【文章內(nèi)容簡介】 +δ α ； θ 5已知 。 利用三角函數(shù)可求得 A， β ， δ 。 對式 (9)經(jīng)整理得到θ 6和θ 7的函數(shù)解析式 : 20xx 屆機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 11 5555552257272655225755555522562726552256c o ss i na r c t a nc o s22c o s2a r c c o s,c o ss i na r c t a nc o s22c o s2???????????rRrRrRrrrrRrRrrRrRrRrrrrRrRr??????????????????? 圖 3 4 剪切擺動機構(gòu) OEFGHO簡圖 在 圖 3 4中的封閉環(huán) OEFGHO中，將∠ FED(即 ?)、∠ COH(即φ )、 θ 5設(shè)為已知的 常數(shù) ，再根據(jù)角度關(guān)系可以求出 : ??? ?? 78 ?????? ????? 79 ????? ???? 710 12122122 c os2 ?RrrRm ??? ?????? ??? nm )s in(a rc s in 7 ???? ???????? ???92102922a r c c os nr rrn? )c os (2 78282 ??? ????? mrrmn ?????? ?? mr )s in(a rc s in 512 ??? ??????? 109 sina rc sin rr ?? 基于田口設(shè)計 IHI 擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 12 上、下 剪刃位置 由 圖 3 4中 剪 切機構(gòu) OJKLMHO封閉環(huán)可以得出 : 11121 11121 ?? jjj erereR ??? 其中 : 101011512 a rc s i n, rTG????? ?????， R1和Ω 1分別表示為上剪切刃的位置通過極徑和幅角；假如將上剪刃位置用直角坐標表示，則為： 1111121211111111212111 s i ns i ns i n ,c osc osc os ?? ?? rrRY rrRX ???? ???? (10) 而 在圖 3 4中，對于 封閉 環(huán) 形 OJKLMHO可表示為 : 111312151413 12151413 ????? ? jjjjj QePeerererer j ????? (11) 在此 式中 :把 LM的 長度表示 為 Q，且為 常量 ； HM的 長度表示 為 P。 由于 r12， r13， r14是主動件桿長 ， θ 12， θ 13， θ 14已知 ， 故式 (11)中只有θ 15和 P是變量 。把 (11)式 的兩 邊同 時 乘以 一個 11je? ，并 且 令實部 和 虛部分別相等 ，再通過 化簡 可以得到： ? ?)c o s ()c o s ()c o s ()c o s (,)s i n ()s i n ()s i n (a r c s i n1112121115151114141113131511141411131311121215?????????????????????????????? ???????rrrrPQrrrrQ 若 將 MN的 長度表示 為 S， 則下剪刃位置為 11111514132 1514132 ????? jejjjj SeQjererereR ?????? 若 將 下剪 切 刃尖點 N的位置 用 直角坐標表示 ， 則 可以表示為： 11111515141413132221111151514141313222 c oss i ns i ns i ns i ns i n ,s i nc osc osc osc osc os ????? ????? QSrrrRY QSrrrRX ??????? ???????(12) 20xx 屆機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 13 圖 3 4剪切機構(gòu) OJKLMHO簡圖 若假定 3個主動件角位置 為 不同的值 ，那么就可以 計算 出在 一 個 系列 中 上、下剪刃位置點 ，于是就可以 得 到 上、下剪 切 刃運動 的 軌跡 。而 剪 切 刃的開口度為 ? 