Total No 170冶金設(shè)備總第170期August 2008METALLURGICAL EQUIPMENT2008年8月第4期自動(dòng)立式夾鉗的動(dòng)力學(xué)分析尹忠俊①項(xiàng)楊韓天李晉(北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院北京100083)摘要運(yùn)用 ADAMS軟件建立了自動(dòng)立式夾鉗虛擬樣機(jī)模型對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析揭示了自動(dòng)立式鋼卷夾鉗的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及機(jī)構(gòu)的受力狀況。指出夾鉗夾緊鋼卷時(shí),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(yùn),所需的力平衡條件,為立式夾鉗的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和合理使用提供了理論依據(jù)關(guān)鍵詞自動(dòng)立式帶卷夾鉗動(dòng)力學(xué)分析仿真虛擬樣機(jī)中圖分類號TG75文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)吊鉤繼續(xù)上升,將鋼卷提起并運(yùn)到自動(dòng)立式帶卷夾鉗是用于夾取輸送鋼卷的指定的地點(diǎn)專用設(shè)備由于它性能可靠,效率很高,所以被廣泛應(yīng)用于各大鋼鐵企業(yè)。但是,由于自動(dòng)立式帶卷夾鉗機(jī)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力狀態(tài)都較難預(yù)測。為了進(jìn)一步了解立式夾具的設(shè)計(jì)思想和工作性能,有必要對夾鉗的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理和力學(xué)性能進(jìn)行研究。2機(jī)構(gòu)簡圖及其工作原理鋼巷自動(dòng)立式夾鉗的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。工作時(shí),夾鉗的吊桿1被橋式起重機(jī)吊鉤向上提田1夾鉗的機(jī)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(dòng)左曲桿3推動(dòng)內(nèi)鉗E桿;8-拉桿;口,右曲桿10推動(dòng)外鉗口同時(shí)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(xué)機(jī)械工程學(xué)院研究方向機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)總第170期冶金設(shè)備2008年8月第4期3仿真模型的建立圖4是鉸鏈點(diǎn)3和4垂直方向(Y向)上的虛擬樣機(jī)技術(shù)是20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算位移。圖中實(shí)線虛線分別表示鉸鏈點(diǎn)3和鉸鏈機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔點(diǎn)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(jì)算機(jī)上建立樣50機(jī)模型,對模型進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)性能分析,然后改進(jìn)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案。利用 ADAMS軟件建立自動(dòng)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(shí)際情況進(jìn)行修改。00ol0n008004005006所建立的自動(dòng)立式鋼卷夾鉗虛擬樣機(jī)模型如圖2所圖4鉸鏈點(diǎn)3和4Y方向的位移可以看出,夾鉗右拉桿下端鉸鏈點(diǎn)4垂直方向上位移大一些,即機(jī)構(gòu)右拉桿向上運(yùn)動(dòng)快些。該傾斜與機(jī)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(gè)平行四邊形共用同一個(gè)邊,則兩對邊也時(shí)時(shí)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(dòng)力學(xué)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(dòng)立式帶卷夾鉗工作過程中,機(jī)度,且曲線重合,說明左右鉗口面在運(yùn)行時(shí)始終構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理和力學(xué)性能,本文借助機(jī)械動(dòng)力學(xué)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(shè)置為剛體鋼卷的厚度為800mm,鉗自身各桿件的運(yùn)動(dòng)夾鉗與鋼卷之間的相對運(yùn)質(zhì)量為4.09x10“kg,直徑2400mm,高度為動(dòng)、夾鉗與鋼卷之間的相互作用力進(jìn)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(dòng)立式帶卷夾圖3是自動(dòng)立式帶卷夾鉗工作過程中各鉸鉗進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。由仿真結(jié)果可以看出,夾緊鏈點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(diǎn)受力最大,約為上保持位置不變321×10°N。各鉸鏈?zhǔn)芰θ绫?所示表1各鉸鏈?zhǔn)芰︽滭c(diǎn)受力/N鉸鏈點(diǎn)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡2.16x101.15×105尹忠俊等:自動(dòng)立式夾鉗的動(dòng)力學(xué)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(shí),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(yīng)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(jī)技術(shù)引入到夾鉗的研究,產(chǎn)生了F1=μN(yùn)1;F夾鉗這種復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī),真實(shí)地仿真式中μ-一摩擦系數(shù)了其運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)而提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(fèi)用。為立式夾鉗的結(jié)構(gòu)改進(jìn)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(xiàn)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(dòng)立式鋼卷夾鉗治金設(shè)備199(2)是變化的。對應(yīng)本仿真工況(W=4.09×10kg、[2]田改強(qiáng)孟憲靜立式夾鉗的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì).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(dá)自動(dòng)閉合立式夾鉗設(shè)計(jì)機(jī)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(yīng)性改進(jìn)工程機(jī)[5]劉偉達(dá),劉劍雄等基于 ADAMS的夾鉗動(dòng)力學(xué)仿真分析機(jī)械設(shè)計(jì)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(yùn)輸機(jī)械2007(1)(收稿日期卷徑/m圖5夾鉗杠桿比測定當(dāng)當(dāng)女出當(dāng)當(dāng)古出出當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)出始當(dāng)出始出出當(dāng)當(dāng)出出出出當(dāng)當(dāng)幽(接46頁)急劇增加繩輪輪槽根部應(yīng)力裝狀況是保證其順利運(yùn)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(yùn)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(dòng)繩輪進(jìn)行了有限元分參考文獻(xiàn)析,發(fā)現(xiàn):1)繩輪輪槽根部應(yīng)力主要受鋼絲繩靜張力[1趙少汴,王忠保抗疲勞設(shè)計(jì)—方法與數(shù)據(jù)北京的影響扭矩的影響可以忽略不計(jì)。機(jī)械工業(yè)出版社,19972)正常工作狀態(tài)下,繩輪輪槽根部應(yīng)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(huì)造成繩輪的破壞度北京:中國鐵CNMHG3)三個(gè)驅(qū)動(dòng)繩輪的安裝誤差會(huì)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)