雙盤拉絲機(jī)自動(dòng)換盤裝置的設(shè)計(jì)

顧廣凱

摘 要：雙盤拉絲機(jī)是一種用于金屬制品拉絲工作的設(shè)備。目前，雙盤拉絲機(jī)主要應(yīng)用于鋁絲、銅絲及鋼絲的拉拔中，這種拉絲機(jī)有著高效、高速等顯著的優(yōu)勢(shì)。這種雙盤拉絲機(jī)在歐美等一些較為發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)得到了具體應(yīng)用。本文在UG仿真環(huán)境下對(duì)雙盤拉絲機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真和合理化設(shè)計(jì)，通過運(yùn)動(dòng)函數(shù)形式給出運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，反復(fù)修改模擬仿真參數(shù)，使得拉絲機(jī)準(zhǔn)確地完成上盤-排線拉絲-托舉-下盤的工作過程。

關(guān)鍵詞：雙盤拉絲機(jī);自動(dòng)換盤裝置;動(dòng)力學(xué)仿真

1 仿真方案的建立

筆者利用UG進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，根據(jù)設(shè)計(jì)模型特點(diǎn)，該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析需要設(shè)置9個(gè)運(yùn)動(dòng)體，命名為B001～B009。在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析過程中，通常需要考慮運(yùn)動(dòng)體的質(zhì)量屬性。因此，在創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)體時(shí)，要視情況來定義運(yùn)動(dòng)體質(zhì)量屬性。此處選擇系統(tǒng)默認(rèn)指派的材料、慣性、質(zhì)量等屬性來定義運(yùn)動(dòng)體。

1.1 運(yùn)動(dòng)副定義

運(yùn)動(dòng)副又分為固定運(yùn)動(dòng)副（限制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)）和無固定運(yùn)動(dòng)副（允許運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)）。通過機(jī)構(gòu)工作原理添加定義運(yùn)動(dòng)副，運(yùn)動(dòng)副定義如表1所示。

1.2 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)添加

1.2.1 運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的選擇

運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)指添加在運(yùn)動(dòng)副上控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，根據(jù)雙盤拉絲機(jī)在實(shí)際工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、時(shí)間差及完成動(dòng)作的順序。選擇運(yùn)動(dòng)函數(shù)中的STEP函數(shù)作為本文仿真中運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。STEP（x、x0、h0、x1、h1）是階梯（STEPFunction）函數(shù)，其定義如下：

h0，x≤x0;x0

式中：x—時(shí)間自變量，s;x0—函數(shù)初始時(shí)刻x的值，s;h0—初始位移，mm;x1—位函數(shù)終止后x的值，s;h1—函數(shù)終止位移，mm。

1.2.2 運(yùn)動(dòng)函數(shù)STEP驅(qū)動(dòng)的設(shè)置

為了保證拉絲機(jī)更準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)上盤-排線拉絲-托舉-下盤的工作過程，筆者應(yīng)用STEP運(yùn)動(dòng)函數(shù)的函數(shù)類型做出運(yùn)動(dòng)副的函數(shù)驅(qū)動(dòng)形式，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)修改后，做出各運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)據(jù)。

運(yùn)動(dòng)服驅(qū)動(dòng)階梯函數(shù)如表2所示。

鑒于雙盤拉絲機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，考慮到仿真的簡(jiǎn)便，筆者在UG仿真過程中作如下假設(shè)：（1）個(gè)別運(yùn)動(dòng)副內(nèi)的摩擦力忽略不計(jì);（2）各運(yùn)動(dòng)副之間均為剛性連接，內(nèi)部間隙不計(jì)。

2 仿真及結(jié)果分析

2.1 解算方案建立

在創(chuàng)建完運(yùn)動(dòng)體、定義完正確的運(yùn)動(dòng)副之后，筆者在指定的首先開始運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副上施加運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，然后單擊“解算方案”，解算類型設(shè)置為“常規(guī)驅(qū)動(dòng)”，分析類型為“運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)”;仿真時(shí)間為30 s，步數(shù)為1 500（為了使仿真分析更合理，通常把仿真時(shí)間和步數(shù)與運(yùn)動(dòng)件走過的位移設(shè)置為具有一定的比例關(guān)系），重力方向豎直向下，點(diǎn)擊“確定”開始求解;通過動(dòng)力學(xué)仿真分析，可以分析機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)特征。

在進(jìn)行仿真時(shí)，雙盤拉絲機(jī)各運(yùn)動(dòng)件在STEP運(yùn)動(dòng)階梯函數(shù)控制下完成換盤動(dòng)作。

2.2 位移、速度、加速度仿真結(jié)果分析

在UG完成解算后，查看運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫效果。結(jié)果表明，整個(gè)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)順利運(yùn)轉(zhuǎn);通過運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器窗口分別選擇運(yùn)動(dòng)對(duì)象J001、J003、J018為主要分析對(duì)象，然后選擇在Excel電子表格顯示結(jié)果，這樣就可以得到雙盤拉絲機(jī)的位移（displacement）、速度（velocity）、加速度（acceleration）與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖。

3 結(jié)語

仿真結(jié)果表明，自動(dòng)換盤裝置設(shè)計(jì)方案基本合理，符合實(shí)際工作要求。該結(jié)果可對(duì)進(jìn)一步提升拉絲速度、換盤時(shí)間及優(yōu)化雙盤拉絲機(jī)結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉行之.PLC的直進(jìn)式拉絲機(jī)變頻改造控制系統(tǒng)研究[J].冶金管理，2021（1）：46-47.

[2]吳云平.拉絲機(jī)組多牽伸生產(chǎn)線.浙江省，浙江聚寶尼龍科技有限公司，2019-01-13.

[3]劉竑柱.直進(jìn)式拉絲機(jī)中的齒輪減速機(jī)應(yīng)用策略[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（24）：135+137.