機構(gòu)速度分析 將 (8)式微分 ， 有 76 7766555 ??? ??? jjj jerjerer ?? (13) 把 (12)式 的兩 邊同 時 乘以 一個 6je? ， 并 根據(jù) 實部相等 可以得出 : )s i n ( )s i n ( 677 65557 ?? ???? ? ?? rr (14) 把 (12)式 的兩 邊同 時 乘以 一個 7je? ， 并 根 據(jù)實部相等 可以得出 : )s in ( )s in ( 766 75556 ?? ???? ??? rr (15) 由圖 3 3， 可得 : 101298 101298 ???? jjjj ererererR ???? 對上式 兩 邊同時求導(dǎo) ， 并據(jù)ω 12=ω 5， ω 7=ω 8， 有 101298 101012129988 ?? ???? ?? jj jerjerjerer jj ??? (16) 將 (15)式 的兩 邊同 時 乘以 一個 9je? ， 并 根 據(jù)實部相等 可以 可得 出 : 基于田口設(shè)計 IHI 擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 14 )s i n( )s i n()s i n( 10910 912512897810 ?? ??????? ? ???? r rr (17) 將 (16)式 的兩 邊同 時 乘以 一個 10je? ， 可 以 求得 出 : )s i n( )s i n()s i n( 9109 1087812105129 ?? ??????? ? ???? r rr (18) 剪 切 刃的速度 的 水平分量 即為 所要 求的量 ，根據(jù)這樣 來考慮 剪切機在 剪切時是否 會發(fā)生“ 拉鋼 ” 或“ 堆鋼 ” 的現(xiàn)象 。將 式 (10)中的 X1進行 求導(dǎo) ，可 得 : 111011125121111111212121 s i ns i ns i ns i n ???????? rrrrX ?????水平 (19) 4 IHI 擺式飛剪剪切機構(gòu)目標函數(shù)及約束函數(shù)的建立 為滿足工藝要求 ，那么 在飛剪 機 的結(jié)構(gòu)設(shè)計中 ， 應(yīng) 該 遵循 以下 設(shè)計 要求 [ 4] : ( 1) 為了 保證剪 切 刃 在 返回時不 會 阻礙軋件連續(xù)移動 ，故 上 、 下剪 切 刃的運動軌跡 一般情況下 均為一定形狀的封閉 環(huán)形 曲線 ； ( 2) 上下剪刃必須有一定的重疊量和開 口度 ； ( 3) 為 使 的 剪切斷面垂直 于 軋件軸線 ，故在 剪切 的 過程中 ，其 剪 切 刃最好 是做 垂直平面 的 運動 ； ( 4) 飛剪 機 必須按 照 一定的工作制度進行工作 ，并且能夠 保證剪切 規(guī) 定 的 尺 寸 長度 ； ( 5) 在剪切區(qū)域內(nèi) ， 剪 切 刃 的 水平速度 應(yīng) 略 大于 輸送輥道 時的 喂料速度 ； ( 6) 為 減少飛剪 機在運動中所承受的 負荷 ，以及 提高飛剪 機 的剪切能力 ，應(yīng) 盡 可能的 減少飛剪 機運動件的質(zhì)量 以及 加速度。 以上 為對 剪切機構(gòu)建立參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的 根據(jù) 。 剪刃水平分速度的優(yōu)化 將 輸送輥喂料速度用 V0 表示 ，將 剪刃水平速度 用 V 1 表示。在剪切區(qū)域內(nèi) ， 由于上 、 下剪 切刃在完成 一次 剪切動作的同時 ，由于 允許 出現(xiàn) 少量的 “ 拉鋼 ” 現(xiàn)象 ，而且 對軋制工藝 也是 有利 的，但不允許 出現(xiàn) 嚴重 的“ 拉鋼 ”現(xiàn)象，故剪切刃 必須同軋件一起以相等或稍大 軋件移動速度 的水平速度 繼續(xù) 移動 ，故 一般取 01 V 1) 1. ~1 ( V ? 。 出現(xiàn) 嚴重 的“ 拉鋼 ”現(xiàn)象不僅 會影響 到 軋件的剪切質(zhì)量 ，還會 增加飛剪 機 的沖擊負荷 ， 或者 還會 使 得 軋件在送料輥上 出現(xiàn) 打滑 從而導(dǎo)致 擦傷軋件表面。若01 vv ? ，那么 剪 切 刃 就可能會 阻止軋件運動 ，從而 產(chǎn)生堆鋼現(xiàn)象 ， 使 得 軋件 產(chǎn)生 彎曲 ， 甚至 使得 軋件頂在剪 切 刃上 進 而產(chǎn)生纏刀 等 事故。由此 可以看出， 剪 切 刃 的 水平速度的均勻化是 極 其重要的 ， 它 不但 影響 著 軋件的剪切質(zhì)量、表面光潔度等 ，還能夠 影響剪切機的使用壽命 ，因此， 分目標函數(shù) 應(yīng)該為 在剪切區(qū)域內(nèi)使剪 切 刃各位置的水平速度與軋件運動 的 速度之差累計 的 最小 值 。 