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基于同步矩形运动的型材输送机械设计与分析基于同步矩形运动的型材输送机械设计与分析 -- 10 元

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机械设计与制造56MachineryDesignManufacture第10期2011年l0月文章编号10013997201110005602基于同步矩形运动的型材输送机械设计与分析木陈洁肖利吴桂华重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆401331重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司设计中心,重庆400050DesignandanalysisofprofileconveyingmachinerybasedonsynchronousrectanglemovementCHENJie,XIAOLi,WUGuihuaCollegeofMechanicalandDynamicEngineering,ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,ChinaChongqingAerospaceNewCenturySatelliteApplicationTechnologyCo.,Ltd,Chongqing400050,China【摘要】型材输送机械是型材生产流水线上的一种横移转送机械装置。随着型材产品向增大尺寸、提高精度的方向发展,需要对输送机械进行相应的技术改造和升级。详细阐述了基于同步矩形运动的型材输送机械的结构、工作原理和关键部件的改进设计,分析并确定了改进后转动拐臂和横移梁机构的结构特点和参数,并介绍了采用电液比例流量阀来实现液压同步控制的工作原理及液压系统的主要参数。实践表明,改进后的型材输送机械及其控制系统,性能稳定可靠,符合设计要求,并能根据不同的产品来实现灵活控制。关键词输送机械横移梁拐臂【Abstract】leconveyingmachineryis口transferringmechanisminprofilesproductionline.Withthedevelopmentofprofileproductstowardsincreasinginsizeandimprovinginprecision,technicalim{provementandupgradingisneededforconveyingmachinery.Itsmainstructure,workingprinciplebasedon{synchronousrectanglemovementandtheimproveddesignofcriticalcomponentsisbrieflydescribed.Then{thestructural厂eatltreandtheparametersoftheimprovedtwirlingcrankarmtraversingbeamaieanalyzedandc0rmed.Inaddition,hydrauliccontrolprincipleandmainparametersforhydraulicsynchronouscon一trolbyadoptingelectrohydraulicproportionalvalveareintroduced.Pravticesshowsthattheimprovedconveyingmachineryandcontrolsystemismorestableandreliableinfunction,whichmaysatisfythedesign2requirementsandflexiblecontrolisachievedfordifferentkindsofproducts.KeywordsConveyingmachineryTraVersingbeamCrankarm中图分类号TH16,TH4文献标识码A1引言某企业8000t油压机型材生产线由于产品结构向大尺寸、精度高及质量增大的方向发展,使原来只能满足轻型产品生产的生产流水线需要进行相应的技术改造和升级。该船用型材的生产过程大致是经过加热的铸造棒坯料通过转盘输送机械手送到重型油压机,由油压机通过挤压等方式来得到不同截面形状的型材产品。当产品从油压机挤出来后,其头部进入牵引机夹头,夹头开始动作夹紧产品头部,同时牵引机随型材产品速度同步移动。当产品挤压出至规定长度时,其随动热锯机开始动作,锯头先旋转再作上升运动,同时热锯机随型材产品速度作同步移动当锯头旋转上升至极限位置时,型材产品被锯断,余料掉人小车内,锯头下降复位,并停止运动,这时锯切好的型材产品需要通过型材输送机械将产品水平横向送到拉矫机过桥段的过桥皮带轨道上,以便对产品进行矫直、检验等后期处理。由于型材输送机械长36m,是一个大跨度的机械装置I,对机架的刚度、同步动作的精度要求较高,否则易出现由于不同步造成受力不均使活动机架和横移梁变形,进而使横向移动齿轮齿条脱齿,以致不能正常工作,严重影响生产的正常进行。