重载锻造操作机夹持接触力分析及动态特性研究

论文摘要

重载锻造操作机是锻造车间实现机械化与自动化的重要设备,因其灵活的操作和准确的定位功能,在提高生产效率,改善产品质量,减轻劳动强度方面发挥了重要作用。夹持机构是锻造操作机的执行机构,决定锻造操作机承载能力及操作稳定性和安全性。操作机的稳定夹持是靠施加在钳口和锻件间的接触力约束实现的。本文分析了重载操作机夹持机构的结构特点和双钳口的夹持作用原理,基于等效集中力的点接触约束模型,建立了约束与欠约束夹持机构的接触力计算模型,采用线性约束梯度流法对夹持接触力进行了优化计算,分析了夹持作业过程中接触点的分布及接触力变化规律。考虑持续接触过程的动态变化特性,将接触力等价为弹簧-阻尼力,仿真和实验分析了夹持操作过程中夹持接触力和动态变化特性。具体研究内容如下：（1）针对约束与欠约束夹持机构,分别建立了夹持接触力优化计算模型,开发了参数化计算软件,并对不同吨位操作机夹持不同锻件时所需接触力及夹持驱动力进行了仿真计算,通过对实验样机仿真和实验结果的比较分析,表明了计算模型的有效性。（2）应用抓取稳定性评价指标,对搜索过程中得到的接触点布局进行性能的计算和比较评判,结果表明所采用的接触力优化计算模型可以实现最优布局规划和最优夹持力计算。（3）采用接触力的弹簧-阻尼模型,仿真分析了接触力变化特点,计算了不同驱动力作用下夹持操作的稳定情况,研究了操作机夹持作业的动态变化规律。（4）应用激光跟踪仪,实时跟踪测量操作机夹持作业的动态特性,通过仿真与实验结果的比较分析,研究了最优夹持力对锻造操作机稳定夹持的影响规律,为巨型重载锻造操作机稳定夹持所需夹紧力的控制提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 锻造操作机夹持机构的夹持原理及特点
• 1.3 稳定夹持及动态特性的研究现状
• 1.3.1 夹持的封闭性及稳定性的研究现状
• 1.3.2 动态特性研究现状
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 课题来源及论文研究的主要内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 论文主要研究内容
• 第二章 操作机夹持机构的接触力优化建模
• 2.1 概述
• 2.2 等效集中力的点接触模型
• 2.2.1 接触力的简化
• 2.2.2 摩擦锥约束的接触力集
• 2.2.3 夹持的力平衡方程
• 2.3 约束机构和欠约束机构的接触力优化建模
• 2.3.1 钳口接触力坐标系的选取
• 2.3.2 夹持机构钳口的力平衡方程
• 2.3.3 接触力的优化计算模型
• 2.3.4 夹持机构初始接触力的计算
• 2.3.5 接触力最小对应接触点位置的搜索
• 2.4 本章小结
• 第三章 接触力的计算分析及夹持稳定性的评价
• 3.1 概述
• 3.2 接触力优化计算的程序实现方法
• 3.3 满足力封闭夹持的接触点布局稳定性评价
• 3.3.1 性能评价指标的定义
• 3.3.2 接触力优化与稳定夹持接触点布局规划的一致性
• 3.3.3 满足力封闭夹持的接触点布局评价
• 3.4 计算实例及接触力的结果分析
• 3.4.1 不同锻造操作机的模型结构及参数
• 3.4.2 夹持接触力及接触点位置的结果分析
• 3.5 不同位置时接触点布局的稳定性分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 锻造操作机夹持操作的动念特性研究
• 4.1 概述
• 4.2 动态接触模型
• 4.2.1 接触理论
• 4.2.2 钳口与锻件的接触建模
• 4.3 基于ADAMS的锻造操作机动态特性仿真
• 4.3.1 仿真参数及过程设置
• 4.3.2 动态夹持力的仿真计算
• 4.3.3 锻造操作机的夹持操作的动态特性仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 锻造操作机驱动力及动态特性的实验研究
• 5.1 实验装置
• 5.1.1 驱动力闭环调试
• 5.1.2 速度闭环调试
• 5.2 驱动力的实验测试
• 5.2.1 实验过程及结果
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 夹持作业动态特性的测试
• 5.3.1 约束机构的动态变化特性
• 5.3.2 欠约束机构的动态变化特性
• 5.3.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果