电弧喷标系统的稳定性分析及其动态监控

摘要

碰撞与冲击是工程当中广泛存在的问题，电弧喷号机在工作过程中，其碰撞冲击力是不容忽视的，极易造成设备的重要部件发生损坏，不仅更换部件会使成本大大增加，而且会影响设备正常工作。为了提高电弧喷号机工作的稳定性，对其进行结构分析非常必要。本文利用有限元数值分析法对电弧喷标设备在标识字符过程中会与钢坯发生碰撞的问题进行了系统的研究。主要研究内容如下:
　　1、查阅文献，根据喷号机与钢坯碰撞问题，确定了接触碰撞的数值计算方法、接触碰撞方程、方程的解法及其解法的有限元实现。利用ANSYS/LS-DYNA作为辅助软件进行分析，获得了电弧喷号机系统的碰撞响应特性以及碰撞力的变化规律。
　　2、对喷号机结构进行有限元建模。在静力分析时采用最大碰撞力进行分析;在模态分析时计算出前六阶固有频率及振型。综合上述结果确定喷号机结构最薄弱的位置，并对其进行优化。
　　3、利用T-CPU、IM174、松下A5的伺服电机和伺服驱动器搭建起实验平台，在STEP7软件上进行硬件组态、网络组态及轴组态，实现了对写字过程的实时监控。可监控其在不同速度下写字时的实际位置和指令位置变化规律，以及实际位置和指令位置之间的相对误差，最终确定了喷号机合适的写字速度。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 选题背景

1．2 课题国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国内外钢坯标识技术的研究现状

1．2．2 发展趋势

1．3 课题的来源及研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 论文主要研究内容

1．4 课题的研究意义

2 电弧喷号机总体设计

2．1 系统组成

2．1．1 控制系统的设计

2．1．2 机械系统的设计

2．2 工艺流程

2．3 本章小结

3 模拟碰撞过程的有限元方法及仿真实现

3．1 有限元数值模拟理论

3．1．1 碰撞问题的数值模拟方法

3．1．2 接触碰撞问题的有限元数值计算方法

3．1．3 接触碰撞的数值计算方法

3．1．4 对称罚函数法的有限元实现

3．2 基于LS-DYNA的模拟仿真

3．2．1 写字机构的三维模型

3．2．2 建立碰撞的有限元模型

3．2．3 定义单元类型和实常数

3．2．4 定义材料性质

3．2．5 定义接触

3．2．6 施加载荷和边界条件

3，2．7 仿真计算结果与分析

3．2．8 不同速度下仿真结果汇总

3．3 本章小结

4 写字机构的有限元分析及结构优化

4．1 有限元简介

4．1．1 有限元基本理论

4．1．2 有限元分析的基本步骤

4．2 写字机构的静力学分析

4．2．1 静力学分析的基础

4．2．2 ANSYS Workbench简介

4．2．3 静力学分析过程

4．2．4 静力分析的仿真结果

4．3 写字机构的模态分析

4．3．1 模态分析的基础

4．3．2 模态分析的仿真结果

4．4 写字机构结构优化

4．4．1 减小写字机构的写字速度

4．4．2 增大护罩厚度

4．5 本章小结

5 基于T-CPU监控系统的搭建

5．1 硬件介绍

5．1．1 使用T-CPU的优势

5．1．2 IM174模块

5．1．3 松下A5伺服电机

5．2 组态

5．2．1 硬件组态

5．2．2 网络组态

5．2．3 Technology组建轴

5．3 可编程逻辑控制器程序的设计

5．4 触摸屏

5．5 监控不同速度下写字时的状态曲线

5．6 本章小结

6 结论

7 展望

参考文献

9 论文发表情况

致谢