设计在分析原先设计的基础上,结合现场状况和型材输送机械的具体工艺要求,对其结构进行了优化改进设计,并进一步设计了基于PLC控制的多缸液压同步控制系统,保证了横移和升降的同步精度,使改造后的型材输送机械能够适应尺寸更为宽广的产品范围。2设计方案2.1设备组成及主要参数基于同步矩形运动的型材输送机械主要由机械部分、液压控制系统和电气控制系统三部分组成,这三部分有机地结合在一起,形成一个有效的整体。其机械部分主要有横移梁送料机构、拐臂升降结构、同步相关组件、固定机架和活动机架等液压系统包★来稿日期20101225★基金项目重庆市科计攻关项目资助CSTC,2010AC6082第10期陈洁等基于同步矩形运动的型材输送机械设计与分析57括6个横移液压缸、3个升降液压缸、液压阀组、液压站及连接管道等组成电气控制系统主要由PLC及相应的程序以及位移传感器组成。型材输送机械的主要参数型材产品尺寸为15~28m,产品最大质量1200kg横移梁水平行程1.1m,工作速度0~8.5m/min活动机架升降行程150mm完成一个矩形运动输送动作时间25s型材输送机械的横移机构由30根间距为1.2m的横移梁构成,其总长度为36m,宽为2.14m。22工作过程基于同步矩形运动的型材输送机械的结构示意图,如图1所示。其中,横移梁送料机构组件、横移同步及其相关组件安装在活动机架3上,3组转动拐臂升降机构组件安装在固定机架11上。该机械作同步矩形运动的工作过程如下1当型材产品从油压机挤压出来,由轨道输送并经随动热锯机按尺锯断后,横移液压缸5活塞杆同步向后动作,带动与其活塞头联接在一起的一级齿条4向后运动,使小齿轮6及其同轴的增程大齿轮8顺时针同步转动,推动安装在横移梁9下部的二级齿条7带动横移梁向前运动,使横移梁伸入锯切输送轨道图中未画出中产品下部的规定位置并停止运动。这里横移液压缸共6组,30根间距为1200mm的横移梁通过传动轴1及联轴器2联接在一起,从而实现由6组横移液压缸传动的横移梁作机械与液压同步控制的同步运动。2拐臂升降机构的升降液压缸活塞杆向右运动,使转到拐臂12绕固定轴13顺时针转动,从而推动活动架及其固定在其上的横移梁组件一起向上运动,抬起型材产品10上升。在将转到拐臂的旋转运动变成活动机架的垂直直线运动,是通过固定机架四个角上的导向轴15来实现的。这里升降液压缸共3组,由PLC控制来做3缸液压同步运动。升降液压缸向左行程32mm,使型材产品上升150ram,到达规定位置。3横侈液压缸作回程动作活塞杆向前运动,推动其啮合齿条向前运动,使小齿轮做逆时针转动,带动大齿轮同步转动,推动横移梁底部的被动啮合齿条做向后直线运动,从而实现横移梁横移产品到拉矫机过桥段的第一段过桥皮带上方规定位置。4升降液压缸作回程动作活塞杆向右运动,使转到拐臂绕固定轴逆时针转动,从而实现活动机架及其其上的所有物品向下垂直降落150mm,将型材产品放置在第一段过桥皮带上的规定位置,完成个同步的矩形运动,实现产品横移输送。最后横移油缸复位,升降油缸复位,进入下个同步矩形的工作流程。图1输送机械结构示意图1.连接轴2.联轴器3.活动机架4.一级齿条5.横移液压缸6./J、齿轮7.二级齿条8.大齿轮9.横移梁l0.型材产品11周定机架12.转动拐臂13.固定轴14.升降液压缸15.导向轴2.3转动拐臂设计转动拐臂受力简图,如图2所示。在忽略摩擦力的情况下,由力矩平衡方程有F一xHctg2a.垫1L2COSOL2128in式中日一升降行程制品及活动机架组件的重力的一部分,忽略摩擦时,理论上FlW/6L,一竖臂板长一升降油缸对拐臂的拉力。在式1中,H和可视为常数,要使相对较小且波动幅度较小,其与L1和Ot取值有关。通过模糊优化和运动仿真分析,在设计时取a19。15,L,242mm。而。H150一241mm2图2转动拐臂受力简图2.4横移梁结构设计为增强横移梁的刚度,将横移梁由原滚轮滚动的驱动方式改为齿轮齿条带动的型槽引导的滑动运动,从而提高了横移梁的刚度,其结构,如图3所示。1234567●堕L圜一f__1Fr_图3横移梁结构示意图1左槽架2.导向铜板3.横移梁4.齿条5.齿轮6.右槽架7.活动机架此外,由图1可知设大、小齿轮分度圆直径分别为d、d2,转速分别为对应的齿条速度分别为有1竹dlnI,132.nd2n23又。n.V1d14设计时取d,1.5d,就有.1.5v,,并且横移梁移动速度等于。,横移活塞杆运动速度等于,所示当横移缸行程为700mm时,横移梁行程为1050ram,实现了增程,也使结构更为紧凑。3液压系统简介液压系统主要参数电动机功率55kW额定工作压力10MPa,最大流量65Ihnin横移液压缸速比1A6,Vx80mm/s,Q,,38IJrnin,活塞杆行程为0~780mm升降液压缸工作行程050mm。为了提高整个输送机械的系统性能,应对结构和控制设计进行有机的结合目。型材输送机械的横移梁送料机构的6个横移液压缸采用机械同步控制与电液比例流量阀控制相结合的方式来实现同步M。机械同步系统是一个局部同步系统,它采用连接轴、联轴器和一个横移液压缸使5根横移梁构成一个同步横移梁组,同步前后水平移动。