注塑机双肘杆锁模机构的建模与仿真VIP

(4) 从图 3 可以看出 ,在不考虑油液温度变化而引起油液黏度的变化的情况下 ,球面配流副的最佳平均间隙随黏度的变化适当提高。(5) 从图 4 可以看出 ,球面配流副的最佳平均间隙是随球面配流副内的压力的升高而减小。参 考 文 献 1 朱齐平 . 轴向柱塞泵球面配流理论及配流副设计研究 D 1998.2李方俊等 . 斜轴泵最佳配流工况的理论分析 J 1995(1) .3 李小宁 ,毕诸明 . 球面配流副的力学模型的研究 J 1996 (1) .4 马砚英 ,刘家起 . 轴向柱塞泵配流副失效原因分析及磨损机理的探讨 J 2000 (1) .5 张森 , 张正亮等 . 真技术与实例应用教程 M 机械工业出版社 ,权龙田惠琴(太原理工大学机械电子工程研究所 ,太原 030024)摘 要 :通过对双肘杆锁模机构运动几何关系的分析 ,利用传动比建立了锁模机构中液压缸位移和动模板位移之间的数学传递关系 ,对传动比、等效质量、肘肝力、节点摩擦力、动模板的锁模力、动模板的移动位移等参数进行了仿真计算 ,研究工作对全面认识锁模机构运动特性、设计动模板位置的闭环控制系统具有理论和实际意义。关键词 :注塑机 ;锁模机构 ;传动比 ;锁模力中图分类号 : 文献标识码 :A 文章编号 :100820813 (2007) 0320030204of Q L of 030024) on of of in is by A of as of of of 引言国内外介绍锁模机构的论文很多 ,从机构的特性分析、优化到锁模力计算、节点摩擦力计算、精度控制等 124 。但主要是对机构中的部分性能进行论述 ,从锁模机构的综合性能去分析的较少。为了全面了解锁模机构的性能 ,优化双肘杆锁模机构 ,对肘杆的几何特性、等效质量、动模板的锁模力、节点摩擦力、动模板的移动位移等指数进行综合仿真 ,进一步为设计闭环电液控制锁模系统提供准确的负载特性 ,建立能够准确收稿日期 :2007203202作者简介 :闫政 (1979 - ) ,男 ,硕士 ,主要从事煤机、液压伺服系统仿真、计算等方面研究工作。描述这些参数之间数学关系的模型就非常有意义。1 锁模机构运动特性分析双肘杆锁模机构运动原理如图 1 所示。图中脚标 1 代表初始位置 ,脚标 2 代表合模位置。开始锁模时 ,液压缸活塞杆向右移动 ,驱动双肘杆锁模机构运动 ,使活塞杆从位置 2移动 ,当液压缸活塞接近位置 ,机构处于自锁状态 ,此时即使液压系统卸荷 ,动模板在位置 靠机构的自锁 (极点 会后退 ,这是锁模机构必需具备的自锁特性。当液压缸活塞撤回接近位置 ,肘杆 近处于一条直线上 ,无论液压缸活塞施加多大的力都不能继续向左移动 ,此时锁模机构进入自锁区域。在设03液压气动与密封 / 2007 年第 3 期 1994 双肘杆锁模机构的运动极限位置计时首先要避免锁模机构处于自锁位置 ,否则将产生巨 大的冲击、振动或无法锁模。因此液压缸活塞在 2 的两极限工作位置是肘杆式锁模机构设计的重要依据。它在锁模机构建立通用数学模型 ,分析机构的运动特性 (等效质量、动模板的锁模力、节点摩擦力、动模板的移动位移等物理量等 ) 中起到了关键作用 ,决定机构性能的稳定性。2 数学模型211 传动比计算为了分析计算方便 ,需要将负载惯量、负载阻尼和负载刚度等折算到液压执行元件的输出端 ,或相反将液压执行元件的惯量、阻尼等折算到负载端 ,得到一个等效的负载模型 4 ,等效之间的计算引入传动比。在锁模机构传动运动学计算中 ,把动模板的负载等效到液压缸活塞的输出端进行建模 ,计算原理如图 2 所示。传动比计算可以通过液压缸活塞 S 2 和动模板 S 6 的位移关系即 S 6 = f ( S 2) ,进行求导获得 ,即 i = S 6p, S 6 2油缸活塞杆相联的十字头的速度。由于直接求这种关系相对复杂 ,所以引入一个中间变量肘杆支杆转角 4 ,在 标系中 ,活塞位移 S 2 与 4 对应的函数关系式通过向量运算进行计算函数关系式为 : S 2 = f l ( 4) ;动模板 S 6 与 4 对应函数关系在 0 相对坐标系下通过向量运算进行计算 , ( Y 4 标系原点位于 B 0 点 ,将肘杆前杆 分解 ,肘杆后杆 B B 0 为 轴 ,与 轴垂直的轴为Y 4 。再将 Y 4 标系转换至 标系中。函数关系式为 S 6 = f 2 ( 4) ,它们对应关系通过坐标系的旋转建立。由上面介绍的方法可以推导出下面的结果 :传动比 :i = f ( S 2) = f ( S 0 + x ( t) )= - 4 - 4)式中 : ( Y E - 2 (2)图 2 双肘杆锁模机构运动学计算原理 - - ( Y E - 2 4 + 2 ( S 2) (3)其中 : 4 E - S 4 Y 4 E (4) 2 S 2) (5) 2 (6)4 x 轴与 x 4 E (肘杆后杆 ) 轴的正向夹角 ;S 2 、 S 6 分别为液压缸活塞和动模板的位移 ;S 2P、 S 6P 分别为液压缸活塞和动模板的速度 ;A 、 B 0 、 D 标系下的坐标值 。