基于虚拟样机技术的锻造操作机的刚柔溷合仿真分析1).pdf

技术与应用 基于虚拟样机技术的 锻造操作机的刚柔混合仿真分析 北方重工沈阳重型研究院 任云鹏 陈希红 卢崇劭 梁音 杨劲松 锻造操作机是锻造水压机的主要配套设备，也 车悬架和磁悬浮主轴方面的研究， 但基于ADAMS 是国家重载操作设备，其特点是载荷大、惯量大、 自 的刚柔混合在锻造操作机方面的应用还很少。 由度多、多维力位操控能力强，与加工设备协调作 本文利用三维建模软件Solidworks 和虚拟样机 业，可大大提高制造能力、制造精度、生产效率和材 动力学分析软件MSC.ADAMS ，建立锻造操作机刚 料利用率，并降低能耗。 锻造操作机制造成本高、设 柔混合的三维虚拟样机模型。 通过混合模型对操作 计与制造周期长，通常采用单台制造模式。 在锻造 机的上下平移运动进行仿真分析，并把仿真结果与 操作机研制过程中引入虚拟样机技术，对于加快研 刚性体仿真结果进行比较。 制周期、降低研制成本都具有重要的意义。 一、锻造操作机刚柔混合模型的建立 锻造操作机是一个典型的柔性多体系统或者 锻造操作机的主要运动包括钳杆上下倾斜、上 刚柔混合系统，简单地将部件做刚体已经无法解释 下平移、左右倾斜、左右平移，以及钳杆旋转、钳口 锻造操作机的复杂动力学特性。 在锻造操作机设计 开闭、大车行走等。 这里以操作机的钳杆上下平移 中，为了加大作业范围和减轻自重，臂架通常采用 运动工况为例，图 为锻造操作机钳杆上下平移运 1 高强度材料以减小截面面积，这导致了臂架刚性减 动的机构简图。 小，在运动过程中， 易产生大变形，故 应将臂架系统柔性 化处理， 主机结构 为刚性。 MSC.ADAMS 是一款功能强大的 虚拟样机动力学分 析软件。 目前，国内 已经有一些基于 ADAMS 的刚柔混 合研究及应用，文 献分别为其在履带 图 锻造操作机钳杆上下平移运动的机构简图 起重机、摩托车、汽 1 50 2010/01 技术与应用 利用 建立 实体零部件模型，采 度维持在 。 图 和图 分别表示锻造操作 Solidworks 3D 0.05° 2(d) 2(e) 用Parasolid 标准文件， 将模型导入到ADAMS 中形 机钳杆末端速度和加速度的对比， 柔混合体在起始 成虚拟样机的装配体模型， 并根据基本工况添加运 阶段有一个不稳定的振动， 随着时间的推移趋于稳 动约束和驱动。 利用ADAMS/AutoFlex 模块，建立 定，柔混合曲线与刚性体曲线有着相似的轨迹，相差 连杆和连接件的柔性体MNF 文件， 然后再用柔性 非常小。 体替换原来的刚性体。 下表为连杆与连接件的固有 由图 可知，刚性体经过柔性化以后，运动学的 2 频率。 各项曲线会在开始的阶段经历一段振动，并最终与 连杆和连接件的计算模态分布表 刚性体时的运动学曲线保持相同的趋势， 刚柔混合 仿真结果均略小于刚体系统仿真结果。 二、 钳杆上下平移时锻造操作机的刚