【正文】 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。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。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 ? 。 以上 為對 剪切機構(gòu)建立參數(shù)優(yōu)化數(shù)學模型的 根據(jù) 。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 ， 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 。 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 。 利用三角函數(shù)可求得 A， β ， δ 。 為了 分析 簡單的需要，將 飛剪本體分解成 3個封閉環(huán) :OJKLMHO、 OEFGHO和 OEDCO，并 對每 一 個封閉環(huán)建立復數(shù)方程 ，這樣就可以求出每個 構(gòu)件結(jié)點 處 的位置、速度 以及 加速度 。 對上式 兩 邊同 時 乘以 一個 3je? ， 考慮到 r1=r4， θ 4θ 3=θ 2θ 1， 經(jīng)整理 后，再 分別令實部與虛部相等 可求得參數(shù) dr ω 4: )s i n ( 12443 ??? ??? rdr (7) 1233424 21134 )c os ( )c os ( ??? ??? rrrr rr ???? （ 9） 飛剪本體分析 飛剪 機 本體是一個 由 具有 3個自由度的 “十” 桿機構(gòu) 組成的，所以相對的比較復雜，由下 圖 3 3所示 。因此，該公式 可表示為 : 221 22211 ??? ?? jjj jeredrjer ?? (4) 其中 ， ω 1已知 。下面是通過 用復數(shù) 來 描述每一 個 桿件 ， 其中 把 δ i表示為 復數(shù)的幅角 ，把 桿長 γ i表示為 復數(shù)的模 ，而在△ OAO1中，應該 滿足以 下關(guān)系 : 21 21 ?? jj ereer ?? （ 2） 20xx 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 9 圖 3 2 同步機構(gòu)示意圖 此式中 :e表示為 同 步 機構(gòu)的偏心距 。于是通過復數(shù)函數(shù)的方法對整個機構(gòu)的桿件的位置以及角度進行建模，從而得出各桿件與角度之間的關(guān)系式，進而為設計的下一步的繼續(xù)進行提供條件和依據(jù)。以下為通過 矢量 方程 法 (或稱復 數(shù) 方程 法 )來 求解擺動機構(gòu)、雙導桿機構(gòu)的運動方程 [ 14]。要能夠 得到不同空切數(shù) ，那么直接將它們的 角速度 按照 不同比例 的進行 組合 就行了。 圖 3 1剪切擺動機構(gòu)示意圖 此 機構(gòu) 具 有 3個原動件 ，而且也都是 勻速轉(zhuǎn)動的 :一個 是雙導桿機構(gòu)的輸入曲柄 ， 剪切機本體的 HOC桿與它的輸出桿 OB通過軸直接相 互 連 。 圖 2 3 同步機構(gòu)示意圖 基于田口設計 IHI 擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 8 3 IHI 剪切機構(gòu)運動學模型 IHI擺式飛剪機構(gòu)是 14桿機構(gòu) ， 具有 3個自由度的 [4 5]。 由于與空心軸相連的滑塊 A和與實心軸相連的滑塊 B裝于一個 滑槽中 ，且 兩軸旋轉(zhuǎn) 周期 相等 ，故 空心軸曲柄 O1A和實心軸曲柄 O1B在 一周 內(nèi) ，二者 的平均角速度相 同。 在圖 6中 ，因 O1A和 O1B的半徑 都是 R， 且 二者的 回轉(zhuǎn)軸心 都是 O1， 當 O1O1與 OO重合時 ，即無偏心距，且 調(diào)整前的基本剪切長度 為 剪切長度 ，則 兩軸 OO與 O1O1的運動 都為勻速轉(zhuǎn)動。