分别为 ( S 0 , ( , ( S 6 , ;L 2 , l E , 分别为图示对应肘杆的长度。212 锁模机构的动力学计算为了建立通用数学模型 ,全面分析锁模机构中相互物理量之间的变化关系。下面将动模板惯性负载、阻尼系数及其外负载力通过上面所求的传动比等效到液压缸活塞上 ,以便建立负载动力学模型。锁模机构肘杆的动力学关系等效图如图 3 所示 ,肘杆的变形可以用一个等效弹簧代替。等效弹簧变形关系 :等效变形 X S 6 S 6 (7)锁模力 8)通过力学关系计算得 :肘杆力 FF i (9)活塞摩擦力 2p (10)模板摩擦力 6p (11)13 3. 2007 1994 i + i (12)等效动摩擦力 13)等效质量 M d = M 14)式中 肘杆的刚度 ;S 6 动模板移动的最大位移 ;X F 动模板到初始位置的距离 ;X 动模板移动的最大的离 ; 最大锁模力 ; 活塞与缸的静摩擦力 ; 液压缸、动模板的库仑摩擦力 ; 液压缸和动模板的动摩擦力 ; 分别为活塞、动模板的黏性阻尼系数 ;M 动模板的质量 ; 节点摩擦力系数 ;i 传动比 ,为活塞杆的速度比动模板的速度。图 3 轴杆力等效示意图3 锁模机构的仿真计算为了对所建立的数学模型参数进行动态分析 ,首先需要给出数学模型的输入参数 ,即液压缸活塞的运动曲线。设液压缸活塞的启动加速度为 4000 减速时加速度为 - 4000最大速度为 600 s ,最小速度为 - 650 s。在 境中 ,将液压缸活塞的所得初始输入参数进行编程 ,得到所需的速度S 2p 、位移 时间变化如图 4 所示 。在 境下 ,把建立的数学模型进行编程 ,得到锁模机构的主程序。把初始液压缸活塞的速度、位移随时间变化函数输入主程序 ,即可分别得出一个合模、开模周期内对应的参数动态仿真结果。通过动态仿真曲线能够更好地分析锁模机构的运动特性 ,具体动态曲线下面逐一分析。由图 5 可以得出等效质量随时间的变化曲线 ,从液压缸的整个运动过程中 ,作用于液压缸的等效质量从 190 5400 有很大的变化范围 ,由于这个变化梯度较大 ,所以造成了锁模机构速度的波动。特别在图 4 输入的初始信号动模板快要接近静模板时 ,作用于液压缸的质量只有液压缸活塞和肘杆的质量 ,等效质量将会变得非常小。由传动比曲线可以全面的了解动模板和液压缸在整个运动过程的速度关系。仅仅为了与仅对分析死区进行几个点的计算相比 ,明确多了 ,它也明确反映各个量之间的传递关系。图 5 传动比、等效质量仿真曲线图 6 动模板运动的位移图 6 是动模板运动整个运动过程的位移曲线 ,开始的变化为空载时 ,动模板加速前进 ,肘杆基本不受力 ;在接近静模板时 ,动模板的位移变化很小 ,它的微23液压气动与密封 / 2007 年第 3 期 1994 ,也反应了肘杆的刚 度大小 ;此时 ,由变形力开始建立锁模力 ,具体关系如图 7 所示。图 7 仿真了运动整个过程中肘杆力和锁模力的变化过程。由仿真的结果可以看出在整个运动过程中 ,只有当动模板与静模板已接近时 ,才能开始建立锁模力。肘杆力的变化可以运用锁模力和传动比的关系求出。在实际过程中 ,肘杆力也是在动模板于静模板接触时才有力的作用。因为肘杆的质量在整个系统中很小 ,由它引起的质量力可以忽略不计。图 7 锁模力、肘杆力仿真曲线图 8 反应了建立等效摩擦力后 ,作用在液压缸上的摩擦力仿真曲线。它由作用在缸上、活塞上和动模板上的三部分摩擦力组成。这种等效为了建立负载特性奠定基础。图 8 动、静摩擦力仿真曲线4 实例计算在建立了锁模机构的动态曲线后 ,对数学模型进行程序化后 ,采用设计的软件对某国产注塑机的锁模机构的各项参数进行了计算。调用主程序可以得到传动比仿真曲线的仿真结果 ,如图 9 所示。图 9 可以看出锁模机构存在一些问题 ,主要为传动比在开始锁模阶段有一点抖动 ,导致锁模力、肘杆力在锁模时有一些波动 (015s 至 110s 之间 ) ,而且锁模时锁模力没有成一个比较固定的值 ,会引起注塑产品的表面光洁度不够、内应力不能够完全消除、甚至内部结构不够均匀等等。由此也会引起动模板在锁模时有很大的颤动 ,导致机构的寿命减短。这种变化在锁模力和肘杆力表现尤为突出 ,仿真曲线全面反映了它们的变化过程 ,如图 10 所示。此组曲线肘杆力和锁模力有较大的波动 ,开始就有较大的力 ,且锁模力不太稳定 ,通过对锁模机构的几何尺寸进行优化 ,可以解决这一类问题。图 9 国产塑机传动比仿真曲线图 10 国产注塑机肘杆力、锁模力仿真曲线5 结论本文分析了锁模机构运动特性建模的方法 ,建立了双肘杆锁模机构运动特性的通用程序。由动态仿真曲线可以得到油缸的初始位移对动模板的位移、建立锁模力、肘杆力影响很大 ;肘杆刚度准确与否 ,对动模板建立锁模力至关重要 ;传动比在锁模机构中是一座由液压缸通向动模板的