锻造操作机夹钳平行升降机构运动学特性分析

对锻造操作机机械系统进行运动学特性分析,研究执行机构的运动规律,是实现操作机夹钳末端位置精确控制的前提。本文分析了某典型锻造操作机夹钳平行升降机构的机构特征及运动学特性,得到了夹钳末端随升降缸运动的变化规律以及夹钳平行升降动作的运动学逆解方程。结合锻造操作机具体结构参数对夹钳平行升降逆解近似公式的精度进行了分析,提出了采用高次方程近似公式的方法,并给出了二次方程近似公式,研究结果对于提高操作机夹钳末端的位置控制精度具有一定的理论价值。     

基于遗传算法的锻造操作机缓冲机构尺度优化

为实现锻造操作机钳杆运动的精确控制,须减小竖直升降过程中钳杆在水平方向的耦合位移。针对一种新型2 t/5 t·m锻造操作机机构,提出一种通过水平缓冲机构尺度优化来提高解耦性的方法。首先建立主运动机构计算模型,定义了优化目标函数和边界条件;然后设计了优化流程图,基于遗传算法并借助MATLAB软件得到目标函数最优解;最后使用ADAMS进行仿真验证。结果表明,优化后钳杆末端耦合位移量最小为1.092 8 mm,且始终保持在误差范围(±5 mm)内,达到了运动解耦效果。     

基于运算模块的锻造操作机主运动机构运动学与动力学分析

提出运算模块和运算图谱的概念并建立了运算模块的运动及力的模型、主运动机构运动学和逆动力学运算图谱,进而得到上述运算图谱统一求解函数。通过运算图谱统一求解函数得到一种新型主运动机构的位置正解、反解曲线图,从而得出该机构可实现近似直线的水平提升,有利于简化操作机的控制系统。同时得到在升降、前后缓冲和俯仰运动过程中各驱动力曲线图,利用ADAMS软件建立机构连杆虚拟模型,力的仿真曲线与力的数值计算曲线吻合,验证了该方法的正确性。     

基于末端任务特征的操作机构型综合

依据锻造操作机的末端运动特征与输入和输出关联特性,将构型任务分为3组。建立机构运动输出特征矩阵,以有序单开链单元作为设计目标对主运动机构特征进行构型综合,然后基于系统整体特性与操作机极端服役环境对3组特征进行整合构造,最终得到众多操作机整机构型。分析了部分具有代表性的典型机构与新型机构的输入和输出关联特性与控制解耦性。结果表明,就控制解耦性而言,所综合出的部分新构型要优于传统构型。     

狭窄安装环境下大行程升降机构的设计

为满足狭窄安装环境下大行程升降机构的需求,本文设计了一种适配电动桌的紧凑型大行程升降机构,在传统螺杆/螺母升降副的基础上借助钢丝拉索机构实现了大行程两级升降,并借助分析软件ANSYS对该升降机构进行了稳定性分析.样机运行实验表明:新型升降机构能在狭窄的筒柱状桌腿内进行配装并稳定运行,其升降比接近2.5:1,是同类采用传统螺杆/螺母升降机构的1.5倍;基于该新型升降机构的电动桌,其桌面可在700 mm至1 700 mm的高度区间内任意调节,其承重载荷可达1500 N,能满足该类产品的使用要求.     

基于二次调节的锻造操作机重力势能回收与再利用

针对传统阀控式锻造操作机夹钳下降时重力势能被浪费的情况,通过采用二次调节技术与原液压系统相结合,构建了一种节能型锻造操作机液压回路.基于该液压回路对夹钳重力势能的回收与再利用提出了恒压差的压力闭环控制策略,并且基于某企业100 kN锻造操作机进行了仿真研究.结果表明,这种节能型锻造操作机液压回路在满足系统控制特性指标的基础上,具有良好的势能回收及能量再利用效果,可以降低液压系统的能耗.      

水稻钵苗有序抛秧机顶出机构的参数优化

提出一种新型旋转式水稻钵苗有序抛秧装置,介绍其工作原理及实现结构.对其关键部件———凸轮杠杆顶出机构的运动特性进行分析,得到凸轮转角、杠杆摆角与顶杆行程、杠杆位置、输入力臂长度、输出力臂长度等机构参数的关系表达式.以顶杆行程一定时的凸轮转角最小为目标,建立机构的优化模型,基于Matlab语言编程,用遗传算法对凸轮杠杆机构参数进行优化,求得最优参数,并得到反映参数的可行取值范围的三维图.为凸轮杠杆顶出机构的参数设计提供了快捷可靠的方法.     