这种局部同步系统共有6组图1中A视58机械设计与制造MachineryDesignManufacture第10期2011年10月文章编号100139972011100058038轴激光焊接实验平台的有限元分析及优化设计肖阳柳刘涛喻俊峰华中科技大学机械学院,武汉430074Finiteelementanalysisandoptimizationdesignfor8一axisesIaserweldingexperimentalplatformXIAOYangIiu,LIUTao,YUJunfengHuazhongUniversityofScienceandTechnology,MechanicalCollege,Wuhan430074,China【摘要】设计了面向空间复杂拼缝的激光焊接的8轴激光焊接实验平台,为了满足激光焊接的加}工要求,达到所要求的精度和稳定性,运用有限元方法对其进行设计和优化。首先将原始设计方案三维i模型导入ANSYS中,运用有限元优化设计方法建立该平台的有限元模型,并进行了重要零部件及整机的模态分析,主要分析了前8阶固有频率和振型,找出了其中的薄弱环节,并进行结构优化设计,提高}了平台的动态性能。最后通过大量相关实验对该平台性能进行了验证,结果论证了该有限元模型的有效t性和正确性。关键词焊接机床有限元分析模态分析动态性能优化设计}【Abstract】A8%islaserweldingexperimentalplatformisdesignedandintroducedforcomplex3Dlsealnweldinginit.Andinordertoreachtherequirementofthelaserwelding,suchastheaccuracyandthelstabilityoftheplatform,finiteelementmethodisappliedindesigningandoptimizingtheplatforFirst口3DmodelfororiginaldesignproposalisimportedintotheANSYStobuild0finiteelementmodelofthe}platformwiththefiniteelementoptimaldesignmethod,andthemodalanalysisforkeypartsandthewholeiunitisconducted.Thenthefirsteightnaturalfrequenciesandmodeofvibrationoftheplatformareanalyzed}tofindtheweaknessesoftheplatform.Furthermore,thestructuredesignisoptimizedtoimprovethe一}namicpeormanceoftheplatform.Finally,themorerelativeexperimentsarecarriedout,whichresultrecti~fiestheeffectivenessandthecorrectnessofthefiniteelementmode1.}KeywordsLasermachinetoolFiniteelementanalysisModeanalysisDynamicperformanceOptimizationdesign中图分类号TH16,V261.8文献标识码A1引言面向空间复杂拼缝的激光焊接,为了提高焊接质量和效率,研发了新型的8轴激光焊接实验平台,如图1所示。该实验平台共有、l,、Z、C、A和C,W,个轴,另外可加上1★来稿日期20101228★基金项目国家自然科学基金资助项目50875097/E051005图所示为一组的侧视图,各组间又通过比例流量阀来实现同步l【作。这样设计,既降低了机械同步控制系统对制造和安装要求的较高精度,又可减少机架等的变形对同步系统的影响,还可以根据不同规格长度的型材产品来选取数量不等的横移梁组,以完成产品的输送,从而节约了能源I1。为便于液压系统调节,输送机械的3个升降液压缸也采用了电液比例流量阀来进行同步升降控制。4结束语型材输送机械的机架主要采用型钢焊接连接,便于现场加T和制造其液压同步控制系统采用流量比例控制阀与PLC相结合的方式来实现,这样极大地提高了型材输送机械的自动化程度,并能根据不同的型材产品尺寸来调整程序,从而控制不同数量的液压缸进行同步工作,且控制精度较高,不会形成与液压缸行程有关的累计同步误差,使整个结构紧凑、惯性小。经实际应用,该输送机械结构可靠、稳定性较高,系统达到了较好的同步控制效果,能满足生产工艺要求,并对相关机械具有参考意义。参考文献1王嘉星,王林兴.浅谈运输机械及输送机械的分类J.物流技术,2001556.2保宏,段宝岩,杜敬利,等.复杂机构的控制与结构同步优化设计J计算力学学报,20081813.3陈文伟,卞建,孙美玲.苏州河河口水闸液压启闭机设计与同步控制J.水利水电科技进展,2007489.4刘延俊,王辉,顾国利.轮胎脱模机三缸同步液压系统的设计JJl液压与气动,2006634.5张文彬,曹毅.中间罐车升降液压同步设计JJ_液压与气动,200981921.6张健成,刘朋杰,金鹏,等矫式取料机同步控制系统的分析、设计与应用J.动力工程,20046819822.7王贵桥,张福波,吴迪.辊式淬火机液压多缸同步回路的优化设计Jj_液压与气动,200883538.8陈大先.机械手册M.第2卷.北京机械工业出版社,1980.
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