抛石机机构的动力学仿真 抛石机机构的动力学仿真

抛石机机构的动力学仿真

  • 期刊名字:机械工程师
  • 文件大小:834kb
  • 论文作者:刘春景,郑加强
  • 作者单位:南京林业大学,蚌埠学院机电系
  • 更新时间:2020-08-30
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论文简介

M谴业信息化抛石机机构的动力学仿真刘春景12,郑加强1南京林业大学机电学院,南京2100372蚌埠学院机电系,安徽蚌埠233030)摘要:在传统的运动学及动力学分析的基础上采用 MATLAB/ Simulink进行抛石机机构动态仿真获得了任意时刻机构之间的作用力及被抛重物的运动轨迹为抛石机的机构设计提供了重要的数据可视化的仿真结果便于观察研究。关键词:抛石机;机构分析; MATLAB/ Simulink;动态仿真中图分类号:TP3919文献标识码:A文章编号:1002-2333(2007)08-0070-03Dynamic Simulation of Sling Mechanism with MATLAB/SimulinkLIU Chun-jing- ZHENG Jia-qiang(1.School of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing Forestry University, Nanjing 210037,ChinaDepartment of Mechanical and Electrical Engineering Bengbu College, Bengbu 233030, China)Abstract: MATLAB/Simulink was used to carry on the dynamic simulation of sling mechanism on the basis of thetraditonal motion and kinetics analysis. After simulation, the force of mechanism motion joints and motion track ofobject singed at any time was gained, which provides important data for the design of sling mechanism. The visualresults are easy to observe and studyKey words: sling mechanism; mechanical analysis; MATLAB/ Simulink; dynamic simulation1引言作的需要,而且还存在危险性大、工作效率低、劳动强度抛石机是一种很古老的装置,其前身是人们熟知的大、坦坡损坏严重等问题。因此,尽快研制开发出高效的弹弓。和弹弓一样抛石机也是用来把重物抛到很高、很大型机械抛石设备,对水利工程治理、堤防加固将起到举远的地方。在水利工程抢险施工中抛石固基是每年都要轻重的作用。图1表示抛石机已经扣上扳机,准备抛进行的最普通的治理手段之一。但目前采用的人工装配射。一旦释放,配重由于重力而下降,使得横梁顺时针旋和小型机械设备下石方法已远远满足不了大批量下石工转拉动发射物沿地面水平向左运动。当横梁前端的吊钩动部件均要设置虚拟伺服模型;如果运行下拉菜“ Mechanism"中的轨迹曲线选项,电机。虚拟电动机设置如选取要输出轨迹曲线的零件作为“轨迹零件”(轨迹曲线图5所示。特征将存放在轨迹零件中),选取轨迹点、选取结果集、确(3)设置分析条件并定、设置“测量定义”对话框中各参数、设置“测量结果”对运行在完成对机构的连话框各参数点击“绘制图形按钮即可得到所选零件的接和驱动的设置后,就可运动轨迹曲线以为运动设置合适的计算4结论内容及环境,随后进行机通过应用 Pro/E wildfire2.0对立体仓库堆垛机进行3H》构的运动分析。点击“运行虚拟装配和运动仿真,可以实现在设计阶段可视地对立分析”按钮、点击新建;打体仓库堆垛机进行干涉检测以及各部件之间的间隙调图5虚拟电动机设置开“分析定义”对话框,类整。缩短了立体仓库堆垛机的设计研发周期,降低了产品型选择为运动学,设定相生产成本,为立体仓库堆垛机的设计提供了一个有效的应的开始时间和结束时间,点击运行即可。开发途径。(4)获取分析结果。对机构的分析运行完成后,就可[参考文献]以使用回放、测量、录制等功能进一步了解运动过程和储[1祝凌云李斌 Pro/ENGINEER Wildfi20运动仿真和有限元分存分析结果析[M]北京:人民邮电出版社,2004如果单击“结果回放”按钮,打开“回放”对话框,选取(22]詹友刚 Pro/ENGINEER Wildfire教程[M]北京:清华大学出版全局干涉”,点击“播放”按钮,即可观看立体仓库堆垛机(编辑启迪)中国煤化工工作状态的运动仿真结果;如果有干涉,干涉处将以红色作者显示;如果单击“运动包络”按钮,打开“创建运动包络”对CNMHG方向为机电一体化、机械话框,设置运动级别值,选取零件,既可预览零件的包络收稿日期:2007-03-0770机2007年第8期万方数遗业信息化M拉动吊索离开地面时,发射物运动产生相当大的水平向转轴点(根据它来确定扭矩方程)不重合,还需找出横梁重左的动量转化为沿切线方向的旋转动量。在运动过程中,心的加速度与角加速度和速度的关系。由r的含义有:发射物不断加速,最终超过横梁,使吊索上的绳环脱离吊3)钩,这样吊索打开,发射物就可以很高的速度向右上方发(4)射出去对上述两式求关于时间的二阶导数,就可以得到如抛石机用传统的运动学方法来分析是很困难的。