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重载锻造操作机夹持装置夹持接触力建模及优化研究

作　者: 高丹
导　师: 李群明
学　校: 中南大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 巨型重载锻造操作机夹持机构接触力摩擦点接触力封闭拉格朗日乘子法线性约束梯度流法
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在现代化工业中,生产过程的机械化、自动化已成为突出主题。锻造操作机在锻造工业中的应用能进一步发挥锻造设备的生产能力,特别是对于大锻件,用其代替人工操作可减轻劳动强度,改善劳动条件。夹持机构是锻造操作机执行机构,是决定锻造操作机的承载能力及工作稳定行、安全性重要部件之一,而夹持机构钳口与锻件的接触状态又是影响稳定夹持的最主要因素。本文在详细了解现有国内外锻造操机夹持装置基本结构及其稳定夹持原理的基础上,将钳口与锻件之间的接触作用等效为摩擦点接触模型,结合重载夹持接触的特点,对动态过程中夹持等效接触点位置进行了搜索,并采用线性约束梯度流的方法实现了钳口接触力的优化,比较以往用于计算和分析锻造操作机夹持机构夹持力和驱动力的方法,本文建立的钳口接触力优化模型对夹持力的计算不局限于某些特殊位置,而是可以适用于钳口处于任意位置的情况,并且采用的接触力优化算法计算效率高,特别适于动态夹持过程接触力的实时优化计算。具体研究内容及成果如下:(1)利用力旋量理论,结合力等效原理,建立夹持机构钳口与锻件摩擦点接触力学分析数学模型,利用该模型可计算钳口处于任意位置时钳口接触力及夹持驱动力。(2)利用稳定夹持力封闭原理,采用拉格朗日乘子法将非线性摩擦锥约束简化为线性约束优化问题,搜索任意位置所需接触力及驱动功率最小的接触点位置以确定接触点的位置。(3)对任意确定接触点位置的接触力进行优化,利用BUSS等人在机器人灵巧手方面的成果,将非线性摩擦锥约束等价为一对称矩阵的正定性,进而用线性约束梯度流方法优化接触力,得到各接触点的最小接触力。(4)利用多体动力学仿真分析软件ADAMS对动态工作过程中夹持接触力特性进行了仿真,并通过与实验数据的比较分析,验证了接触力优化模型的可行性。

重载锻造操作机夹持装置夹持接触力建模及优化研究

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