Total No 170冶金設備總第170期August 2008METALLURGICAL EQUIPMENT2008年8月第4期自動立式夾鉗的動力學分析尹忠?、夙棗铐n天李晉(北京科技大學機械工程學院北京100083)摘要運用 ADAMS軟件建立了自動立式夾鉗虛擬樣機模型對機構(gòu)進行了動力學分析揭示了自動立式鋼卷夾鉗的運動規(guī)律以及機構(gòu)的受力狀況。指出夾鉗夾緊鋼卷時,不具有向上的位移,且內(nèi)外鉗口始終保持平行。提出了安全可靠地完成鋼卷調(diào)運,所需的力平衡條件,為立式夾鉗的結(jié)構(gòu)改進和合理使用提供了理論依據(jù)關(guān)鍵詞自動立式帶卷夾鉗動力學分析仿真虛擬樣機中圖分類號TG75文獻標識碼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引言夾緊。起重機吊鉤繼續(xù)上升,將鋼卷提起并運到自動立式帶卷夾鉗是用于夾取輸送鋼卷的指定的地點專用設備由于它性能可靠,效率很高,所以被廣泛應用于各大鋼鐵企業(yè)。但是,由于自動立式帶卷夾鉗機構(gòu)復雜,運動狀態(tài)、受力狀態(tài)都較難預測。為了進一步了解立式夾具的設計思想和工作性能,有必要對夾鉗的機構(gòu)運動學原理和力學性能進行研究。2機構(gòu)簡圖及其工作原理鋼巷自動立式夾鉗的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。工作時,夾鉗的吊桿1被橋式起重機吊鉤向上提田1夾鉗的機構(gòu)簡圖起。吊桿1將左拉桿11和右拉桿2向上提起,使拉一右曲壞4-外連桿;中國煤化工左曲桿3和右曲桿10轉(zhuǎn)動左曲桿3推動內(nèi)鉗E桿;8-拉桿;口,右曲桿10推動外鉗口同時合攏,直至將鋼卷CNMHG左拉桿①作者簡介:尹忠俊,男1962年出生,博士,副教授,北京科技大學機械工程學院研究方向機械系統(tǒng)動力學總第170期冶金設備2008年8月第4期3仿真模型的建立圖4是鉸鏈點3和4垂直方向(Y向)上的虛擬樣機技術(shù)是20世紀80年代隨著計算位移。圖中實線虛線分別表示鉸鏈點3和鉸鏈機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔點4的Y方向上的位移變化情況。助工程(CAE)技術(shù)。研究者在計算機上建立樣50機模型,對模型進行各種動態(tài)性能分析,然后改進樣機設計方案。利用 ADAMS軟件建立自動立式鋼卷夾鉗的幾何模型,對其施加約束,如旋轉(zhuǎn)副鉸鏈(Revlute Joint)、球鉸( Spherical)、圓柱副( Cylindrical)400等,夾鉗各桿件的質(zhì)量按照實際情況進行修改。00ol0n008004005006所建立的自動立式鋼卷夾鉗虛擬樣機模型如圖2所圖4鉸鏈點3和4Y方向的位移可以看出,夾鉗右拉桿下端鉸鏈點4垂直方向上位移大一些,即機構(gòu)右拉桿向上運動快些。該傾斜與機構(gòu)本身組成和構(gòu)件的幾何位置有關(guān)工作過程中,鉗口面始終保持平行。從理論上分析,兩個平行四邊形共用同一個邊,則兩對邊也時時保持平行。通過對鉗口面與豎直方向圖2夾鉗在 ADAMS中的模型夾角的測量,比較左、右鉗口面的夾角變化曲線,夾鉗動力學仿真分析可知這兩處都有轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)角幅度不大,只有0.6為了探究自動立式帶卷夾鉗工作過程中,機度,且曲線重合,說明左右鉗口面在運行時始終構(gòu)運動學原理和力學性能,本文借助機械動力學保持平行。仿真軟件 ADAMS,對夾鉗夾緊和起吊過程中夾將鋼卷設置為剛體鋼卷的厚度為800mm,鉗自身各桿件的運動夾鉗與鋼卷之間的相對運質(zhì)量為4.09x10“kg,直徑2400mm,高度為動、夾鉗與鋼卷之間的相互作用力進行了仿真1500mm,外鉗口與鋼卷內(nèi)鉗口與鋼卷鋼卷與地分析面之間的作用均施加接觸力,對自動立式帶卷夾圖3是自動立式帶卷夾鉗工作過程中各鉸鉗進行動力學仿真。