锻造操作机钳杆机构的研究

摘要

大型锻件的生产能力体现着一个国家的生产制造水平。锻造操作机是自由锻造液压机的基本辅助装备之一，是夹持大型钢锭或坯料配合主机完成锻造加工工艺的重要设备。锻造操作机的运动主要包括钳杆平升降、钳杆侧移、钳杆倾斜、钳杆旋转、钳口夹持和大车行走等。钳杆夹持机构是实现操作机夹持工件的重要装置，它将夹紧缸产生的作用力传递到钳口位置来夹持工件。作为锻造操作机夹持工件的执行元件，是决定操作机承载能力、工作稳定性及安全性的关键部件之一。
　　针对锻造操作机夹持工件的应用特点，本文重点研究钳杆夹持机构与夹持力的内在关系、机构参数对夹持力的影响因素等问题，探索优化锻造操作机夹持机构的方法。通过研究夹持机构对夹紧性能的影响，分析夹持机构在操作机稳定操作时的参数确定方法，研究锻件直径大小对夹持机构杠杆比和夹持力的变化规律及对夹紧缸行程的影响。
　　本文以80吨操作机的结构参数为依据，进行夹持装置的分析和研究。通过对钳杆机构的分析，研究影响夹持力的主要结构参数;进行最大载荷工况下的钳杆夹持机构动态仿真并分析其夹持性能。通过参数化建模和分析，对钳杆进行结构优化设计。具体研究内容包括以下四个方面:
　　(1)以操作机静态夹持工件进行机构的夹持力理论分析和计算，并利用ADAMS软件仿真机构的夹持性能，确定钳口的输出夹持力。同时分析转动副中的摩擦对夹持力大小的影响。
　　(2)利用ADAMS软件对钳杆夹持机构的旋转运动进行动态仿真，分析钳口具有凸齿及无齿两种结构的夹持性能。仿真结果显示，凸齿结构的钳口工作时具有良好的夹持性能，而无齿结构钳口夹持工件时的夹持性能不稳定，分析了优化钳杆夹持机构的必要性。
　　(3)采用ADAMS软件中的参数化建模和优化模块，以夹持力最大作为优化的目标函数，根据夹持工件的直径及夹紧缸行程建立两个约束函数，进行机构的优化。动态仿真的结果表明，优化后的机构在使用无齿结构钳口夹持工件时的性能有了显著提高。
　　(4)钳杆机构中的钳臂在工作过程中容易发生破坏，夹持力的变大可能会导致破坏加剧。为了检验钳臂的性能，根据优化后的基本参数，对新钳臂进行结构设计。并利用HyperMesh、ADAMS和ANSYS软件的联合仿真，求解新钳臂在动态工作时的应力。结果表明新结构满足强度要求，证明了新机构的可行性。
　　通过课题研究，分析并优化了钳杆夹持机构，同时也证明了研究方法的可行性和实用性，为钳杆机构的设计及后续的持续改进提供了一种有效的思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 国内外发展概况

1．2．2 本文研究背景

1．3 研究的意义与方法

1．3．1 钳杆机构研究的目的和意义

1．3．2 钳杆机构的研究方法

1．4 本论文主要研究内容

2 操作机钳杆机构的概述

2．1 锻造液压机组简介

2．2 锻造操作机介绍

2．2．1 锻造操作机的分类

2．2．2 有轨液压锻造操作机的组成及功能

2．3 钳杆夹持机构的功能

2．4 钳杆夹持机构的结构形式

2．5 本章小结

3 操作机钳杆机构夹持力的分析

3．1 机构杠杆比的分析计算

3．1．1 机构杠杆比的理论计算

3．1．2 机构杠杆比的仿真计算

3．1．3 考虑摩擦的机构杠杆比仿真

3．2 钳杆夹持动态仿真

3．3 本章小结

4 基于ADAMS的钳杆机构的分析和优化

4．1 机构参数化建模

4．2 参数分析和机构优化

4．2．1 目标函数和约束函数的确定和建立

4．2．2 参数变化对夹持力的影响

4．2．3 夹持力的优化

4．3 优化机构的分析

4．3．1 新机构的动态仿真

4．3．2 工件直径对夹持力的影响

4．4 本章小结

5 关键零件的结构设计和应力校核

5．1 优化零件的结构设计

5．2 钳臂的动态仿真

5．2．1 钳臂有限元模型的建立

5．2．2 钳臂的动态仿真和结果分析

5．3 本章小节

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果