基于ADAMS的?335鋼管端面倒棱機(jī)自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于ADAMS的φ335鋼管端面倒棱機(jī)自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄭帥1,2，柴曉艷1,2，劉錫軍1,2，元磊1,2

(1．天津理工大學(xué) 天津市先進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300384； 2.天津理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300384)

摘要：自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)是鋼管倒棱機(jī)中重要組成部分，運(yùn)用ADAMS軟件建立了自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型，進(jìn)行仿真分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后降低了輸送機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力，使升降過程最大升降力降低了62.9%，平均升降力降低了59.4%，使推進(jìn)過程最大推進(jìn)力降低了74.8%,平均推進(jìn)力降低了72.7%。

關(guān)鍵詞：輸送機(jī)構(gòu)；鋼管倒棱機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；仿真分析

中圖分類號(hào)：TG502文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2015-04-27；修訂日期：2015-06-19

基金項(xiàng)目：2014年天津市中小型創(chuàng)新

作者簡(jiǎn)介：鄭帥(1990-)，男，天津理工大學(xué)碩士研究生。

ADAMS-based optimal design for automatic conveying mechanism ofφ335 steel pipe end chamfering machine

ZHENG Shuai1,2, CHAI Xiao-yan1,2, LIU Xi-jun1,2, YUAN Lei1,2

(1.Tianjin Key Laboratory of the Design and Intelligent Control of the Advanced Mechatronical System,

Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China;

2. School of Mechanical Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384,China)

Abstract：Automatic conveying mechanism is an important part of steel pipe end chamfering machine. ADAMS software is applied to establish the model of virtual prototype of automatic conveying mechanism. Then the simulation analysis and optimal design have been completed. The driving force of conveying mechanism is reduced through the optimization. The maximum lifting force of lifting process is reduced by 62.9%, and the average lifting force is decreased by 59.4%. The maximum propulsive force of progradation is reduced by 74.8%, and the average propulsive force is decreased by 72.7%.

Keywords：conveying mechanism; pipe chamfering machine; optimal design; simulation analysis

0前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼管的產(chǎn)量與日俱增，2014年我國(guó)鋼管產(chǎn)量達(dá)到了8898.01萬噸，鋼管端面倒棱機(jī)是對(duì)鋼管兩端進(jìn)行平頭、倒棱、去毛刺的機(jī)構(gòu)，可提高鋼管的附加值，擴(kuò)展鋼管更廣泛的用途，鋼管自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)是鋼管端面倒棱機(jī)的重要組成部分[1]。本文對(duì)鋼管自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)在ADAMS中進(jìn)行了參數(shù)化建模，對(duì)輸送機(jī)構(gòu)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力采取兩種優(yōu)化方案，通過比較兩種優(yōu)化方案的結(jié)果，可以為改進(jìn)輸送機(jī)構(gòu)提供最優(yōu)的方案[2]，實(shí)現(xiàn)最大程度降低液壓缸能耗的目的，得到優(yōu)化的鋼管自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)。

1自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)的工作過程

自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)如圖1所示，鋼管端面倒棱機(jī)由自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)、銑頭加工機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)三部分組成。由于擺桿1、3長(zhǎng)度相等且平行布置，故桿1、2、3和機(jī)架AD組成平行四邊形機(jī)構(gòu)，當(dāng)活塞桿5伸縮時(shí)，帶動(dòng)擺桿1、3擺動(dòng)，1、3桿擺動(dòng)時(shí)帶動(dòng)連桿2水平升降，桿1、2、3、5、9和機(jī)架組成了升降機(jī)構(gòu)。連桿2分為前后對(duì)稱的兩個(gè)桿件，在這兩個(gè)桿件之間有滾子(圖中未畫出)分布于B、C兩端，滑移塊4被滾子支撐，滑移塊4上有V型塊，滑移塊4隨桿2水平升降，當(dāng)活塞桿8伸縮時(shí)，帶動(dòng)擺桿7擺動(dòng)，擺桿7通過連桿6帶動(dòng)滑移塊4水平移動(dòng)，由于滑移塊4是支撐在滾子上，所以滑移塊4水平移動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。桿6、7、8、10、滑移塊4和機(jī)架組成推進(jìn)機(jī)構(gòu)。

