滾切剪性能及其機構(gòu)綜合的研究.pdf

1、本論文在國家自然科學基金(51275067)的資助下，從某鋼鐵集團滾切式定尺剪（簡稱滾切剪）機組設(shè)備升級的工程實際出發(fā)，在對剪切過程力學特性和剪刃運動特性研究的基礎(chǔ)上，建立了基于最優(yōu)化瞬心線的滾切剪七桿機構(gòu)的連續(xù)運動綜合模型;提出使用相對鞍圓點和松弛系數(shù)法處理多剛體的浮動離散位置集，由此建立了平面七桿機構(gòu)運動綜合的相對鞍點規(guī)劃求解模型;以實際使用的滾切剪優(yōu)化設(shè)計問題為算例進行了驗證分析，結(jié)果表明滾切剪性能得到了較大提升，這為平面機構(gòu)尺度

2、綜合提供一種新的有效方法，為我國滾切剪設(shè)備的自主研發(fā)提供了一定的理論支持。
　　滾切剪設(shè)計最終是為了獲得高效、高質(zhì)量的剪切性能，因此本論文從金屬板材剪切過程的力學特性出發(fā)，首先分析了剪切變形各階段材料的變形和應(yīng)力特征，給出了剪切力的理論計算公式，完成了對鋼板剪切的變形、斷裂和分離過程的有限元模擬;設(shè)計并建立了剪切力加載、標定和測試的實驗系統(tǒng)，完成對鋼板剪切過程中的剪切力、剪切位移和相對滑移剪切特性的實驗測試。通過有限元仿真與實驗測

3、試相結(jié)合的方式研究了鋼板剪切變形過程、剪切力特性及其影響因素，為滾切剪的剪刃受力特性分析和剪切力計算提供了依據(jù)。
　　其次，在對滾切剪完整工藝動作分析的基礎(chǔ)上，給出了滾切剪的重疊量、開口度、剪切角等的機構(gòu)運動設(shè)計要求和上、下剪刃幾何參數(shù)的確定方法，并選擇七連桿式滾切剪機構(gòu)作為設(shè)計對象;在對上刀體運動特征分析的基礎(chǔ)上，提取剪刃相對滑移量、切深和剪切角三個參數(shù)作為最優(yōu)化剪切性能的控制量，推導出了滾切剪七桿機構(gòu)的連續(xù)運動方程，從理論上闡

4、明了純滾運動機構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)是獲得剛體運動的動、定瞬心線與相對運動接觸線的最佳對應(yīng)關(guān)系，由此建立了基于最優(yōu)化瞬心線的機構(gòu)連續(xù)運動綜合模型。
　　為了完成對機構(gòu)運動綜合模型的求解，同時綜合考慮解的存在性和算法的收斂性，避免計算結(jié)果陷入局部最優(yōu)解，將滾切剪機構(gòu)的尺度綜合問題轉(zhuǎn)化為剛體離散多位置的運動綜合問題進行建模和求解;綜合利用機構(gòu)拆分、坐標變換、機構(gòu)反轉(zhuǎn)等方法分別建立圓弧軌跡曲線約束與鞍圓點的對應(yīng)關(guān)系，以及二桿組軌跡曲線約束與相對鞍

5、圓點的對應(yīng)關(guān)系，將機構(gòu)的鉸鏈點和桿長搜索問題分類轉(zhuǎn)化為鞍圓點和相對鞍圓點規(guī)劃問題;根據(jù)滾切剪的雙曲柄和上刀體的運動特征給出多剛體的初始離散位置集，創(chuàng)新性的使用松弛系數(shù)法將之轉(zhuǎn)化為可浮動的離散位置集，最終建立了滾切剪機構(gòu)運動綜合的相對鞍點規(guī)劃求解模型。
　　最后，以雙軸雙曲柄七連桿式滾切剪的優(yōu)化設(shè)計問題為算例進行了驗證分析。結(jié)果表明，新設(shè)計方案的上剪刃廓線中點在剪切階段的水平位移變動量相比于原始方案降低了約80.1％，剪切過程中的上