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。     

一种锻造操作机的钳头夹紧旋转机构

一种锻造操作机的钳头夹紧旋转机构燕山大学（０６６００４）陈锦江鹿玲富裕林业机械厂（１６１２００）刘坤涛１前言锻造操作机上的钳头夹紧旋转机构由钳口夹紧机构和钳杆旋转机构两部份组成，用于实现钳口松紧动作和钳杆旋转动作，是体现操作机功能的主体部分，其结构形...     

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。     

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。     

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。     

基于虚功原理的一种新型锻造操作机主运动机构动力学分析

提出一种新型6自由度前后双提升驱动式锻造操作机。基于复矢量法对操作机主运动机构的运动学进行全面分析。其次将液压缸的缸体和活塞杆简化为一个构件的情况下,基于虚功原理推导并建立主运动机构的动力学数学模型。分别在水平升降运动、俯仰运动以及前后缓冲运动三种运动状态下对夹钳末端进行正弦速度规划,并在给定负载情况下对动力学模型进行了仿真分析。将该简化模型与实际中将液压缸的缸体和活塞杆分为两个构件的动力学模型进行仿真对比分析,得到各驱动液压缸分别在三种运动状态下输出驱动力的误差曲线。结果表明该新型锻造操作机的主要承重构件为前提升缸。简化模型等效于实际模型,并且有效简化了动力学的建模过程。研究结果为该机构的设计和应用提供了重要的理论依据。     

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。     

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。     

关于一种无轨锻造操作机升降倾斜机构的优化分析

本文例举了一种锻造操作机升降倾斜机构,该机构尤其适用于无轨锻造操作机。对升降轨迹进行数学建模和运动仿真,得出升降过程中相关杆件的关系方程组。在工程设计上,给定一定杆件尺寸时,能计算出剩余杆件的长度和位置,在符合精度的条件下,保证升降过程中轨迹更接近于直线。通过多组参数分析对比,得出其精度控制规律。该分析结果对于锻造操作机的结构设计和优化具有指导意义。     

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。     

锻造操作机提升机构设计方法

基于螺旋理论并结合工程实际对锻造操作机的构型设计进行系统、深入的研究,构造多种串并联形式的混联结构锻造操作机提升机构构型。这些锻造操作机提升机构的升降和俯仰运动采用平面五杆机构实现,侧移运动采用一种典型DANGO&DIENENTHAL(DDS)锻造操作机的侧移系统实现,大车前进方向的移动和侧摆由悬挂系统实现。所以这些锻造操作机提升机构解耦性能高,均为实际应用中可以考虑的构型。根据实际工程经验可知,锻造操作机的悬挂系统为由前悬挂部分和后悬挂部分组成的并联机构,前悬挂部分由两根对称的悬挂杆组成,后悬挂部分由单根悬挂杆或两根对称的悬挂杆组成。将悬挂并联机构型综合分为后悬挂部分含单根悬挂杆和两根悬挂杆两种情况进行讨论,采用基于螺旋理论的约束综合法,构型得到了四种悬挂并联机构构型,其中三种构型为无过约束机构,应用前景广泛。     

一种完全解耦式锻造操作机机构

提出了一种能实现升降运动与水平移动之间解耦的完全解耦式锻造操作机机构,该机构直接将Hoekens四连杆近直线输出机构输出端与钳杆中部相连,并在四连杆机构其中的一连杆中间安装水平缓冲缸。基于位置正解模型,分析了操作机分别只作升降和俯仰运动时钳杆末端的位置变化,结果表明:当操作机升降运动时,其产生的水平方向的耦合位移量在控制误差范围之内,可实现升降运动与水平方向移动的解耦;当操作机只作俯仰运动时,钳杆末端在竖直方向产生的位移几乎为零,在水平方向产生的位移也非常小,钳杆几乎是绕着钳杆末端定点转动的。     

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。     

重型锻造操作机的操作性能分析

锻造操作机与压机的协调作业可以实现大型锻件的加工制造,提高锻造系统的制造能力和材料利用率,降低系统的能耗。操作机的操作性能是锻造工艺轨迹的设计基础,也是操作机主运动机构的优化目标。根据锻造操作机的操作特点,归纳操作机的主要操作性能:运动灵巧性、动态灵巧性、力承载性能和末端刚度性能,并借鉴机器人学的运动可操作性、力可操作性和动态可操作性的研究成果引入相应的评价指标。通过对锻造工艺的分析和与传统工业机器人的对比,总结操作机的两大特殊的性能要求:对力承载性能的方向性要求和末端刚度性能的方向性要求,提出有效操作力指数和刚度方向指数。应用旋量理论计算操作机的雅可比矩阵,建立其动力学模型,对两种锻造操作机的各项性能做了全面对比,为操作机的设计与优化提供参考依据。     

大型锻造液压操作机钳架缓冲方法的研究

大型锻造液压操作机钳架的设计需要满足大缓冲力、大缓冲行程及高效率的要求。通过将弹簧缓冲与节流、溢流及蓄能器三种液压缓冲方式作用下钳架运动的缓冲控制特性进行对比,获得既能够满足大锻件液压操作机钳架大缓冲力的缓冲要求,还能实现快速复位的装置模型,为大型操作机的设计提供了技术支持。     

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.     

巨型重载夹持机构反作用力响应盲区和承载能力的研究

在巨型重载操作设备设计计算中,摩擦力不能忽略.在区分重载夹持机构预紧夹持和工作夹持两个工作状态的基础上,分析了夹持工作过程中各作用力的主从动态变换关系,提出了反作用力响应盲区的概念.用矢量方程解析法建立了考虑摩擦时夹持机构的力学模型,计算出响应盲区和盲区特性系数.计算结果表明,在响应盲区的作用下机构可至少提高29%的承载能力.通过计算钳口工作夹紧力,研究响应盲区对机构承载能力产生的影响,对两种典型锻造操作机夹持机构在响应盲区影响下的承载能力进行了比较,并在ADAMS软件里进行了仿真.结果表明,压杆式钳头的承载能力要比长杠杆式钳头的承载能力大.     

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。