鉴于大部分学者仅对典型DANGO&DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的主运动机构进行运动学分析,对一种典型DDS锻造操作机的整体机构进行运动学分析。该整体机构是由一个平行四杆机构和一个并联机构组成的串并联形式的混联机构。采用修正的Grübler-Kutzbach公式计算其中并联机构的自由度,计算结果表明并联机构的自由度数多于其主动输入数,所以该并联机构的运动无法直接确定。究其原因是机构中4S闭环的侧摆运动规律不唯一,因此对4S闭环的侧摆运动进行优化分析,利用旋转相似变换得到4S闭环侧摆后其输出件的姿态可用yzy欧拉角描述,从而确定该并联机构的运动。采用yzyy欧拉角描述钳杆的姿态,使得前三个姿态角恰好为4S闭环发生侧摆后其输出件的姿态角,从而很容易地建立该操作机整体机构主动输入与钳杆位姿之间的位置关系。在此基础上对该操作机整体机构进行速度分析,并用ADAMS软件对位置分析和速度分析进行仿真验证。     

新型全液压重载锻造机器人机构设计及分析

针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案,该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动,其运动主体为一种混联机构,由三组平行四边形连杆机构构成,采用三组液压缸并联驱动,可有效增大机器人工作空间,使负载分配合理,易于控制。建立了运动学和动力学模型,采用正弦曲线将机器人夹钳末端的位移规划为直线运动,在MATLAB中求解出机器人的工作空间,得到了直线运动下各组液压缸的位移和驱动力变化曲线,验证了该模型的正确性和机构的合理性,为重载锻造机器人机构设计提供了一种解决方案。     

锻造操作机结构系统的动力有限元建模方法研究

具有平行连杆式机构形式的万吨压机锻造操作机具有复杂的动力学行为.在瞬时机构假设和机构弹性动力学原理的基础上,研究了用空间梁单元建立操作机结构系统的有限元动力学模型的方法.根据已完成的几何设计,对某型锻造操作机结构系统进行简化,建立了在某瞬时状态下的弹性动力有限元方程.在此基础上计算得到了操作机结构系统的前六阶固有频率和固有振型.     

锻造操作机相似试验台设计和仿真

锻造操作机具有重载、大惯量、机构混联等特性,这对操作机的快速高精度控制提出了很高的要求.为了满足操作机的控制要求,各种控制方法被提出并通过仿真验证了可行性.但是,直接将这些控制方法应用到重载荷的操作机上是不恰当的.设计了一台机、电、液一体化的锻造操作机相似模型,该模型在尺寸、运动和受力特性上和作为原型的某锻造操作机相似.同时,还建立了该样机的ADAMS虚拟动力学模型,适用于控制方法的仿真和验证.     

头盔伺服系统执行机构的动力学建模及其验证

首先对头盔伺服系统的执行机构——6URHS并联机构进行了运动学分析,建立了丝杠运动状态、螺母运动状态与动平台运动状态间的关系式;其次,采用牛顿-欧拉法对驱动分支及其构件进行了动力学分析,建立了驱动分支整体和包括螺母在内的部分构件的牛顿与欧拉方程,考虑了螺旋副摩擦力的影响,推导完成了封闭式的6URHS并联机构动力学方程;最后,采用MATLAB分别建立了6URHS并联机构的动力学模型和Simulink虚拟样机,对两者进行了动力学响应对比实验。实验结果表明:对于同一组驱动力矩输入,动力学模型与虚拟样机的动力学响应基本一致,动力学模型同虚拟样机的准确度相仿。另外,还进行了动力学仿真程序的轨迹跟踪实验,对驱动力矩进行了计算与分析。     

基于PR-11RⅢ级复合连杆滚动剪切机构动力学建模及仿真

针对国内外现有的板材剪切机在工作时容易出现缺陷和难以控制的问题,提出一种新型的单液压缸驱动液压滚切剪。以实现纯滚动剪切为目标,通过简化杆件,获得PR-11RⅢ级杆组的复合连杆机构简化模型,利用杆组分解建模的方法建立连杆机构各级杆组的动力学模型,并编制相应函数的仿真模块。以某机械有限公司2 000 mm单液压缸驱动的液压滚切式板材剪切机为依托,运用Matlab/Simulink软件对其进行动力学模拟仿真。仿真结果得出的关键铰接点的动力学曲线和参数为该剪切机的机构设计、控制原理分析和实际应用提供了重要的依据,同时也证实了其动力学理论分析的正确性。     