20xx 屆機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 15 ???n1i 11 式中 v1表示為 剪切區(qū)域內(nèi)第 i個 點上剪 切 刃的實際水平速度 ，并且取 軋件的運 動 的最大 速度 為 剪切平面優(yōu)化 在剪 切 刃剪切軋件 的時候， 剪刃 應(yīng)垂直于 軋件 ， 這樣 就能使 剪切 出 平整 的 軋件斷面 ，并且能夠保證 剪切質(zhì)量 ， 同時 還能夠 保證剪 切 刃側(cè)向間隙 的 均勻 化，還能夠保證在 剪切過程耗能小 ， 延長飛剪 機的 壽命。 為保證在 剪切時剪 切 刃 垂直于 軋件 ， 可 以用 擺桿 11來實現(xiàn) ，故另一個 分目標函數(shù) 為在剪切區(qū)域內(nèi)擺桿 11的擺動角度與垂直方向的累計誤差 的 最小 值 。 ?? ?? nif 1 112 2?? 式中 11為 擺桿 ( r11) 的擺角 主要約束條件的建立 由于 優(yōu)化方案的搜尋空間 為將 約束條件組成設(shè)計變量的取值空間 ，故 對剪切本體的四桿機構(gòu)OCDEO以及 五桿機構(gòu) OEFGHO， 曲柄 的 存在條件 以及 傳動角 的 條件 來 考慮 [ 5~7] : ( 1) 四桿機構(gòu) OCDEO 曲柄存在條件 其中 最短桿 為 r5，由 曲柄 的 存在條件 可知 : r5 與其它任 意 一桿 之長； r5其它 任意 兩桿之和 ， 即 ： r5 r6 ， r5 r7， r5 R， r5 + R r6 + r7 ， r5+ r6 R + r7， r5+ r7 R + r6 ( 2) 四桿機構(gòu) OCDEO 傳動角條件 當 OC桿旋轉(zhuǎn)角θ 5=0176。 時， 即 為 C點 處于 OE連線 的 中間 位置，而 此時 的 傳動角 為 最小 ： ? ? 42 )(a rc c os m in76252726m in ??? ???????? ???? rr rRrrD 當 OC桿旋轉(zhuǎn)角θ 5=180176。 時 ， 即 為 C點 處于 OE連線的延長線上 ，而 此時 的 傳動角 為 最大 ： ? ? 432 )(a rc c os m a x76252726m a x ??? ???????? ???? rr rRrrD ( 3) 五桿機構(gòu)曲柄存在條件 在此機構(gòu)中，最短桿為 r12，為簡化分析，故將五桿機構(gòu)中的 OEFGHO拆 分成一個動態(tài)的 OEF和一個四桿機構(gòu) OHGFO，并根據(jù)曲柄的存在條件可以得出 :r12 R， r12 r8， r12 r9， r12 r10r12+ r10 r9+ OFmin， r12+ r9+ r10+ OFminr12+ OFmax r9+ r10其中 : OFmax= R + r8， OFmin= R r8 ( 4) 五桿機構(gòu)之四桿機構(gòu) OFGHO 傳動角條件 42 )(a r c c os 910 281229210m in ?? ??????? ????? rr rrRrrG 基于田口設(shè)計 IHI 擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 16 432 )(a rc c os 910 281229210m a x ?? ??????? ????? rr rrRrrG ( 5) 剪刃開口度約束 為 使得飛剪機能夠剪切最大厚度的鋼板，那么上、下剪切刃之間一定要有一定的的開口度，否則會發(fā)生因為板材不能正常通過剪刃刀口從而造成堆鋼或者纏刀等事故，故開口度應(yīng)予以約束，如圖 12所示， 下剪 切 刃為凹槽型 ，其 斜度為 1:50，而 最大開口 度 100baH m a xm a xm a x ???，其 中 : maxa 和maxb 分別 表示 為板材的最大厚度 和板材的最大 寬度 ，又根據(jù) 現(xiàn)場加工板材 的要求 可取 amax ? , 1550mmbmax ? 則有 m H m ax?? ,故其 開口度 的 約束條件 應(yīng) 為 : 2 1 .8 5 s)rr(rrr 1314151211 ??? 圖 4 1 上下剪刃圖 ( 6)∠ COH = 216。，∠ DEF=φ 取值允許在π范圍內(nèi)變化 ， 即 :π 216?！?0， π φ≥ 0 總體優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型 在進行運動分析過程中，所 用的參數(shù)共 17 個，它 們 分 別為 : r r r r r rr1 r1 r1 r1 r1 R 、 φ、 ? 、 T G 、