重载操作机钳臂结构多工况拓扑优化设计

钳臂是重载操作机夹持机构的重要组成部分,其力学性能和疲劳性能直接影响着操作机的正常使用功能。本文针对重载锻压操作机钳臂结构进行了典型工况下的力学性能分析,在此基础上对钳臂结构进行了多工况拓扑优化,给出了材料布局以及力的最优传递路径,并进一步进行尺寸优化。结果表明,优化后的钳臂结构在保持良好力学性能的同时,减少了材料用量。

基于Simpack的重载操作机刚柔耦合动力学分析

首先介绍了柔性物体进行动力学分析时连体基的选取原则,以保障物体的小变形效应.进而阐述了在连体基下弹性物体的主模态、约束模态,以此作为重载操作机刚柔耦合动力学分析的模态基底.由Jourdain虚功率原理,详细推导了刚柔耦合动力学分析虚功率方程,并且得到多体动力学分析的微分控制方程.另外,本文由流量守恒定律以及伯努利方程推导出液压等效的非线性刚度.最后,基于Simpack软件,分析了操作机提升运动和锻造作业两种典型工况.

重载操作机夹持装置性能分析

分析了重型锻造操作机主要技术特点,建立了典型重载锻造操作机三维结构模型,给出了其结构和运动自由度的一般描述。针对所设计的夹持装置模型,建立了静态平衡条件下接触力旋量模型和抓取矩阵,分析了沿轴向外载荷和重力矩作用下发生滑动的条件及所需的最小夹紧力。对夹钳机构设计的运动学性能作了评价,分析了夹持力、驱动力与机构运动学参数之间的关系,给出了在取值区间的变化规律和取值范围。

重载操作机夹钳角位移控制策略研究

针对双液压马达驱动夹钳机构旋转时,存在的夹钳角位移控制精度不高和双液压马达偏载问题,提出了一种"模糊+负载均衡"的控制策略。首先结合双阀控液压马达模型,建立了夹钳旋转系统模型;其次,由于液压系统的强非线性和通道的不一致性,设计了PID类型的模糊控制器和带PID控制的负载均衡控制器,并进行了控制器参数优化设计。仿真和实验结果表明了采用PID类型的模糊控制能够满足夹钳角位移精度要求,和采用负载均衡控制策略能够极大的抑制马达"偏载"现象。因此提出的控制策略是有效的,有助于提高锻件的锻造质量和操作机的性能。

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。

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。

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。