基于GF集的锻造操作机构型方法

为了发展新型锻造操作机,提出基于GF集的锻造操作机构型方法及其构型法则。阐述一种包含移动项和转动项且转动项转动轴线交于一点的特殊集合GF集的概念及构型特点;研究GF集中移动项对转动项转动轴线位置的影响,提出并证明了移动对转动轴线位置影响定理,基于此定理定义了GF集的求和与求交的运算法则;将锻造操作机要求实现的运动分解为由钳杆提升、俯仰和沿操作机前进方向的运动组成的主运动以及由操作机侧移和侧摆组成的次运动两部分,从这两部分的运动入手,采用GF集方法构造出一系列锻造操作机。从锻造操作机的构型过程来看GF集方法是一种直观的构型方法,该方法为锻造操作机构型提供了一种新思路。     

一类平面二自由度并联机构的运动学与动力学分析

提出了一类新型平面二自由度并联机构 ,可用作二自由度平面运动的工作台 ,并分析了这种机构运动学的正反解 ,在此基础上 ,进一步应用拉格朗日方法对该机构进行动力学建模 ,获得了该机构动力学模型的具体表达式。基于该动力学模型 ,对机构的反向动力学进行仿真计算分析 ,从而获得了运动状态下机构电机的驱动力和各构件的受力情况 ,由此为该机构的设计及具体应用奠定坚实的基础     

锻造操作机的可视化刚体动力学仿真

在分析锻造操作机工作原理的基础上,采用ADAMS软件平台,建立锻造操作机的可视化三维数字化模型.考虑锻造操作机自重和外负载影响,对操作机各个部件施加相应的约束和载荷,然后进行多刚体系统的动力学三维可视化仿真,得到了典型工况运动过程中操作机受力的变化情况,并对极限载荷情况进行分析.仿真结果为锻造操作机的零部件合理设计提供了参考依据.     

一种新型正铲液压挖掘装置的运动学和动力学分析

提出一种可有效增大铲斗液压缸的推力和行程的新型正铲液压挖掘装载装置。通过对机构自由度分析,验证了该工作装置满足挖掘机铲斗作业要求的一个转动自由度和两个移动自由度。基于模块化图形组态和运动链环路理论,建立该机构的运动学分析流程图,并根据流程图对新型机构进行运动学特性分析。采用数值验证的方法给出五组数值算例,通过运动学正解和反解分析结果的对比,验证了分析方法的可靠性和准确性。基于凯恩方法对该新型机构进行动力学分析,将驱动力等效为关节转矩,推导并建立了动力学数学模型。参考卡特彼勒矿用正铲挖掘机的相关尺寸,给定该新型正铲液压挖掘装载装置的结构参数,基于Matlab分别在空载和变阻力情况下对挖掘机水平作业工况下进行动力学仿真研究,结果验证了动力学模型的准确性。研究结果为该新型机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

液压支架矿用液压缸动载过载特性的仿真及试验研究

基于AMESim和ANSYS workbench仿真分析,分别搭建了动载过载条件下液压支架矿用液压缸动载加载模型与结构件瞬态动力学仿真模型,得到了液压缸在动载过载条件下的内腔压力特性曲线以及缸体、活塞杆应力应变分布情况。进行动载过载测试试验,得到了动载过载加载条件下液压缸下腔压力-时间曲线以及缸体、活塞杆外表面测点应变测试数据。结果表明:仿真计算结果与试验测试数据在一定误差范围内基本吻合,验证了2种仿真模型以及边界条件设定的合理性以及准确性;液压缸在动载过载条件下,无杆腔压力在30 ms内由初撑压力15 MPa升高到1.0～1.5倍额定压力,对应缸筒预期破坏位置为液柱中上方约1/6处对应缸筒部分:外表面最大应力值为267 MPa,内表面应力值约为363 MPa,且在材料屈服极限内,不同压力倍率下液压缸结构件应力应变分布规律保持一致。