基于田口设计ihi摆式飞剪结构优化(编辑修改稿)

基于田口设计ihi摆式飞剪结构优化(编辑修改稿)内容摘要：

+δ α ； θ 5已知。 利用三角函数可求得 A， β ， δ。 对式 (9)经整理得到θ 6和θ 7的函数解析式 : 20xx 届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 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 图 3 4 剪切摆动机构 OEFGHO简图 在 图 3 4中的封闭环 OEFGHO中，将∠ FED(即 ϕ)、∠ COH(即φ )、 θ 5设为已知的 常数 ，再根据角度关系可以求出 :   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  基于田口设计 IHI 摆式飞剪机结构优化 12 上、下 剪刃位置 由 图 3 4中 剪 切机构 OJKLMHO封闭环可以得出 : 11121 11121  jjj erereR  其中 : 101011512 a rc s i n, rTG ， R1和Ω 1分别表示为上剪切刃的位置通过极径和幅角；假如将上剪刃位置用直角坐标表示，则为： 1111121211111111212111 s i ns i ns i n ,c osc osc os   rrRY rrRX   (10) 而 在图 3 4中，对于 封闭 环 形 OJKLMHO可表示为 : 111312151413 12151413   jjjjj QePeerererer j  (11) 在此 式中 :把 LM的 长度表示 为 Q，且为 常量 ； HM的 长度表示 为 P。 由于 r12， r13， r14是主动件杆长 ， θ 12， θ 13， θ 14已知 ， 故式 (11)中只有θ 15和 P是变量。 把 (11)式 的两 边同 时 乘以 一个 11je ，并 且 令实部 和 虚部分别相等 ，再通过 化简 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 将 MN的 长度表示 为 S， 则下剪刃位置为 11111514132 1514132  jejjjj SeQjererereR  若 将 下剪 切 刃尖点 N的位置 用 直角坐标表示 ， 则 可以表示为： 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 届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 13 图 3 4剪切机构 OJKLMHO简图 若假定 3个主动件角位置 为 不同的值 ，那么就可以 计算 出在 一 个 系列 中 上、下剪刃位置点 ，于是就可以 得 到 上、下剪 切 刃运动 的 轨迹。 而 剪 切 刃的开口度为  机构速度分析 将 (8)式微分 ， 有 76 7766555   jjj jerjerer  (13) 把 (12)式 的两 边同 时 乘以 一个 6je ， 并 根据 实部相等 可以得出 : )s i n ( )s i n ( 677 65557     rr (14) 把 (12)式 的两 边同 时 乘以 一个 7je ， 并 根 据实部相等 可以得出 : )s in ( )s in ( 766 75556    rr (15) 由图 3 3， 可得 : 101298 101298  jjjj ererererR  对上式 两 边同时求导 ， 并据ω 12=ω 5， ω 7=ω 8， 有 101298 101012129988    jj jerjerjerer jj  (16) 将 (15)式 的两 边同 时 乘以 一个 9je ， 并 根 据实部相等 可以 可得 出 : 基于田口设计 IHI 摆式飞剪机结构优化 14 )s i n( )s i n()s i n( 10910 912512897810     r rr (17) 将 (16)式 的两 边同 时 乘以 一个 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 即为 所要 求的量 ，根据这样 来考虑 剪切机在 剪切时是否 会发生“ 拉钢 ” 或“ 堆钢 ” 的现象。 将 式 (10)中的 X1进行 求导 ，可 得 : 111011125121111111212121 s i ns i ns i ns i n  rrrrX 水平 (19) 4 IHI 摆式飞剪剪切机构目标函数及约束函数的建立 为满足工艺要求 ，那么 在飞剪 机 的结构设计中 ， 应 该 遵循 以下 设计 要求 [ 4] : ( 1) 为了 保证剪 切 刃 在 返回时不 会 阻碍轧件连续移动 ，故 上 、 下剪 切 刃的运动轨迹 一般情况下 均为一定形状的封闭 环形 曲线 ； ( 2) 上下剪刃必须有一定的重叠量和开 口度 ； ( 3) 为 使 的 剪切断面垂直 于 轧件轴线 ，故在 剪切 的 过程中 ，其 剪 切 刃最好 是做 垂直平面 的 运动 ； ( 4) 飞剪 机 必须按 照 一定的工作制度进行工作 ，并且能够 保证剪切 规 定 的 尺 寸 长度 ； ( 5) 在剪切区域内 ， 剪 切 刃 的 水平速度 应 略 大于 输送辊道 时的 喂料速度 ； ( 6) 为 减少飞剪 机在运动中所承受的 负荷 ，以及 提高飞剪 机 的剪切能力 ，应 尽 可能的 减少飞剪 机运动件的质量 以及 加速度。 