其中，軸Ⅴ驅(qū)動活套在主軸 8上的內(nèi)偏心套 5，軸Ⅶ驅(qū)動活套在主軸 8上的外偏心套 4；軸Ⅶ左端是通過油缸 28來控制牙嵌式離合器 26與微調(diào)電動機 27的相互連接，當 27在主電機中不能準確地停在換檔位時，才對其進行微調(diào)對位。此時的剪出板材長度就是基本定尺長度 L0，并且可以通過速度比 i的變換來實現(xiàn)倍尺剪切，也就是說定尺長度 L=KL0(此處 K為倍尺系數(shù) )。 圖 2 2 剪切機構(gòu)及傳動系統(tǒng)示意圖 、下刀架 、內(nèi)偏心套 Ⅱ N 軸器 Ⅱ 速 (同步 )機構(gòu) A、 B、 C、 E、 F、 20xx 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 7 空切機構(gòu) 當剪切機構(gòu)的上刀架和下刀架在作上下往復運動時，上刀架 1也會帶動下刀架 2進行擺動。而上、下刀架的往復擺動是通過主軸 8轉(zhuǎn)動得以實現(xiàn)。而這部分驅(qū)動齒輪全部設置在空切傳動箱 25中，為倍尺剪切創(chuàng)造了條件。 只有當上刀架偏心套 9的偏心距 e1在轉(zhuǎn) 至 最低位置 ，并 且內(nèi)、外偏心套的偏心同時 也 轉(zhuǎn) 至 最高位置 時，也就是說要使得 上、下刀刃相互重合完成剪切 ，就要使得 3個偏心同時處于 同一 個垂直的 平面上 。因為剪切區(qū)小，剪刀行程小，上下剪刀間的剪切角亦可小些。 其 剪切過程：上 、 下刀咬入→剪切→分離， 這樣基于田口設計 IHI 擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 6 形成一個剪切區(qū)。均速偏心軸 7與主偏心軸 6 由同一電動機帶動?？涨幸簤焊?5上的齒條與空切偏心軸 3上的齒 輪相嚙合。這樣，當擺架 9擺動時，使上刀 架 1與下刀架 2不相遇而實現(xiàn)空切。由于擺架 9的擺動，使上下刀片相遇而實現(xiàn)剪切 ，故 上刀架 1固定 于 擺架 9上。如圖 2 1為 擺式飛剪本體結(jié)構(gòu)簡圖。 2 IHI 擺式飛剪工作原 理 擺式飛剪的結(jié)構(gòu) 擺式飛剪由主電動機、飛剪本體、矯直機本體 、 矯直機分配箱 、 無級變速箱 、 傳動箱等幾個主要部分組成。使其動力學性能更加優(yōu)越。因此，第三代飛剪機構(gòu)相對與第二代就更加簡化了，傳動鏈也更為簡潔。從根本上講，第二、三代飛剪機是同屬于一個技術(shù)等級的飛剪機，它們所使用的電氣及控制技術(shù)原理都是相似的；可是第三代飛剪機的機20xx 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 5 械機構(gòu)設計則明顯比第二代飛剪機要好得多。但是，在第三代飛剪機中又已經(jīng)引進了。由于飛剪機的上下刀座均用高強度低質(zhì)量密度的材料制造，使得飛剪 的動力學性能更好、機構(gòu)便于自動控制。根據(jù)計算機發(fā)出的指令和檢測信號，直接通過伺服電機來驅(qū)動飛剪機主軸，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)剪切帶鋼時，實現(xiàn)速度同步的要求；飛剪機的主軸在兩次剪切的間隔時間內(nèi)是做變速運動的。該機構(gòu)完全取消了以往飛剪機的倍尺機構(gòu)和勻速機構(gòu)；并利用了先進的電氣控制技術(shù)，簡單明快地滿足了生產(chǎn)工藝對 于飛剪機的要求。隨著控制技術(shù)、大型伺服電機制造以及交流變頻技術(shù)等電機技術(shù)的發(fā)展，為那些對生產(chǎn)工藝要求復雜的飛剪機的技術(shù)的進步起到了推動作用。在引進后的幾年間的時間里，飛剪機的上、下刀座都不斷出現(xiàn)過開焊、上刀梁斷裂等事故 [2]。而其中的液壓偏心機構(gòu) 7與機械偏心機構(gòu) 8又是聯(lián)合使用，故可以通過他們來整倍數(shù)的改變剪切帶鋼的長度。