增强型三线圈电磁斥力机构的运动特性分析

为进一步优化高压直流断路器的刚分速度和始动时间,改善电磁斥力机构的运动特性,本文提出增加电磁吸力作为驱动力的增强型三线圈电磁斥力机构,采用运动学、瞬态电磁场以及电路理论进行数学模型耦合分析,运用有限元分析软件建立二维模型,求解其运动特性,最后通过仿真试验进行验证。首先,本文分析了不同参数对其运动特性的影响,其次,分析了合闸线圈介入时刻对其运动特性的影响,最后,对比分析了增强型三线圈模型与双线圈模型的运动特性差异。结果表明：增加电容容值和电容电压可以缩短行程时间,提高刚分速度,且三个线圈中改变运动线圈驱动电路参数的优化效果最佳;适当增加线圈匝数和截面宽度可以增大电磁驱动力,缩短始动时间;从0时刻介入可以最大限度提高机构的运动速度;同参数条件下,三线圈模型可在2ms内完成25mm行程,对应的双线圈模型在2ms内只能完成16mm行程。     

医疗辅助移位机器人剪式升降机构的优化设计与分析

伴随着科技的进步,机器人技术已经逐步运用在手术、救援、康复等医疗服务方面。但是,转运与护理危重病人时,采用传统的手抱肩抬的方式容易给病人造成二次伤害。基于人体工程学原理,设计了一种新型的医疗辅助移位机器人,可自动有效的完成病人身体的移位。为实现医疗辅助移位机器人与不同高度的床位实现对接,本文设计了一种剪式升降机构。为保证剪式升降机构运行稳定以及具有更好的实用性,对机构进行优化设计。根据虚位移原理,建立了力学模型,并利用MATLAB软件进行参数优化。最后,利用三维建模软件PROE建立了实体模型,并将三维实体模型导入到ADAMS软件中进行运动学和动力学仿真,结果表明该升降机构能够顺利完成预期运动,提高了设计效率与可靠性,为医疗辅助移位机器人进一步优化提供了参考。     

45MN大型快速锻造液压机组全液压锻造操作机的吊挂系统的设计

介绍了为满足各种锻造工艺要求,在设计45MN大型快速锻造液压机组中全液压锻造操作机的吊挂系统时,采用多个平行铰链四杆机构及转动杠杆和多个液压油缸组合联动,由高压液压油提供动力源,在计算机的控制下完全实现了钳杆的平行升降、上下倾斜、左右侧移、左右侧摆、缓冲平衡等主要动作,达到锻造工艺要求。     

基于MATLAB的注塑机五支铰斜排双曲肘合模系统优化设计

对80T注塑机五支铰斜排双曲肘合模机构的运动特性和力学特性进行分析,确立以行程比和合模油缸推力放大倍数为优化目标,建立合模机构优化数学模型,确定参数化设计流程,并根据几何关系设立合理的约束参数,用MATLAB软件对合模机构进行优化设计.优化后,该机构行程比提高了31.91%,合模油缸推力放大倍数提高了0.46%,为降低五点斜排双曲肘合模机构的能耗,提高工作效率及注塑件的质量提供理论依据.     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

下肢膝关节外骨骼仿生机构运动学研究

针对人体下肢行走时可分为摆动相与承载相的运动承载特征,提出具有运动包容性与承载有效性的下肢膝关节外骨骼仿生欠驱动五杆机构研究原型,运用闭环矢量法对其构建系统运动学模型,在此基础上得到系统速度雅可比矩阵,进而提出一种评价该仿生机构的全局性工作空间灵巧度的新型综合评价指标,并以此为优化目标。在MATLAB 9.0平台上,开展基于运动学模型的系统结构参数数值优化仿真,并结合UG NX 12.0虚拟样机仿真平台,进行仿真结果数据比对,通过误差分析验证了运动学建模的正确性,进而进行数据深入分析,结果表明：优化后的仿生机构相对人体膝关节运动空间而言,具有良好的仿生灵巧包容性,亦表明基于新型综合评价指标下的结构参数优化方法的有效性。     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