1.擺桿 2.連桿 3.擺桿 4.滑移塊 5.活塞桿 6.連桿 7.擺桿 8.活塞桿 9.液壓缸 10.液壓缸 11.鋼管 圖1　φ335自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig.1　Diagram of φ335 automatic conveying mechanism

機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程包括4個(gè)行程，第一行程：活塞桿5驅(qū)動(dòng)桿1，帶動(dòng)升降機(jī)構(gòu)上升，上升至接觸鋼管后，繼續(xù)上升至桿1、3到達(dá)垂直位置，然后活塞桿5停止驅(qū)動(dòng)，則第一行程結(jié)束。第二行程：液壓缸10驅(qū)動(dòng)桿7，帶動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)向右水平移動(dòng)，移動(dòng)1 300 mm后，液壓缸10停止驅(qū)動(dòng)，則第二行程結(jié)束[3]。第三行程：活塞桿5開始收縮，帶動(dòng)滑移塊4和鋼管11開始水平下降，下降到鋼管接觸夾緊裝置的V型槽時(shí)(圖中未畫V型槽)，鋼管被V型槽拖住，然后銑頭加工機(jī)構(gòu)開始對(duì)鋼管兩端進(jìn)行平頭、倒棱等工作，同時(shí)滑移塊4上的V型塊與鋼管11脫離，繼續(xù)下降到桿1、3回到初始位置，完成第三行程運(yùn)動(dòng)。最后推進(jìn)機(jī)構(gòu)反向(向左)水平移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)距離，完成最后一個(gè)行程運(yùn)動(dòng)，等待下一周期的輸送運(yùn)動(dòng)。

2升降機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1優(yōu)化目標(biāo)

建立升降機(jī)構(gòu)模型，如圖2所示。由于要使得當(dāng)桿1、3到達(dá)垂直位置時(shí)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，為此要建立對(duì)桿1角度的測(cè)量，使用ADAMS的傳感器監(jiān)測(cè)該角度，使得當(dāng)桿1與水平方向夾角為90°時(shí)，機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，并建立對(duì)活塞桿5的推進(jìn)力測(cè)量，得到活塞桿5在升降運(yùn)動(dòng)中推進(jìn)力隨時(shí)間變化的曲線，如圖3所示。圖3中出現(xiàn)峰值的時(shí)刻為滑移塊4上的V型塊剛接觸鋼管的那一刻，鋼管產(chǎn)生了一個(gè)瞬時(shí)加速度，根據(jù)牛頓第二定律，活塞桿5所出推進(jìn)力瞬時(shí)達(dá)到最大值，該最大值為48 677.851 8 N[4]。活塞桿5在運(yùn)動(dòng)過程中保持勻速運(yùn)動(dòng)，通過圖3可以看出其推進(jìn)力在升降過程中是變化的。升降機(jī)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)是液壓缸9的最大推進(jìn)力，優(yōu)化目的是該最大推進(jìn)力為最小，通過優(yōu)化原動(dòng)件液壓缸的安裝位置以及升降機(jī)構(gòu)相關(guān)鉸鏈點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)活塞桿5中最大推進(jìn)力為最小，從而實(shí)現(xiàn)降低液壓缸能耗的目的。

圖2　升降機(jī)構(gòu)模型 Fig.2　Lifting mechanism model

圖3　活塞桿5的推進(jìn)力變化曲線 Fig.3　Curve of propulsion force from piston rod 5

2.2參數(shù)化建模

根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)升降機(jī)構(gòu)相關(guān)鉸鏈點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化，參數(shù)化后得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量，參數(shù)化的鉸鏈點(diǎn)如圖4所示[5]。

對(duì)F點(diǎn)的y坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化，F(xiàn)點(diǎn)y坐標(biāo)的變化可以改變桿5的傾斜角度，故不需要對(duì)F點(diǎn)的x坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)鉸鏈點(diǎn)E、F發(fā)生變化時(shí)，桿5與水平方向的夾角α在變化，由圖4可知：

