重載鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動動力學(xué)建模與均載控制.pdf

1、重載鍛造操作機(jī)是一種與自由鍛壓機(jī)聯(lián)合實現(xiàn)鍛件鍛造的大型生產(chǎn)設(shè)備。重載鍛造操作機(jī)在夾持重達(dá)上百噸，直徑有4m鍛件的情況下，所需的驅(qū)動力矩也達(dá)到上百噸米，單個驅(qū)動系統(tǒng)很難達(dá)到快速啟停定位的要求，所以必須采用并聯(lián)驅(qū)動方式才能解決。然而，并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)特性的差異、間隙和摩擦等因素引起驅(qū)動作用力的不均衡，造成驅(qū)動機(jī)構(gòu)偏載、力流畸變等不確定力學(xué)行為，降低了驅(qū)動機(jī)構(gòu)的使用壽命甚至功能失效。因此，必須對鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動均載性進(jìn)行研究。

2、>　　由于鍛造操作機(jī)是與自由鍛壓機(jī)配合實現(xiàn)自動鍛造操作，鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)必須進(jìn)行頻繁快速啟停的非連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的齒輪傳動是在一種矩形類脈沖間歇驅(qū)動方式下進(jìn)行，而齒輪間隙會引起齒輪傳動的沖擊現(xiàn)象更加明顯，并且系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)的變化比如齒輪傳動的作用力變化是無法直接測量得到，所以需要一種有效求解齒輪接觸/沖擊動力學(xué)方程的計算方法對齒輪傳動在間歇沖擊驅(qū)動下的動力學(xué)行為進(jìn)行研究。另外，重載鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量大、液壓系統(tǒng)元件的

3、強(qiáng)非線性、齒輪的間隙和摩擦等非線性和不確定性，對鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動在時變重載工況下的均載性和快速啟停定位造成不同程度的影響，所以必須對鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動進(jìn)行均載分析與均載控制研究。
　　本文針對上述問題進(jìn)行了以下主要研究工作:
　　針對鍛造操作機(jī)在頻繁啟停、間歇驅(qū)動下非連續(xù)運(yùn)動的齒輪接觸/沖擊問題，提出了基于Newmark積分的動量迭代運(yùn)算方法。該方法將力的二階運(yùn)動方程變?yōu)閯恿康囊浑A運(yùn)動方程，便于求解計算，同

4、時消除了系統(tǒng)頻繁啟停造成的非連續(xù)運(yùn)動影響。通過與齒輪非連續(xù)運(yùn)動的三維有限元動力學(xué)仿真和實驗結(jié)果比較，驗證了該方法的合理性且保證了計算精度和效率。
　　為了研究重載鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動中齒輪傳動的作用力，建立了一種包含轉(zhuǎn)動慣量、間隙和重合度的齒輪傳動接觸/沖擊作用力模型。然后，利用閥值函數(shù)將其化簡為可參數(shù)估計的模型結(jié)構(gòu)，采用最小二乘迭代估計法對模型參數(shù)進(jìn)行估計，并通過齒輪傳動實驗驗證了模型的合理性。
　　針對鍛造操作機(jī)夾

5、持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動的一些非線性因素，建立了夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動的全局動力學(xué)模型，并通過實驗驗證了模型的合理性。針對系統(tǒng)動態(tài)特性差異的主要因素，如油壓差異、閥芯行程差異、馬達(dá)排量差異以及齒輪的剛度系數(shù)和間隙的差異等進(jìn)行了均載分析研究，分析結(jié)果顯示系統(tǒng)的動態(tài)特性差異對并聯(lián)驅(qū)動均載性造成不同程度的影響。
　　根據(jù)建立的夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動模型，構(gòu)建基于系統(tǒng)模型的近似內(nèi)?？刂破骱团ぞ卣`差補(bǔ)償反饋控制方法進(jìn)行并聯(lián)驅(qū)動的均載控制研究，并針對系統(tǒng)動態(tài)特性差