基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计.pdf
- 文档编号:14656439
- 上传时间:2023-06-25
- 格式:PDF
- 页数:3
- 大小:194.38KB
基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计.pdf
《基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计.pdf(3页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第33卷第3期Vol133No13FORGING&STAMPINGTECHNOLOGY2008年6月Jun.2008基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计刘海柱,雷秀,李扬,尹瑞峰(内蒙古工业大学机械学院,内蒙古呼和浩特010051)摘要:
通过对锻造操作机钳杆机构工作原理的分析,确定了设计变量、约束条件并建立了目标函数,同时也确定了以夹紧力最大为主要设计目标的数学模型。
将所确定的设计变量、目标函数转化为ADAMS函数语言,并对该机构进行了参数化设计以及优化计算,找到了影响夹紧力的主要因素,得出了在夹紧力最大为212044e+005N时,机构杠杆大臂长度L=118762m、小臂长度l=016616m,得到了钳杆优化过程夹紧力变化曲线,对ADAMS优化功能的一些问题做了介绍。
关键词:
锻造操作机;钳杆机构;优化设计中图分类号:
TG315文献标识码:
A文章编号:
100023940(2008)0320106203OptimizationdesignofmanipulatorclampbasedonADAMSLIUHai2zhu,LEIXiu,LIYang,YINRui2feng(SchoolofMechanics,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Huhhot010051,China)Abstract:
Byanalyzingtheoperatingclampprincipleofforgingmanipulator,thedesignvariables,theobjectivefunc2tion,andtheconstraintconditionswereconstructed,andatthesametime,themaximalclampingforcewasdesignedasthemathematicalmodelofmaindesignobjective.ByusingADAMS,thedesignvariableandtheobjectivefunctionweretransformedintotheADAMSfunctionlanguage,someparameterswereoptimizedandthedataofclampmecha2nismwasobtained.Itisconcludedthatwhenthemaximalclampingforceis212044e+005N,thelengthofthebiggerarmisL=118762mandthesmallerarmisl=016616m,optimizationcurveofclampinoptimizingprocessisobtained.SomefunctionalmattersofADAMSoptimizationwereintroduced.Keywords:
forgingmanipulator;clampmechanism;optimizationdesign收稿日期:
2007207210;修订日期:
2007209208作者简介:
刘海柱(1979-),男,硕士研究生电子信箱:
liuhaizhu109sohu1com1引言锻造操作机是大吨位锻压机械的重要配套设备之一,而钳杆夹紧机构是锻造操作机的主要机构之一。
目前,国内所需锻造操作机要求有较高的性能和科学的结构。
因此,本文在对锻造操作机钳杆夹紧机构的工作原理和设计要求进行分析的基础上,建立了钳杆机构参数优化设计的数学模型,采用ADAMS仿真软件对机构进行参数化设计,并对参数进行了优化计算,通过优化确立了影响钳杆机构夹紧力的主要因素,得到了优化结果。
2钳杆夹紧机构的工作原理和主要技术要求211工作原理图1所示为钳杆夹紧机构的结构示意图。
钳杆机构的工作原理是在液压系统控制下液压缸活塞向左缩回,通过连接轴拉动杠杆式钳头闭合,从而夹紧坯料。
为了保证机构坯料不能滑落,希望工作过程夹紧力尽量大。
212主要技术要求最大夹持物重为50t,钳口可夹持坯料最大尺寸为600mm,活塞行程为300500mm。
213钳杆夹紧机构的设计按上述要求用图解法设计钳杆夹紧机构,如图2所示。
3优化设计311设计变量的确定首先建立整个机构的直角坐标系,坐标原点取在DE的中点O。
决定机构尺寸的各杆长度及角度列为设计变量,在ADAMS软件中建模,选取了9个参数作为设计变量Zi(i=1,2,9)。
令Z1=lAB=l,Z2=LBC=L,Z3=LCD=l1,Z4=,Z5=,Z6=,Z7=a,Z8=a1,Z9=h。
因此,该设计变量的向量Z可表示为:
Z1Z2Z9T=lLhT图1钳杆夹紧机构示意图11夹头21杠杆31壳体41外轴51连接轴61连接护盖71液压缸81缸底91缸盖Fig11Sketchofclampmechanism图2钳杆夹紧机构工作简图Fig12Worksketchofclampmechanism312目标函数的建立如前所述,优化设计是在满足工作要求的前提下,使机构具有较好的传力性能,特别是对坯料的夹紧力要尽可能大,从而保证机构的夹紧特性。
为此,将夹紧力定为优化目标。
以B点为支点的力矩平衡方程式为:
FCLcos(+)=FlcosFC=FA2sinFA=pA式中:
