自动立式夹钳的动力学分析

Total No 170冶金设备总第170期August 2008METALLURGICAL EQUIPMENT2008年8月第4期自动立式夹钳的动力学分析尹忠俊①项杨韩天李晋(北京科技大学机械工程学院北京100083)摘要运用 ADAMS软件建立了自动立式夹钳虚拟样机模型对机构进行了动力学分析揭示了自动立式钢卷夹钳的运动规律以及机构的受力状况。指出夹钳夹紧钢卷时,不具有向上的位移,且内外钳口始终保持平行。提出了安全可靠地完成钢卷调运,所需的力平衡条件,为立式夹钳的结构改进和合理使用提供了理论依据关键词自动立式带卷夹钳动力学分析仿真虚拟样机中图分类号TG75文献标识码Aynamic Analysis of Automatic Vertical TongsYin Zhongjun Xiang Yang Han Tian Li JinMechanical Engineering School, University of Science and Technology Beijing)aBSTRaCt The virtual prototyping model of the automatic vertical tong has been build up based on the MSCsoftware ADAMS. The motion and force condition of components are studied through kinematics analysindicate that there is no displacement during clamping process, and the position of inner and outer shoe is parallelobtained under security and reliability, which provides the theory basis forthe improvement and reasonable usage of the automatic vertical tongsKEYWORDS Automatic vertical tongsnalysis Simulation Virtual proto引言夹紧。起重机吊钩继续上升,将钢卷提起并运到自动立式带卷夹钳是用于夹取输送钢卷的指定的地点专用设备由于它性能可靠,效率很高,所以被广泛应用于各大钢铁企业。但是,由于自动立式带卷夹钳机构复杂,运动状态、受力状态都较难预测。为了进一步了解立式夹具的设计思想和工作性能,有必要对夹钳的机构运动学原理和力学性能进行研究。2机构简图及其工作原理钢巷自动立式夹钳的结构简图如图1所示。工作时,夹钳的吊杆1被桥式起重机吊钩向上提田1夹钳的机构简图起。吊杆1将左拉杆11和右拉杆2向上提起,使拉一右曲坏4-外连杆;中国煤化工左曲杆3和右曲杆10转动左曲杆3推动内钳E杆;8-拉杆;口,右曲杆10推动外钳口同时合拢,直至将钢卷CNMHG左拉杆①作者简介:尹忠俊,男1962年出生,博士,副教授,北京科技大学机械工程学院研究方向机械系统动力学总第170期冶金设备2008年8月第4期3仿真模型的建立图4是铰链点3和4垂直方向(Y向)上的虚拟样机技术是20世纪80年代随着计算位移。图中实线虚线分别表示铰链点3和铰链机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅点4的Y方向上的位移变化情况。助工程(CAE)技术。研究者在计算机上建立样50机模型,对模型进行各种动态性能分析,然后改进样机设计方案。利用 ADAMS软件建立自动立式钢卷夹钳的几何模型,对其施加约束,如旋转副铰链(Revlute Joint)、球铰( Spherical)、圆柱副( Cylindrical)400等,夹钳各杆件的质量按照实际情况进行修改。00ol0n008004005006所建立的自动立式钢卷夹钳虚拟样机模型如图2所图4铰链点3和4Y方向的位移可以看出,夹钳右拉杆下端铰链点4垂直方向上位移大一些,即机构右拉杆向上运动快些。该倾斜与机构本身组成和构件的几何位置有关工作过程中,钳口面始终保持平行。