基于虚拟样机技术的锻造操作机的动力学仿真

在分析锻造操作机工作原理的基础上,利用Solidworks软件建立锻造操作机的三维实体模型,并将其导入MSC.ADAMS软件系统,建立锻造操作机的三维数字化虚拟样机.考虑锻造操作机自重和载荷影响,对锻造操作机各个部件施加约束和载荷,进行多刚体系统动力学三维可视化仿真,得到典型工况运动过程中锻造操作机液压缸和钳口的受力情况,并对极限载荷情况进行分析.仿真结果为锻造操作机的零部件合理设计提供了参考依据.     

全液压双动鍜造操作机液压系统的研究

全液压双动操作机是一种新型锻造操作机,它具有动作灵敏、驱动功率小和运行平稳等优点,特别适合于快速自动控制.本文介绍了一台模拟机的研究结果,分析了锻件送进量控制的实质,提出了一种新的控制方式;论证了双动操作机具有显著优点的原因,并指出采用双动结构是提高操作机快速性的关键.在运动规律分析的基础上,还推导出了一些计算公式.     

基于ADAMS的包装箱翻转装置优化设计及仿真分析

针对人工翻转包装箱时存在劳动强度大、效率低等问题，设计了一种包装箱自动翻转装置，采用两组曲柄摇块机构将气缸活塞杆的往复移动转换为左、右翻板的90°翻转，实现了包装箱的两次90°翻转功能。为减小装置翻转所需的气缸最大驱动力，利用ADAMS软件在给定的设计变量范围内对优化目标进行求解。研究结果表明，翻转机构优化后，初始翻转抬升瞬间所需最大驱动力减小了25.6%,仿真分析验证了优化后的机构参数满足预期要求和结构设计需要，工作效率得到了有效提升。     

一种新型差动驱动A/B双摆头设计

设计了一种可用于五轴联动加工中心的新型差动式A/B轴双摆头结构.该双摆头采用4台伺服电机驱动,基于差动机构的工作原理实现摆头的摆动和俯仰运动.双摆头的驱动电机及蜗轮蜗杆减速装置均不参与摆头运动,与现有典型的双摆头结构相比,有效减少了摆头运动部件数量.采用双电机主从消隙控制方法,能有效消除摆头两个自由度的传动间隙,进而提高其运动精度.对差动双摆头的传动、消隙和结构等方面的特点进行了分析,为后续工程设计提供了理论基础.     

液压驱动滚动并联机构运动可行性与仿真分析

提出一种新型三自由度液压驱动滚动并联机构。各条支链采用液压缸驱动的反平行四边形机构,通过支链的伸缩比放大作用实现并联机构整体的大变形,并利用液压系统响应快速、输出力强的特点,保证并联机构的移动灵活性与大负载能力。描述该并联机构的组成、特定条件下的奇异位型以及1个翻滚步态周期的5种地面支撑状态与给定机构参数下液压杆伸缩的可行域。对并联机构在5种地面支撑状态的运动可行性与可行域以及基于ADAMSTM对翻滚过程的动力学仿真进行分析。研究结果表明:该机构实现了翻滚运动,同时得到了运动过程中液压缸的位移、伸缩速度与受力数据,可为实验样机设计与构型优化提供参考。     

基于响应面模型的滑移门动力学特性多目标优化

为了在满足开启轻便性的条件下提升滑移门的运动平顺性,提出了基于响应面模型的滑移门动力学特性多目标优化方法.基于刚柔耦合多体动力学方法建立某MPV车型的滑移门模型,对其运动平顺性及开启轻便性的评价指标进行分析,并通过滑移门台架试验验证了该仿真方法的可靠性.对滑移门运动机构进行参数化设计,结合拉丁超立方采样法进行试验设计,通过对滑移门动力学特性指标进行灵敏度分析,得到了结构参数对性能的影响规律.建立精度可靠的滑移门动力学特性二阶响应面模型,各项指标的复相关指数R2均高于0.9.采用NSGA-Ⅱ遗传算法对滑移门运动机构进行多目标优化,滑移门中导向轮载荷峰值与质心加速度峰值分别降低39%和24.4%,全开所需时间低于1.8 s,在满足开启轻便性要求的同时,显著提升了滑移门的运动平顺性.