FA为液压缸活塞杆受力(N);FC为支点C点处受力(N);p为液压缸工作腔的工作压力(MPa),p20MPa;A为液压缸活塞有效工作面积(m2),A=01125m2;F为钳杆夹紧力(N)。
目标函数可表示为:
F=Lcos(+)2lsincosFA且满足下式:
a12+l1cos=Lsin(+)-a2(lcos-Lcos(+)2+(a/2-lsin)+a1/2)2=(lcos)2+L2-2lLcoscos(+)式中:
为连接板在竖直方向上的夹角(),初始值取=40;为钳杆小臂在水平方向的夹角(),=arcsin(a/2-h)/l;为杠杆大臂与小臂之间的夹角(),初始值取=110;a1为钳杆两支撑点间的距离(m),初始值取a1=018m;h为单侧钳口的开启距离(m),初始值取h=01218m;L为杠杆大臂的长度(m),初始值取L=1171m;l为杠杆小臂的长度(m),初始值取l=017m。
313约束条件的确定约束条件主要根据前面所述的设计要求确定。
由目标函数可知,夹紧力F与钳杆夹紧杆中心距没有关系,根据实际条件确定其为a/2=01785m。
此外,还考虑了其他一些方面的因素,钳杆夹紧机构应满足以下的约束条件:
2=g1(z)lg3(z)=(+)-/20,g4(z)=a11120g5(z)=115g7(z)=l1015,g8(z)=h017,g9(z)=2314优化数学模型综上所述,这是一个具有9个设计变量及约束条件的优化设计问题。
maxN(z)zR9stgj(z)j=1,2,9315建模与优化计算按设计变量的初始值在ADAMS中建模。
为建模方便将上述的设计变量l,L,h转换为机构各铰链中心A,B,C,D的坐标。
在图2中,C点坐标为(DV_2,DV_3),A点坐标为(DV_5,DV_6),D点坐标为(0,DV_1),B点坐标为(DV_4,01785)。
然后,创建10个设计变量:
701第3期刘海柱等:
基于ADAMS锻造操作机钳杆机构的优化设计DV_1,DV_2,DV_3,DV_4,DV_5,DV_6,DV_7,DV_8,DV_9,DV_10,具体表达式为:
DV_7=l=SQRT(DV_5-DV_4)2+(DV_6-01785)2DV_8=L=SQRT(DV_2-DV_4)2+(DV_3-01785)2DV_9=311416+Acos(DV_2-DV_4)2+(DV_3-01785)2+(DV_5-DV_4)2+(DV_6-01785)2-(DV_2-DV_5)2-(DV_3-DV_6)2/2SQRT(DV_2-DV_4)2+(DV_3-01785)2)SQRT(DV_5-DV_4)2+(DV_6-01785)2)DV_10=设计变量的初始值取原设计中的值,建立目标函数F为:
F=DV_8cos(DV_10+DV_9+ASIN(01785-DV_6)/DV_7)+311416)FA/2DV_7sin(DV_10)cos(ASIN(01785-DV_6)/DV_7)按上述添加约束条件,并将约束条件转化为ADAMS环境变量约束,在ADAMS中的Designstudy中对每个变量进行调试。
研究发现:
DV_4,DV_7,DV_8对夹紧力影响较大,而且敏感度较大,所以选取这3个变量为主要对象进行优化。
主要变量单位:
V1)DV_4Units:
meter;V2)DV_7Units:
meter;V3)DV_8Units:
meter。
优化的具体结果如表1所示。
表1优化数据表Table1Optimizationdatasheet优化数(Trial)F/NDV_4/mDV_7/mDV_8/m11.8028e+0051.26930.661591.535122.2034e+0051.26930.661591.876231.4695e+0051.26930.808611.535141.7952e+0051.26930.808611.876251.8036e+0051.55140.661591.535162.2044e+0051.55140.661591.876271.4688e+0051.55140.808611.535181.7961e+0051.55140.808611.8762从表1数据中可以找到所求夹紧力F为最大时所对应各变量的具体值,其数据在Adams2View中具体曲线图中得到,见图3和图4。
从图3和图4可以看出,夹紧力F的变化主要受杠杆大臂L的变化影响。
当L变化到最小值时,图3优化设计曲线Fig13Optimizeddesigncurve图4夹紧力F变化曲线Fig14ChangecurveofclampingforceF夹紧力F也变为最小。
并得到了影响夹紧力的重要参数DV_4即OF的距离、钳杆小臂长度l、钳杆大臂长度L的优化结果:
当夹紧力F最大为212044e+005N时,DV_4=OF=115514m,l=016616m,L=118762m。
4结论本文采用了ADAMS仿真软件的优化功能对钳杆机构进行优化,确立了影响钳杆机构夹紧力的主要因素即杠杆两个臂l,L的长度以及杠杆支撑点相对于连接头端面的距离,得出了机构的参考数据。
为锻造操作机钳杆机构进一步的设计提供了理论依据,突出了优化设计在现代设计领域中的重要作用。
参考文献:
1李增刚.ADAMS入门详解与实例M.北京:
国防工业出版社,2006.2王国强,张进平,马若丁.虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践M.西安:
西北工业大学出版社,2002.3宋丽梅,范元勋,祖莉.基于ADAMS的六连杆冲压机构的仿真优化设计J.南京理工大学学报,2006,30(3):
2852287.4郑建荣.ADAMS:
虚拟样机技术入门与提高M.北京:
机械工业出版社,2001.801锻压技术第33卷
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 ADAMS 锻造 操作 机钳杆 机构 优化 设计