从理论上分析,两个平行四边形共用同一个边,则两对边也时时保持平行。通过对钳口面与竖直方向图2夹钳在 ADAMS中的模型夹角的测量,比较左、右钳口面的夹角变化曲线,夹钳动力学仿真分析可知这两处都有转角,转角幅度不大,只有0.6为了探究自动立式带卷夹钳工作过程中,机度,且曲线重合,说明左右钳口面在运行时始终构运动学原理和力学性能,本文借助机械动力学保持平行。仿真软件 ADAMS,对夹钳夹紧和起吊过程中夹将钢卷设置为刚体钢卷的厚度为800mm,钳自身各杆件的运动夹钳与钢卷之间的相对运质量为4.09x10“kg,直径2400mm,高度为动、夹钳与钢卷之间的相互作用力进行了仿真1500mm,外钳口与钢卷内钳口与钢卷钢卷与地分析面之间的作用均施加接触力,对自动立式带卷夹图3是自动立式带卷夹钳工作过程中各铰钳进行动力学仿真。由仿真结果可以看出,夹紧链点的运动轨迹。从图中可以清楚看出夹钳夹力(铰链10)为242×10N,约为提升力的5倍紧钢卷过程中不存在向上的位移而是有向下左右。通过分析比较铰链5和14,即平衡连杆铲的动作,这就避免了夹钳在夹紧钢卷过程中划两端的受力最小,为1.15×10°N;皎链8,即横梁伤钢卷另外在夹钳提升钢卷之前拉杆8基本(图1中的拉杆8)的中部铰链点受力最大,约为上保持位置不变321×10°N。各铰链受力如表1所示表1各铰链受力链点受力/N铰链点受力/Xx I7.70×10392.38×10°中国煤化工2.42x102.15×10°CNMHG3.21x10°l.12x101.72x10°图3铰链各点运动轨迹2.16x101.15×105尹忠俊等:自动立式夹钳的动力学分析2008年8月第4期夹钳在起吊过程中,需要满足的方程此时,要满足F1+F2=2N>W,必须要求μ≥0.085(即大于W/2N),为了钢卷不被夹伤(产F1+F2≥W生塑性变形),必须保证钳口与钢卷有足够大的式中P—一起吊拉力;接触面积S即S≥N[a],[a]为钢卷材料的许W—卷重;用应力。C—夹具自重;5总结F1、F2——内外钳口与钢卷之间的摩擦力将虚拟样机技术引入到夹钳的研究,产生了F1=μN1;F夹钳这种复杂机械系统的虚拟样机,真实地仿真式中μ-一摩擦系数了其运动过程。这种技术可以迅速地分析和比N1、N2内、外钳口给钢卷的夹紧力夹较多种参数方案,直至获得优化的工作性能,从紧力是起吊拉力通过起吊机构而提高了产品设计质量,大幅度地缩短产品研制(一系列杠杆)由钳口传给钢卷。周期和费用。为立式夹钳的结构改进和合理使用N1=P1Xλ;N2=P2Xλ;N=N2=N;提供理论依据。P=P1+P2=2NA;λ为杠杆比。参考文献图5是仿真过程中测定的杠杆比。从图中可以看出:起吊不同直径的钢卷夹钳的杠杆比[傅钦桐自动立式钢卷夹钳治金设备199(2)是变化的。对应本仿真工况(W=4.09×10kg、[2]田改强孟宪静立式夹钳的结构及设计.一重技术G=1×10“kg)的杠杆比为5.26,夹紧力为2421996(12)10°N。[3]毕世英,刘伟达自动闭合立式夹钳设计机被与电子,2006(11olL·杠杆比[4]徐东云,王振等.夹钳装置的工况适应性改进工程机[5]刘伟达,刘剑雄等基于 ADAMS的夹钳动力学仿真分析机械设计与制造,2005(1)[6]丁慧,刘剑雄等.夹钳的结构优化起重运输机械2007(1)(收稿日期卷径/m图5夹钳杠杆比测定当当女出当当古出出当当当当出始当出始出出当当出出出出当当幽(接46页)急剧增加绳轮轮槽根部应力装状况是保证其顺利运行的重要措施。4)绳轮开裂是安装误差造成的偏载状态下5结论的疲劳破坏,改善绳轮安装状况是保证其顺利运分别用接触非线性方法和循环对称方法,对行的重要措施。某冷轧厂酸轧线活套车驱动绳轮进行了有限元分参考文献析,发现:1)绳轮轮槽根部应力主要受钢丝绳静张力[1赵少汴,王忠保抗疲劳设计—方法与数据北京的影响扭矩的影响可以忽略不计。机械工业出版社,19972)正常工作状态下,绳轮轮槽根部应力很(2]徐相斗王皿北言如工业出版社991中国煤化工小,不会造成绳轮的破坏度北京:中国铁CNMHG3)三个驱动绳轮的安装误差会使绳轮产生(收稿日期:2008-03-07)偏载,从而改变钢丝绳与摩擦块衬垫的接触状态