锻造操作机运动学与逆动力学分析

论文摘要

锻造操作机是大型自由锻造系统的关键装备,对加快自由锻造的生产节拍、提高锻件成形质量具有重要的意义。操作机在现场生产过程中的工艺动作主要有升降、俯仰、夹钳旋转等运动,还有在工件受到压机锻压时的缓冲运动。为了根据自由锻造工艺要求,规划夹钳末端轨迹,计算操作机驱动件的运动规律,形成控制方案,因此有必要对锻造操作机进行运动学分析。由于锻造操作机夹持锻件重量大、操作机自身运动构件惯性较大,根据夹钳所受外力和运动轨迹进行锻造操作机的逆动力学分析,求解驱动力和各构件上的约束反力,既是控制的需要也是操作机关键零件强度计算的基础。所以本文的研究目标是:根据自由锻造工艺规划操作机末端运动轨迹,依据操作机的机构构型和尺度,运用影响系数法建立机构运动学的正解和逆解模型,采用动态静力分析方法建立锻造操作机的逆动力学模型,对实际锻造操作机升降、俯仰、缓冲等操作过程进行了运动学和逆动力学分析,为系统控制和构件强度分析奠定基础。首先,对轴类零件的锻造过程和操作机升降、俯仰、缓冲等工艺动作进行介绍,规划了夹钳末端运动轨迹,为运动学和逆动力学建模提供了依据。其次,分析了实际锻造操作机的机构构型,依据运动关系,运用影响系数法得到锻造操作机的运动学位置正、逆解模型,得到正、逆解雅可比矩阵。运动学正解将液压缸的速度作为驱动输入,计算得到锻造操作机夹钳末端的运动;运动学逆解根据规划的锻造操作机夹钳末端的运动,计算得到驱动液压缸的速度。再次,应用动态静力分析方法建立了锻造操作机的逆动力学模型。由操作机末端运动和外载,求得锻造操作机各运动副的约束反力和驱动力,为实现操作机液压驱动力的控制和零件强度校核提供了依据。最后,基于Matlab/Simulink平台编制相关程序,针对宝钢特种钢分公司DDS750型锻造操作机,进行升降、俯仰等运动工况的仿真,分析该机的驱动运动,驱动力和各构件的受力状况,为锻造操作机仿真平台的建立奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题的提出
• 1.1.1 锻造操作机简介
• 1.1.2 锻造操作机性能仿真的工程需求
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 锻造操作机的发展现状
• 1.2.2 相关理论方法研究现状
• 1.3 研究内容及论文结构
• 第二章 锻造操作机运动规划
• 2.1 轴类零件的锻造过程
• 2.2 锻造操作机操作运动
• 2.3 锻造操作机末端运动轨迹规划
• 2.4 本章小结
• 第三章 锻造操作机运动学分析
• 3.1 锻造操作机分析
• 3.2 锻造操作机正运动学分析
• 3.3 锻造操作机逆运动学分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 锻造操作机逆动力学分析
• 4.1 动态静力分析方法
• 4.2 锻造操作机的仿真参数
• 4.3 锻造操作机逆动力学建模
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真结果和分析
• 5.1 锻造操作机运动学仿真平台
• 5.2 解耦特性的仿真分析
• 5.3 操作机锻造操作过程仿真
• 5.3.1 操作机逆运动学仿真
• 5.3.2 操作机逆动力学仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文