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一种锻造操作机的机构分析及其虚拟样机建模

陈博翁  
【摘要】: 重载锻造操作机是复杂的混联系统,其动力学行为呈现高度非线性,而且由于系统惯量大且采用液压驱动,导致系统控制中存在大时滞和易振荡等问题。为建造有效的重载锻造操作机控制系统,有必要对其动力学特性进行研究。 本文针对某型重载锻造操作机的5自由度台架机构进行运动学建模,给出了该机构的位置正逆解、速度逆解和加速度逆解。然后计算出该锻造操作机的可达工作空间;分析了工作空间附近机构可能出现的奇异位形;分析了操作机所完成的各锻造工艺动作的输入输出关系。 在运动学模型的基础上,采用牛顿-欧拉法建立该锻造操作机的动力学模出规划条件下各杆驱动力曲线;计算拔长工艺前后负载变化,在此基础上计算分析负载改变引起的各杆驱动力变化情况;计算不同负载条件下全工作空间静平衡驱动力,作为设计液压驱动系统的参考。推导出锻造操作机的最简等效动力学模型,给出可在全工作空间内衡量动力学特性的等效质量定义。 综合利用CAD软件Pro/E和机械系统动力学分析软件ADAMS建立了锻造操作机的刚体虚拟样机,分析了其动力学特性。对比仿真和理论结果,两者基本一致,从而验证了理论模型的准确性和有效性。最后,基于刚体虚拟样机进行了基于重力自平衡的结构优化设计。 在刚体虚拟样机的基础上提出了建立刚-柔混合多体系统模型的基本思路,按照这个思路,综合利用机械系统动力学分析软件ADAMS和有限元分析软件ABAQUS,建立了锻造操作机的刚-柔混合虚拟样机,得出构件弹性变形对整机动力学特性的影响。


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