圖4　升降機(jī)構(gòu)參數(shù)關(guān)系幾何圖形 Fig.4　Geometric figure for parameters relationship of lifting mechanism

E點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化后得到設(shè)計(jì)變量Ex、Ey，設(shè)計(jì)變量Ex的變化會(huì)帶動(dòng)Ey的變化，其結(jié)果是E點(diǎn)始終保持在桿1上[6]。桿1與水平方向的夾角設(shè)為β，其相互關(guān)系如圖4所示。

Ey=tanβ*Ex

D點(diǎn)是為了改變桿長(zhǎng)而設(shè)置的參數(shù)化點(diǎn)，對(duì)D點(diǎn)的x坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化。

B點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化后得到設(shè)計(jì)變量Bx、By，設(shè)計(jì)變量By的變化會(huì)帶動(dòng)Bx和β的變化。機(jī)構(gòu)的行程是一定的，即圖中的L1值，由夾緊機(jī)構(gòu)來確定該行程，當(dāng)管徑給定時(shí)，該行程是確定的。設(shè)桿1長(zhǎng)度為L(zhǎng),由圖4可得：

L-L1=By

By/sinβ-L1=By

由圖也可確定Bx值，即

Bx=By/tanβ

C點(diǎn)是為了改變桿長(zhǎng)而設(shè)置的參數(shù)化點(diǎn)，對(duì)C點(diǎn)的x、y坐標(biāo)分別進(jìn)行參數(shù)化，由于桿1和桿3始終保持平行，所以該機(jī)構(gòu)B點(diǎn)和C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)變量應(yīng)該保持同步變化，由圖4可得

Cx=Dx+Cy/tanβ

Cy=By

由此完成了升降機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模。

2.3優(yōu)化設(shè)計(jì)

在參數(shù)化建模中，建立了設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)變量包括因變量和自變量，因變量用自變量的表達(dá)式來表達(dá)，優(yōu)化前需要對(duì)每個(gè)自變量進(jìn)行敏感度分析，通過自變量初始值處的敏感度大小來確定需要優(yōu)化的自變量。

2.3.1確定優(yōu)化參數(shù)

由以上分析可知，設(shè)計(jì)變量Fy、Ex、Dx、By是自變量，對(duì)4個(gè)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行敏感度分析，測(cè)得設(shè)計(jì)變量在初始值處的敏感度，結(jié)果見表1。

表1　設(shè)計(jì)變量敏感度

由表1可知，敏感度較大的自變量是Fy、Ex、By，這三個(gè)自變量對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響較大，Dx的敏感度較小，在設(shè)計(jì)研究報(bào)告中，Dx的值增加10%，即機(jī)構(gòu)在x方向桿長(zhǎng)增加10%，活塞桿5的最大力變化僅為1.97%，這說明Dx對(duì)機(jī)構(gòu)的影響較小，故舍去Dx，優(yōu)化參數(shù)只有Fy、Ex、By[7]。其中By是與機(jī)構(gòu)整體尺寸有關(guān)的參數(shù) ，因此采取兩種優(yōu)化方案：第一種，對(duì)機(jī)構(gòu)整體尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)設(shè)計(jì)變量Fy、Ex、By進(jìn)行優(yōu)化；第二種，不對(duì)機(jī)構(gòu)整體尺寸進(jìn)行優(yōu)化，只對(duì)機(jī)構(gòu)局部尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)設(shè)計(jì)變量Fy、Ex進(jìn)行優(yōu)化。

2.3.2確定優(yōu)化參數(shù)取值范圍

根據(jù)圖1和圖4分析，F(xiàn)y應(yīng)該在縱坐標(biāo)Ky(該標(biāo)注點(diǎn)見圖9)與By之間變化，故Fy的取值范圍為(-856，By)。Ex應(yīng)該在桿1上變化，但Ex不能過小，否則活塞桿5推不動(dòng)桿1，故Ex的取值范圍為(150，Bx)。By是該機(jī)構(gòu)在y方向上的桿長(zhǎng)增量，這個(gè)增量值不能太大，否則就會(huì)使整個(gè)機(jī)構(gòu)包括與之配套的設(shè)備整體增大，因此設(shè)定在±10%之內(nèi)變化。

