铝锭铸造机接锭装置四连杆机构的运动分析及优化

摘要

铝锭连铸机是专门用于生产铝锭的自动生产线，将铸造、扒渣、冷却、堆垛、捆扎和成品运输等生产工序排列完成，是一种自动化成套设备。22t/h以下铝锭连铸机的冷运机和层运机运动是间歇式运动，要提高生产能力，使其能达到28t/h的产能，就必须使铸造机的运动形式变为连续式运动。要实现连续运动，其脱模接锭是主要解决的技术难题。因此为了加快接锭速度，对接锭装置进行运动分析，并优化机构参数使其达到最优的运动特性是切实可行的，消除接锭问题对铝锭连铸机生产效率的制约。铝锭连铸机接锭装置的接锭处是其正常生产运行的一个重要动作节点，其传送的连续性、接锭的可靠性等都是影响整机生产效率的重要因素。
　　本文主要对以下几个方面进行研究:
　　(1)对接锭装置四连杆机构进行运动分析，确定接锭板的几个关键位置，并对其进行模拟仿真，通过分析接锭装置接锭的工作过程以及关键部位速度和加速度变化情况，确定需要优化改进的关键部分。
　　(2)对接锭装置四连杆机构中重要构件长度对运动摆角的影响进行分析，以得到满足接锭要求的机构最小摆角为目标，来优化改进构件长度。
　　(3)讨论在接锭板承载两块铝锭的最大载荷时，缓冲弹簧产生的轴向补偿量对四连杆机构运动的影响，分析并优化缓冲弹簧的参数使其能够达到最佳的轴向补偿量。
　　(4)对优化后的接锭装置四连杆机构进行线性静力分析，求解在不同载荷下接锭板和连杆机构的装配体的变形和应力的最大值以及分布情况，校核其是否满足强度要求。
　　(5)对优化后接锭装置四连杆机构进行动力学分析，主要是对接锭板和连杆机构的装配体进行模态分析，得出其固有频率及相应的振型，避免引起共振。
　　本课题的完成将会提高铝锭连铸机接锭装置四连杆机构的技术性能进而提升接锭装置的可靠性和高效性以及整套生产线的生产效率。有利于增强产品在市场上的竞争力，为我国电解铝工业的发展做出应有的贡献。

目录

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摘要

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第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 铝锭连铸机的国内研究现状

1．3 铝锭连铸机接锭装置

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 接锭装置的工作原理

1．4 本课题的研究内容

第2章 接锭装置四连杆机构的运动分析

2．1 四连杆机构运动分析的目的和方法

2．2 接锭装置四连杆机构的运动分析

2．2．1 四连杆机构运动分析数学模型的建立

2．2．2 四连杆机构运动分析的求解方法

2．2．3 接锭过程中接锭板关键位置的分析

2．2．4 四连杆机构运动分析的M文件和运算结果

2．3 本章小结

第3章 接锭装置四连杆机构的优化设计

3．1 优化设计简介

3．2 接锭装置四连杆机构的优化设计

3．2．1 确定设计变量

3．2．2 确定优化目标

3．2．3 确定约束条件

3．2．4 接锭板的综合尺度对输送机架摆角φ的影响

3．2．5 连杆机构的综合尺度对输送机架摆角φ的影响

3．2．6 接锭装置四连杆机构的优化结果

3．3 优化后接锭装置四连杆机构的运动分析

3．4 接锭装置四连杆机构优化改进后的成果

3．5 本章小结

第4章 缓冲弹簧补偿量的分析及优化

4．1 缓冲弹簧的轴向补偿量分析

4．1．1 弹簧缓冲装置模型建立及简化

4．1．2 弹簧缓冲装置网格划分

4．1．3 弹簧缓冲装置约束条件及载荷

4．1．4 弹簧缓冲装置静态分析结果

4．2 缓冲弹簧轴向补偿量的优化

4．2．1 弹簧丝直径对缓冲弹簧的影响

4．2．2 弹簧中径对缓冲弹簧的影响

4．2．3 弹簧自由高度对缓冲弹簧的影响

4．2．4 缓冲弹簧的优化结果

4．3 本章小结

第5章 优化后接锭装置四连杆机构的静动态分析

5．1 静力分析的理论基础

5．2 接锭板和连杆机构装配体的静力分析

5．2．1 接锭板和连杆机构的装配体模型建立及简化

5．2．2 连杆机构有限元模型网格划分

5．2．3 连杆机构的约束条件及载荷

5．2．4 连杆机构的静态分析结果

5．3 动态分析方法

5．3．1 模态分析

5．4 接锭板和连杆机构装配体的模态分析

5．5 本章小结

结论与展望

1．结论

2．展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士研究生期间发表的论文