重载锻造操作机夹持装置的研究与设计

发布时间：2017-03-23 20:18

  本文关键词：重载锻造操作机夹持装置的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对重载锻造操作机的研究和应用水平体现着一个国家高端装备制造业的竞争力。重载锻造操作机是由机、电、液高度集成的一类特种工业机器人,多学科交叉设计是锻造操作机设计的重要特点之一,其设计遵循一般机械装备设计的所有要点,但基于其特殊的工况,又比一般设备的设计更加复杂和特殊。本文以工件下垂偏角、钳口摩擦因素、钳口旋转角度、工件直径等因素为控制变量,设计锻造操作机夹持装置的实验平台,对基于允许工件下垂偏转的钳口夹持力理论模型进行实验验证。实验通过验证两个非结构因素(工件下垂偏角和钳口摩擦因素)与钳口夹持力、夹持性能的关系,来间接验证钳口夹持力理论研究的准确性。实验结果与理论结果基本相符,说明钳口夹持力理论模型的准确性。同时,实验结果表明,下垂偏角对钳口夹持力确定具有明显的影响,允许工件存在一定的下垂偏角会显著降低夹持工件所需要的钳口夹持力。钳口与工件之间的摩擦接触状态对钳口夹持力、夹持性能具有重要影响。在满足强度要求的前提下,通过将钳口材料更换为铸铁增加摩擦系数,会有效减小夹持工件所需要的钳口夹持力,并改善夹持装置的动态夹持性能。在钳口夹持力理论模型验证的基础上,分析工件下垂偏角对传力比和夹紧缸输出力的影响。对钳口旋转位置、工件直径、工件下垂偏角等因素与传力比的关系进行具体分析,重新修正夹持装置传力比的算法,提高夹紧缸输出力的计算精度。在理论分析与实验研究的基础上,研究现有重载锻造操作机夹持装置的结构特点,具体分析这些结构特点所遵循的设计原理,为新设计方案的研究提供一定的参考。在传动角和回转半径约束前提下,提出夹持装置极限位置的概念,定义夹持装置实际工作区域与极限位置区域。设计思路的具体执行则是确定夹持装置极限位置区域相对于实际工作区域的最佳位置,使得在工作区域夹持装置的整体传力比最小,并据此确定α、L_1、L_2的参数大小。对于其它主要尺寸参数S_1、S_2、L_3的设计,根据其在结构中的位置关系和与其它尺寸之间的关联性,采取定量设计的办法。按新设计思路重新设计80t操作机的夹持装置,并与原夹持装置的夹持性能进行比较,从理论上验证新设计方案的可行性。以课题原夹持装置实验平台为基础,按新设计方案对实验平台的夹持装置进行重新设计。并对实验平台原夹持装置和新设计夹持装置的静态夹持性能进行理论和实验研究。并对两套夹持装置的动态夹持性能进行了对比实验。理论分析和实验结果都表明,新设计夹持装置的静态和动态夹持性能均优于实验平台原夹持装置,说明新设计方案的合理性与有效性。
【关键词】：重载锻造操作机 夹持装置 钳口夹持力 夹持实验装置
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 重载锻造操作机9-10
• 1.2.1 重载锻造操作机及其发展现状9-10
• 1.2.2 锻造装备与铁路机车锻造技术10
• 1.3 重载锻造操作机夹持装置10-13
• 1.3.1 重载锻造操作机夹持装置10-11
• 1.3.2 夹持机构与连杆机构11-12
• 1.3.3 夹持装置的研究现状12-13
• 1.4 本论文研究内容和方法13-15
• 2 钳口夹持力的理论分析与实验研究15-26
• 2.1 钳口夹持力的理论分析15-18
• 2.2 钳口夹持力的实验研究18-25
• 2.2.1 夹持实验装置原理18-19
• 2.2.2 钳口夹持力与工件下垂偏角的实验研究19-21
• 2.2.3 钳口夹持力与钳口摩擦因素的实验研究21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 夹持装置传力比与夹紧缸输出力研究26-32
• 3.1 夹持装置的上部和下部26-27
• 3.2 未考虑水平分力时夹持装置的传力比27-28
• 3.3 考虑水平分力时夹持装置的传力比28-30
• 3.4 夹紧缸输出力30
• 3.5 本章小结30-32
• 4 锻造操作机夹持装置结构特点分析32-37
• 4.1 夹持装置的极限位置32
• 4.2 夹持装置的结构特点32-34
• 4.3 结构特点的理论分析34-36
• 4.4 本章小结36-37
• 5 夹持装置设计方法研究37-52
• 5.1 钳口夹持力、传力比、夹紧缸输出力的变化规律37-38
• 5.2 L_3、S_1、S_2尺寸参数确定方案38-39
• 5.3 L_1、L_2、α 尺寸参数确定方案39-47
• 5.3.1 设计方案的提出39-41
• 5.3.2 设计方案的理论分析41-42
• 5.3.3 钳臂夹角 α 范围的确定42-46
• 5.3.4 L_1、L_2、L_3长度关系的确定46-47
• 5.4 80t锻造操作机夹持装置的设计47-50
• 5.5 本章小结50-52
• 6 夹持装置设计方法的实验研究52-74
• 6.1 夹持装置的设计52-57
• 6.2 夹持装置结构强度分析57-60
• 6.2.1 有限元模型的建立57-59
• 6.2.2 有限元模型的后处理59-60
• 6.3 夹持装置静态夹持性能的理论分析60-63
• 6.4 夹持装置夹持性能的实验研究63-73
• 6.4.1 实验可行性分析63-65
• 6.4.2 静态夹持性能的实验研究65-68
• 6.4.3 动态夹持性能的实验研究68-73
• 6.5 本章小结73-74
• 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78

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