2.3.3優(yōu)化計(jì)算和分析

兩種優(yōu)化方案的操作步驟相同，在完成參數(shù)化分析的準(zhǔn)備工作以后，便可以進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

(1)按照第一種優(yōu)化方案，對(duì)機(jī)構(gòu)整體尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)Fy、Ex、By進(jìn)行優(yōu)化后，得到升降機(jī)構(gòu)活塞桿5在迭代過程中的最大推進(jìn)力變化曲線。

從設(shè)計(jì)研究報(bào)告可以看出，優(yōu)化后各個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值以及對(duì)應(yīng)的最大推進(jìn)力，結(jié)果見表2。

表2　升降機(jī)構(gòu)第一種優(yōu)化結(jié)果

從表2可以看出，優(yōu)化后Fy、Ex和By都發(fā)生了變化，By增加了10%。通過優(yōu)化最大推進(jìn)力降低了69.9%，平均推進(jìn)力降低了49.2%。優(yōu)化后總能耗為

W=Fvt=7273.4276J

式中，F(xiàn)為推進(jìn)過程中的平均力，F(xiàn)=9 512.473 7 N；v為推進(jìn)速度，v=0.2 m/s；t為推進(jìn)時(shí)間，t=3.8231s[8]。

(2)按照第二種優(yōu)化方案，對(duì)機(jī)構(gòu)局部尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)Fy、Ex進(jìn)行優(yōu)化后，得到升降機(jī)構(gòu)活塞桿5在迭代過程中的最大推進(jìn)力變化曲線。

從設(shè)計(jì)研究報(bào)告可以看出，優(yōu)化后各個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值以及對(duì)應(yīng)的最大推進(jìn)力，結(jié)果見表3。

表3　升降機(jī)構(gòu)第二種優(yōu)化結(jié)果

從表3可以看出，優(yōu)化后Fy、Ex都發(fā)生了變化，通過優(yōu)化最大推進(jìn)力降低了62.9%，平均推進(jìn)力降低了59.4%。優(yōu)化后總能耗為

W=Fvt=5932.7961J

其中，F(xiàn)=7598.745 N；v=0.2 m/s；t=3.9038 s。

兩種優(yōu)化方案的比較見表4。

從表4可以看出，雖然第一種優(yōu)化方案的最大力比第二種小，但是第一種優(yōu)化方案的能耗比第二種高1 340.631 5 J，第二種優(yōu)化方案更節(jié)能，故采用第二種優(yōu)化方案，即對(duì)升降機(jī)構(gòu)采用局部尺寸優(yōu)化方案。

表4　升降機(jī)構(gòu)的兩種優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

3推進(jìn)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1優(yōu)化目標(biāo)

建立推進(jìn)機(jī)構(gòu)模型，如圖5所示。建立對(duì)活塞桿8推進(jìn)力的測(cè)量，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，得到活塞桿8推進(jìn)力在推進(jìn)運(yùn)動(dòng)中的變化曲線，如圖8所示。曲線在起始階段出現(xiàn)最大力是因?yàn)榇藭r(shí)推進(jìn)機(jī)構(gòu)剛開始拉動(dòng)鋼管，鋼管需要產(chǎn)生一個(gè)突變加速度，根據(jù)牛頓第二定律，故活塞桿8的出力在此時(shí)產(chǎn)生突變導(dǎo)致出現(xiàn)最大力，最大力為14 657.025 8 N?；钊麠U8在推進(jìn)過程中保持勻速運(yùn)動(dòng)，從圖6可以看出，活塞桿8在運(yùn)動(dòng)過程中的驅(qū)動(dòng)力是變化的。對(duì)于活塞桿8，其出力大小與其安裝位置及桿6、7、8的相對(duì)位置關(guān)系和桿6、7的長(zhǎng)度有關(guān)。活塞桿8的安裝位置由鉸鏈J、K決定，推進(jìn)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化目標(biāo)是液壓缸10的最大推進(jìn)力，優(yōu)化目的是要使得該最大推進(jìn)力為最小，通過優(yōu)化原動(dòng)件液壓缸的安裝位置以及推進(jìn)機(jī)構(gòu)相關(guān)鉸鏈點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)活塞桿8中最大推進(jìn)力為最小，從而實(shí)現(xiàn)降低液壓缸能耗的目的