由仿真結(jié)果可以看出,夾緊鏈點的運動軌跡。從圖中可以清楚看出夾鉗夾力(鉸鏈10)為242×10N,約為提升力的5倍緊鋼卷過程中不存在向上的位移而是有向下左右。通過分析比較鉸鏈5和14,即平衡連桿鏟的動作,這就避免了夾鉗在夾緊鋼卷過程中劃兩端的受力最小,為1.15×10°N;皎鏈8,即橫梁傷鋼卷另外在夾鉗提升鋼卷之前拉桿8基本(圖1中的拉桿8)的中部鉸鏈點受力最大,約為上保持位置不變321×10°N。各鉸鏈受力如表1所示表1各鉸鏈受力鏈點受力/N鉸鏈點受力/Xx I7.70×10392.38×10°中國煤化工2.42x102.15×10°CNMHG3.21x10°l.12x101.72x10°圖3鉸鏈各點運動軌跡2.16x101.15×105尹忠俊等:自動立式夾鉗的動力學分析2008年8月第4期夾鉗在起吊過程中,需要滿足的方程此時,要滿足F1+F2=2N>W,必須要求μ≥0.085(即大于W/2N),為了鋼卷不被夾傷(產(chǎn)F1+F2≥W生塑性變形),必須保證鉗口與鋼卷有足夠大的式中P—一起吊拉力;接觸面積S即S≥N[a],[a]為鋼卷材料的許W—卷重;用應力。C—夾具自重;5總結(jié)F1、F2——內(nèi)外鉗口與鋼卷之間的摩擦力將虛擬樣機技術(shù)引入到夾鉗的研究,產(chǎn)生了F1=μN1;F夾鉗這種復雜機械系統(tǒng)的虛擬樣機,真實地仿真式中μ-一摩擦系數(shù)了其運動過程。這種技術(shù)可以迅速地分析和比N1、N2內(nèi)、外鉗口給鋼卷的夾緊力夾較多種參數(shù)方案,直至獲得優(yōu)化的工作性能,從緊力是起吊拉力通過起吊機構(gòu)而提高了產(chǎn)品設計質(zhì)量,大幅度地縮短產(chǎn)品研制(一系列杠桿)由鉗口傳給鋼卷。周期和費用。為立式夾鉗的結(jié)構(gòu)改進和合理使用N1=P1Xλ;N2=P2Xλ;N=N2=N;提供理論依據(jù)。P=P1+P2=2NA;λ為杠桿比。參考文獻圖5是仿真過程中測定的杠桿比。從圖中可以看出:起吊不同直徑的鋼卷夾鉗的杠桿比[傅欽桐自動立式鋼卷夾鉗治金設備199(2)是變化的。對應本仿真工況(W=4.09×10kg、[2]田改強孟憲靜立式夾鉗的結(jié)構(gòu)及設計.一重技術(shù)G=1×10“kg)的杠桿比為5.26,夾緊力為2421996(12)10°N。[3]畢世英,劉偉達自動閉合立式夾鉗設計機被與電子,2006(11olL·杠桿比[4]徐東云,王振等.夾鉗裝置的工況適應性改進工程機[5]劉偉達,劉劍雄等基于 ADAMS的夾鉗動力學仿真分析機械設計與制造,2005(1)[6]丁慧,劉劍雄等.夾鉗的結(jié)構(gòu)優(yōu)化起重運輸機械2007(1)(收稿日期卷徑/m圖5夾鉗杠桿比測定當當女出當當古出出當當當當出始當出始出出當當出出出出當當幽(接46頁)急劇增加繩輪輪槽根部應力裝狀況是保證其順利運行的重要措施。4)繩輪開裂是安裝誤差造成的偏載狀態(tài)下5結(jié)論的疲勞破壞,改善繩輪安裝狀況是保證其順利運分別用接觸非線性方法和循環(huán)對稱方法,對行的重要措施。某冷軋廠酸軋線活套車驅(qū)動繩輪進行了有限元分參考文獻析,發(fā)現(xiàn):1)繩輪輪槽根部應力主要受鋼絲繩靜張力[1趙少汴,王忠?？蛊谠O計—方法與數(shù)據(jù)北京的影響扭矩的影響可以忽略不計。機械工業(yè)出版社,19972)正常工作狀態(tài)下,繩輪輪槽根部應力很(2]徐相斗王皿北言如工業(yè)出版社991中國煤化工小,不會造成繩輪的破壞度北京:中國鐵CNMHG3)三個驅(qū)動繩輪的安裝誤差會使繩輪產(chǎn)生(收稿日期:2008-03-07)偏載,從而改變鋼絲繩與摩擦塊襯墊的接觸狀態(tài)