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重载夹持机构动态夹持力建模及夹持过程控制研究

作　者: 刘松柏
导　师: 邓华
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 重载夹持机构动态夹持力夹持液压系统 PID控制
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 4次
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内容摘要

目前,关于重载锻造操作机夹持机构的承载能力的研究较少,一般都只局限于通过计算钳口静态时处于垂直和水平状态夹紧锻件所需夹持力,然后通过简单的钳臂力矩公式计算出驱动力,该方法忽略销轴摩擦力矩,角位移、角速度和角加速度对提供的夹持力的影响,在工程应用中误差较大,对夹持过程的控制更少提及。本文针对上述问题开展研究,主要研究内容如下:通过对锻造操作机压杆式夹持机构、长杠杆式夹持机构和短杠杆夹持机构分别进行动力学建模,考虑夹持机构角位移、角速度、销轴摩擦系数和锻件半径对其的影响,分析动态力传递规律,建立夹持机构提供的动态夹持力模型,并分析在变工况的情况下,钳口夹紧锻件所需的动态夹持力,对夹持机构的承载能力进行量化分析。采用ADAMS软件,对压杆式夹持机构进行虚拟样机仿真,仿真结果与所建数学模型计算值基本吻合。对实际短杠杆夹持机构进行夹持力实验,数学模型计算值、ADAMS仿真值与实验数据基本吻合。根据夹持机构的动力学模型得到夹持锻件的驱动力,设计夹持液压驱动回路,建立插装式比例节流阀模型、阀控非对称模型及液压缸活塞与钳口的运动方程;根据已建立的机构动态夹持力模型,确定夹持机构在夹持过程中的负载方程及钳口需要的夹持力,对液压缸活塞位移进行控制,达到缓冲夹持过程中的碰撞冲击和提高夹持效率的目的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题的研究背景及来源  8-9
  1.2 锻造设备夹持机构的概况  9-14
    1.2.1 锻造操作机夹持机构的形式  9-11
    1.2.2 锻造操作机夹持机构钳口形式  11-13
    1.2.3 夹持机构承载能力及其夹持过程控制的研究现状  13-14
  1.3 研究的意义和价值  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-16
第二章重型夹持机构提供的动态夹持力建模  16-33
  2.1 分析摩擦力矩的传统方法  16-17
  2.2 压杆式夹持机构提供的动态夹持力模型  17-29
    2.2.1 钳口处于垂直位置时提供的动态夹持力建模  17-25
    2.2.2 钳口处于任意位置时提供的动态夹持力建模  25-28
    2.2.3 锻件生产工况对提供的动态夹持力的影响  28-29
  2.3 长杠杆式及短杠杆夹持机构提供的动态夹持力建模  29-32
    2.3.1 长杠杆夹持机构提供的动态夹持力建模及其仿真分析  29-31
    2.3.2 短杠杆夹持机构提供的动态夹持力建模及其仿真分析  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章基于逐步逼近法钳口夹紧锻件所需动态夹持力建模  33-45
  3.1 夹持机构夹紧锻件所需夹持力的传统模型  33-36
  3.2 所需夹持力的传统模型的改进  36-37
    3.2.1 传统静态夹持模型的不足:  36
    3.2.2 传统静态夹持模型的改进:  36-37
  3.3 夹持机构夹紧锻件所需动态夹持力建模及其仿真分析  37-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章夹持机构动态夹持力ADAMS仿真及实验验证  45-59
  4.1 引言  45
  4.2 夹持机构ADAMS仿真研究  45-53
    4.2.1 夹持机构ADAMS模型运动副及其参数设置  46
    4.2.2 夹持机构ADAMS模型接触模型  46-47
    4.2.3 夹持机构ADAMS模型积分器及积分器格式选择  47
    4.2.4 夹持机构驱动力与其提供的动态夹持力仿真结果与分析  47-52
    4.2.5 理论计算结果与仿真结果比较  52-53
    4.2.6 夹持机构所需动态夹持力ADAMS模型仿真  53
  4.3 提供的夹持力模型的实验验证  53-57
    4.3.1 实验原理与实验目的  53-54
    4.3.2 实验方案  54
    4.3.3 实验装置结构参数  54-56
    4.3.4 测量结果  56
    4.3.5 实验结果分析  56-57
  4.4 夹持机构提供的动态夹持力模型及工作所需动态夹持力模型的利用  57-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章重型夹持机构夹持过程的PID控制研究  59-82
  5.1 引言  59
  5.2 夹持液压驱动控制系统设计  59-70
    5.2.1 夹持液压驱动回路设计  59-62
    5.2.2 锻造操作机液压缸设计  62-63
    5.2.3 插装式电液比例节流阀选择及建模  63-70
  5.3 阀控非对称缸系统模型  70-72
  5.4 夹持机构运动学及动力学建模  72-76
  5.5 夹持过程PID控制  76-81
    5.5.1 PID控制简介  76-78
    5.5.2 PID仿真结果  78-81
  5.6 本章小结  81-82
第六章全文总结  82-83
参考文献  83-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间的主要研究成果  89

重载夹持机构动态夹持力建模及夹持过程控制研究

内容摘要

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