圖5　推進(jìn)機(jī)構(gòu)模型 Fig.5　Propulsion mechanism model

圖6　活塞桿8推進(jìn)力的變化曲線 Fig.6　Curve of propulsion force from piston rod 8

3.2參數(shù)化建模

根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)，我們對(duì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)相關(guān)鉸鏈點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化，參數(shù)化后得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)變量，參數(shù)化的鉸鏈點(diǎn)如圖7所示。在圖7中，由于要使推進(jìn)機(jī)構(gòu)前進(jìn)一個(gè)步進(jìn)距離L2后機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，為此要建立對(duì)滑移塊4的位移測(cè)量，使用傳感器監(jiān)測(cè)該位移到達(dá)一個(gè)步進(jìn)距離時(shí)，機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，即用傳感器監(jiān)測(cè)滑移塊4中的G點(diǎn)前進(jìn)一個(gè)步進(jìn)距離L2到達(dá)G’點(diǎn)時(shí)，讓機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)[9]。

圖7　推進(jìn)機(jī)構(gòu)參數(shù)關(guān)系幾何圖形 Fig.7　Geometric figure for parameters relationship of propulsion mechanism

K點(diǎn)的y坐標(biāo)Ky進(jìn)行參數(shù)化，Ky的變化結(jié)果是使活塞桿的傾斜角度改變，故K點(diǎn)的x坐標(biāo)不需要優(yōu)化，在x方向上找一個(gè)合適的安裝點(diǎn)即可。

J點(diǎn)的x、y坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化后得到設(shè)計(jì)變量Jx、Jy，設(shè)計(jì)變量Jx的變化會(huì)帶動(dòng)Jy的變化，變化的結(jié)果是J點(diǎn)始終在桿7上。

H點(diǎn)是為了改變桿長(zhǎng)而設(shè)置的參數(shù)化點(diǎn)，對(duì)H點(diǎn)的x、y坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化，Hx、Hy可以同時(shí)改變桿6、7在x方向和y方向的長(zhǎng)度，Hx、Hy變化時(shí)，H點(diǎn)始終保持在桿7上，由圖7可得

即

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.3.1確定優(yōu)化參數(shù)

由以上分析可知，我們確定自變量為Ky、Jx、Hx、Hy，對(duì)每個(gè)自變量進(jìn)行敏感度分析，測(cè)得設(shè)計(jì)變量在初始值處的敏感度，結(jié)果見表5。

表5　設(shè)計(jì)變量的敏感度

從表5可以看出，設(shè)計(jì)變量Ky、Jx、Hx和Hy的敏感度都較大，故四個(gè)設(shè)計(jì)變量對(duì)活塞桿8的出力影響都較大。其中Hx、Hy是與機(jī)構(gòu)整體尺寸有關(guān)的參數(shù) ，因此采取兩種優(yōu)化方案：第一種，對(duì)機(jī)構(gòu)整體尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)設(shè)計(jì)變量Ky、Jx、Hx和Hy進(jìn)行優(yōu)化；第二種，不對(duì)機(jī)構(gòu)整體尺寸進(jìn)行優(yōu)化，只對(duì)機(jī)構(gòu)局部尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)設(shè)計(jì)變量Ky、Jx進(jìn)行優(yōu)化。

3.3.2確定優(yōu)化參數(shù)取值范圍

Ky的變化范圍是Iy到Hy之間，故Ky的取值范圍是(-856，Hy)。Jx在桿7上變化，但Jx不能太接近Ix，太接近會(huì)導(dǎo)致活塞桿8推不動(dòng)7桿，故Jx的取值范圍是(Hx，5200)。Hx和Hy是為了改變桿件在x方向和y方向的長(zhǎng)度而設(shè)置的變量，桿長(zhǎng)過小，不能滿足推進(jìn)行程的要求，桿長(zhǎng)過大會(huì)使整個(gè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)配套設(shè)備尺寸增大，故取值范圍是原桿長(zhǎng)度的±10%[10]。