由于此機構(gòu)不是無級調(diào) 整，往往在此調(diào)整之后，要經(jīng)過無級變速箱等手段，再一次進行微調(diào)帶鋼的送料速度。為了改變 O1與 O2的相對位置，即改變 R的目的，就是改變 R值來改變定尺寸長度，又由于嚙合齒輪 a、 b 處于分離的，齒輪對 b的左片徑向齒輪 (內(nèi)有大齒圈 )與齒輪對 a的右片徑向齒輪是背靠一起在 O3處相鉸接觸，進而通過液壓馬達 5經(jīng)過一對內(nèi)外齒嚙合的齒輪使其繞 O3旋轉(zhuǎn)。主電機 1經(jīng)軸 O1，通過徑向嚙合齒輪對 a，再經(jīng)軸 O2帶動上刀座運動。而圖 1 3 中的結(jié)構(gòu)簡圖就正好說明了這種機構(gòu)的復雜性。 施羅曼飛剪又稱雙曲柄搖桿式飛剪機，它是我國引進的第一代飛剪機，由圖 1 2a 所示。飛剪機結(jié)構(gòu)復雜的原因還因為空切機構(gòu)的形成是通過對其下刀座曲柄的長度的組合進行調(diào)整來得以完成的。因此，在改變主軸轉(zhuǎn)速 n的時候，勢必會出現(xiàn)刀刃的水平速度與帶鋼的運動速度的不能夠發(fā)生同步的情況；又因為倍尺剪切 (又稱空切 )是通過其倍尺機構(gòu)來完成的。帶鋼的運動方向為箭頭所指向的方向。飛剪機的種類包括有板帶鋼精軋生產(chǎn)線的飛剪機、滾筒式飛剪機、板坯飛剪機、型鋼飛剪機、切頭飛剪機、碎邊飛剪機等六大類。因此，必須具備以下三個必要條件： 能 夠滿足用戶規(guī)定的尺寸要求； 在剪切時其刀刃的水平速度要與軋件速度相同； 為了能夠提高生產(chǎn)率，剪切的速度還要能夠與生產(chǎn)線上的其它設備相互匹配。 飛剪機 的發(fā)展 飛剪機在冶金工業(yè)的生產(chǎn)設備占有重要地位。 而本次設計的目的就是通過田口設計方法在機構(gòu)保持不變的情況之下，通過上下剪切速度的反映情況來對整個機構(gòu)進行優(yōu)化設計，找出最大速度最小速度的超前與滯后。 該方法需要設計人員具有一定的桿件設計基礎，同時需要花費較多時間， 還很復雜，并 且得到的結(jié)果精度有限 ，而且 以復變函數(shù)的方法推導出機構(gòu)的幾何位置 以及 初始的剪切速度， 也不能 得到 其在 剪切過程中上、下剪刃的運動特性曲線 以及 軌跡 曲線 ［ 3］ 。 ３） 在上、下剪刃剪切過程中，刀刃應盡可能與軋件垂直，以保證軋件的剪切質(zhì)量 。 在擺式飛剪的設計中，必須滿足以下幾個基本要求： １）剪 切 刃 不僅能夠同時 完成移動 和 剪切兩個動作 外 ， 而且為了 避免出現(xiàn)“堆鋼”和“拉鋼” 情況，故 軋件運動 的 方向上 其 瞬時速度 必須與 軋件 的移動 速度 的比值應 相等或 者 大 于 ２％ 至 ３％ 左右 ，［２］ 。 從結(jié)構(gòu)上 看， 擺式飛剪 機 可以分為 兩種：一種是 IHI擺式飛剪 又稱 上擺式 ，基于田口設計 IHI 擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 2 另一種是 哈爾登擺式飛剪 ，又稱 下擺式 ， 可簡化為桿件機構(gòu) 。根據(jù)速度偏差最小值找出最優(yōu)的一組桿長，再通過 ADAMS軟件模擬分析，確定速度的超前與滯后，從而得到對 IHI擺式飛剪機的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化的目的。 通過對每一組桿長對應的速度，取其平均值。通過對飛剪機在剪切時上下剪切刃的運動軌跡，推導出五組變化的桿長以及與之相對應的擺角，通過 minitab軟件建立在不同桿長下的直 交樣本空間表，并借組 matlab 軟件計算在以上桿長下所對應的擺角值，隨后通過所得到的值以及建立的桿長與擺角的關(guān)系函數(shù)，建立目標函數(shù)，并導入至 ADAMS軟件進行動態(tài)模擬。 畢業(yè)設計（論文） 論文題目 基于田口設計 IHI擺式飛剪機結(jié)構(gòu)優(yōu)化 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年 級 20xx級機械二班 學生學號 學生姓名 指導老師