下的加速度方程:这种动力机构本身所产生的速度是不断变化的。它只受到重力的作用,而且我们也很难预测吊索的释放时x2+r-aasin82=-rywicose(5)间。但是,这种装置对其各个不同构件的几何参数和惯性参数具有很高的灵敏度。我们可以通过完整的动力2.2运动方程的建立学仿真来分析这种装置。本图2为横梁的隔离体受力图,作用的外力如图所示。文介绍用 MATLAB和注意到我们在第一象限引入正角62(横梁与x轴正向的夹Simulink软件来进行计算角),这样能很容易准确地说明各个力的符号。下面是横机仿真分析。梁的三个运动方程:2抛石机机构动态分析图1抛石机位移矢量图矢量环F12A+F3,=m2x2(7)抛石机的矢量环非常简F12,+F3,y-m2g=m2y2(8)F单很容易得到约束方程。图-Fx. asin@2+Fx2. xcos0x-m2gT2 cosB=la2 (9)1给出了抛石机在运动过程同样地图3表示的是吊索的受力分析图。注意到吊索是中相关的位移矢量。取抛石用粗绳或钢丝绳做成,不是刚性连接,所以不能传递扭机的旋转轴点为坐标原点,矩。而且绳子的质量一般比横梁和重物小得多,所以可以图2横梁受力分析图所得矢量方程为R+R产R忽略吊索的惯性力,而认为重物是作用在吊索末端的个在此方程中,我们假定质点。很容易写出下面三个方程吊索一直处于张拉状态,并F且绳环也一直挂在吊钩上。(10)下面将讨论当绳环打开,重物开始飞出时的情况。注意Fxx Fn taney=0(12)图3吊索受力分析图到横梁的重心一般不与位移23矩阵方程矢量方向重合,我们可以连由方程(1)~(12)可以得到带有10个变量的矩阵方接矢量起始位置和物体中心的连线,设其距离为r2,符号程(13)(令方程中C2=cos62、S2sinB2、C=cos63、S=sin63)。取负号。矢量环方程沿x方向、方向的分量为:式中,62、63分别是对应矢量与x轴正向的夹角,规定逆时针为正XY Graph对方程关于时间取阶导数得到速度方程为:一rQ2sin62-r3in6=xfunetionHAHu对方程关于时间取二阶导workspace数得到加速度方程为xrtragsingntr3a3sine=vorarxwicoser-r a3cosB, (1)中国煤化工yrTaa2cosB2-F C3cosB=r-wisinerra3sin8, (2)CNMH因为横梁的重心与旋图4抛石机的 Simulink仿真图机械工程师2007年第8期l71M遭业值惠化(计1 AI)NAIVATICDN01-rxc2-ryc300000000r2520100000y00100000m20-10-1000000m20-10-1500501001500020000052-x220000010F2(a)3kg重物抛射轨迹(b)8kg重物抛射轨迹0000001000000C3F3-TAicrrajcy20=20-rx200.10.20.304-100.0.20.3(17)(c)3kg重物质心x方向(d)3kg重物质心y方向速度轨迹速度轨迹2g2. c23动态仿真方程(13)描述的是在使重物产生动量的时间段内抛0.10.20.3石机的动力学特性。当吊索被释放,重物被发射出去后,式(13)对研究抛射物的运动学也具有指导意义。这时,我(e)3kg重物时Fa变化轨迹(f)3kg重物时F变化轨迹们可以忽略吊索的影响,只计算抛射物和横梁的运动加速度。运动方程如下:x=0;y=-g;a=-m2/gC要想测出吊索释放的确切时间是非常困难的,所以5m我们可以避免这一点,假设通过反复实验和修正,调整横梁末端的吊钩使其在抛射物的速度方向与水平方向成-150045°角时释放吊索,这样将得到抛射的最远距离。0.10.20.30.10.20.33. 1 Simulink仿真图图4为抛石机的 Simulink仿真图。在这个仿真中要(g)3kg重物时F变化轨迹(h)3kg重物时Fs变化轨迹调用两个函数文件。一个是 function1函数,用来解方程图5仿真结果(13)的联立约束矩阵,另一个为 function1函数,用来设射了125m多的距离。另外还可以从仿真结果看到重物质置抛射重物的释放心的速度的变化以及运动副处的作用力的变化情况。3.2设定仿真的初始条件[参考文献]抛石机的初始条件如表1、表2所示。[1]曲秀全,等RR-RRP平面六杆机构系统的 MATLAB动力学仿真[J]系统仿真学报,2004,16(11):2404-2408表1抛石机的惯性参数表2抛石机仿真的初始条件[2]王华杰基于 MATLAB的偏心轮机构运动仿真系统[].机械研和几何参数积分求解器初值积分求解器初值究与应用,2003,16(4):80-83.参数取值参数取值xpl-ot0x/m1.12132[3]柯宏袁顺林,等粮油食品机械中的机构运动仿真及优化设计Akg 500 F,/m 3.00Y/m-21232[J]机械设计与制造,2003(4):20-21m/kg3n2/m-0.52554]于建国,刘志杰赵洪刚饲草压捆机压缩机构动态仿真[]东lkgm 10 r,/m 1.0北林业大学学报,2004,32(2):68-70(编輯明涛)3.3仿真结釆(见图5)作者简介:刘春景(1975-),男,博士研究生,研究方向为现代机楲设本文用矩阵建立了抛石机的动力学数学模型,根据数中国煤化工究方向为现代机械设计理论学模型编制了用于 MATLAB仿真的m函数。从仿真结果CNMHG可知8kg的重物被抛射了6lm多的距离,3kg的重物被抛收稿日期:2007-03-25721机数师2007年第8期

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