3.3.3優(yōu)化分析和計(jì)算

兩種優(yōu)化方案的操作步驟相同，在完成參數(shù)化分析的準(zhǔn)備工作以后，便可以進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

(1)按照第一種優(yōu)化方案，對(duì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)整體尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)設(shè)計(jì)變量Ky、Jx、Hx和Hy進(jìn)行優(yōu)化，得到迭代過程中推進(jìn)機(jī)構(gòu)活塞桿8最大力的變化曲線。

從設(shè)計(jì)研究報(bào)告可以看出，優(yōu)化后各個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值以及對(duì)應(yīng)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)的最大推進(jìn)力，見表6。

表6　推進(jìn)機(jī)構(gòu)第一種優(yōu)化結(jié)果

從表6可以看出，優(yōu)化后各個(gè)設(shè)計(jì)變量的值都發(fā)生變化，Hx減小2.2%，Hy增加4.9%。通過優(yōu)化，推進(jìn)機(jī)構(gòu)活塞桿8的最大力降低了74.8%，平均力降低了72.7%。優(yōu)化后總能耗為

W=Fvt=708.982 3 J

其中，F(xiàn)=689.926 6 N；v=0.2 m/s；t=5.138 1 s。

(2)按照第二種優(yōu)化方案，對(duì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)局部尺寸進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)設(shè)計(jì)變量Ky、Jx進(jìn)行優(yōu)化，得到迭代過程中活塞桿8最大力的變化曲線。

從優(yōu)化設(shè)計(jì)報(bào)告可以看出，優(yōu)化后各個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值以及對(duì)應(yīng)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)最大力，見表7。

表7　推進(jìn)機(jī)構(gòu)第二種優(yōu)化結(jié)果

從表7可以看出，優(yōu)化后各個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值都發(fā)生變化。通過優(yōu)化，推進(jìn)機(jī)構(gòu)活塞桿8的最大力降低了70.3%，平均力降低了66.6%。優(yōu)化后的總能耗為

W=Fvt=842.0978 J

其中，F(xiàn)=843.4473 N；v=0.2 m/s；t=4.992 s[11]。

推進(jìn)機(jī)構(gòu)兩種優(yōu)化結(jié)果比較見表8。

表8　推進(jìn)機(jī)構(gòu)兩種優(yōu)化結(jié)果比較

從表8可以看出，第一種優(yōu)化方案的最大力比第二種小，而且第一種優(yōu)化方案的能耗比第二種少133.115 5 J，故采用第一種優(yōu)化方案，即對(duì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用整體尺寸優(yōu)化方案。

4結(jié)論

本文利用ADAMS軟件建立了φ335鋼管端面倒棱機(jī)自動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)的仿真分析模型，對(duì)升降機(jī)構(gòu)和推進(jìn)機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了整體尺寸和局部尺寸的優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，對(duì)升降機(jī)構(gòu)采用局部尺寸優(yōu)化方案，此優(yōu)化方案節(jié)能效果更明顯，優(yōu)化后升降機(jī)構(gòu)的最大載荷由原先的48 677.851 8 N減少到18 081.5 N，減少了62.9%，平均載荷由原先的18 730.907 5 N減少到7 598.745 N，減少了59.4%。對(duì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用整體尺寸優(yōu)化方案，優(yōu)化后推進(jìn)機(jī)構(gòu)的最大載荷由原先的14 657.025 8N減少到3 695.65 N，減少了74.8%，平均載荷由原先的2 525.589 9 N減少到689.926 6 N，減少了72.7%。將優(yōu)化的結(jié)果數(shù)據(jù)應(yīng)用到選擇機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件上，同時(shí)還可以將結(jié)果數(shù)據(jù)應(yīng)用到零件的強(qiáng)度校核上。目前已將該優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用到φ335鋼管端面倒棱機(jī)上。

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