以上 为对 剪切机构建立参数优化数学模型的 根据。 剪刃水平分速度的优化 将 输送辊喂料速度用 V0 表示 ，将 剪刃水平速度 用 V 1 表示。 在剪切区域内 ， 由于上 、 下剪 切刃在完成 一次 剪切动作的同时 ，由于 允许 出现 少量的 “ 拉钢 ” 现象 ，而且 对轧制工艺 也是 有利 的，但不允许 出现 严重 的“ 拉钢 ”现象，故剪切刃 必须同轧件一起以相等或稍大 轧件移动速度 的水平速度 继续 移动 ，故 一般取 01 V 1) 1. ~1 ( V 。 出现 严重 的“ 拉钢 ”现象不仅 会影响 到 轧件的剪切质量 ，还会 增加飞剪 机 的冲击负荷 ， 或者 还会 使 得 轧件在送料辊上 出现 打滑 从而导致 擦伤轧件表面。 若01 vv  ，那么 剪 切 刃 就可能会 阻止轧件运动 ，从而 产生堆钢现象 ， 使 得 轧件 产生 弯曲 ， 甚至 使得 轧件顶在剪 切 刃上 进 而产生缠刀 等 事故。 由此 可以看出， 剪 切 刃 的 水平速度的均匀化是 极 其重要的 ， 它 不但 影响 着 轧件的剪切质量、表面光洁度等 ，还能够 影响剪切机的使用寿命 ，因此， 分目标函数 应该为 在剪切区域内使剪 切 刃各位置的水平速度与轧件运动 的 速度之差累计 的 最小 值。 20xx 届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 15 n1i 11 式中 v1表示为 剪切区域内第 i个 点上剪 切 刃的实际水平速度 ，并且取 轧件的运 动 的最大 速度 为 剪切平面优化 在剪 切 刃剪切轧件 的时候， 剪刃 应垂直于 轧件 ， 这样 就能使 剪切 出 平整 的 轧件断面 ，并且能够保证 剪切质量 ， 同时 还能够 保证剪 切 刃侧向间隙 的 均匀 化，还能够保证在 剪切过程耗能小 ， 延长飞剪 机的 寿命。 为保证在 剪切时剪 切 刃 垂直于 轧件 ， 可 以用 摆杆 11来实现 ，故另一个 分目标函数 为在剪切区域内摆杆 11的摆动角度与垂直方向的累计误差 的 最小 值。   nif 1 112 2 式中 11为 摆杆 ( r11) 的摆角 主要约束条件的建立 由于 优化方案的搜寻空间 为将 约束条件组成设计变量的取值空间 ，故 对剪切本体的四杆机构OCDEO以及 五杆机构 OEFGHO， 曲柄 的 存在条件 以及 传动角 的 条件 来 考虑 [ 5~7] : ( 1) 四杆机构 OCDEO 曲柄存在条件 其中 最短杆 为 r5，由 曲柄 的 存在条件 可知 : r5 与其它任 意 一杆 之长； r5其它 任意 两杆之和 ， 即 ： r5 r6 ， r5 r7， r5 R， r5 + R r6 + r7 ， r5+ r6 R + r7， r5+ r7 R + r6 ( 2) 四杆机构 OCDEO 传动角条件 当 OC杆旋转角θ 5=0176。 时， 即 为 C点 处于 OE连线 的 中间 位置，而 此时 的 传动角 为 最小 ：   42 )(a rc c os m in76252726m in    rr rRrrD 当 OC杆旋转角θ 5=180176。 时 ， 即 为 C点 处于 OE连线的延长线上 ，而 此时 的 传动角 为 最大 ：   432 )(a rc c os m a x76252726m a x    rr rRrrD ( 3) 五杆机构曲柄存在条件 在此机构中，最短杆为 r12，为简化分析，故将五杆机构中的 OEFGHO拆 分成一个动态的 OEF和一个四杆机构 OHGFO，并根据曲柄的存在条件可以得出 :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) 五杆机构之四杆机构 OFGHO 传动角条件 42 )(a r c c os 910 281229210m in    rr rrRrrG 基于田口设计 IHI 摆式飞剪机结构优化 16 432 )(a rc c os 910 281229210m a x    rr rrRrrG ( 5) 剪刃开口度约束 为 使得飞剪机能够剪切最大厚度的钢板，那么上、下剪切刃之间一定要有一定的的开口度，否则会发生因为板材不能正常通过剪刃刀口从而造成堆钢或者缠刀等事故，故开口度应予以约束，如图 12所示， 下剪 切 刃为凹槽型 ，其 斜度为 1:50，而 最大开口 度 100baH m a xm a xm a x ，其 中 : maxa 和maxb 分别 表示 为板材的最大厚度 和板材的最大 宽度 ，又根据 现场加工板材 的要求 可取 amax  , 1550mmbmax  则有 m H m ax ,故其 开口度 的 约束条件 应 为 : 2 1 .8 5 s)rr(rrr 1314151211  图 4 1 上下剪刃图 ( 6)∠ COH = 216。 ，∠ DEF=φ 取值允许在π范围内变化 ， 即 :π 216。 ≥ 0， π φ≥ 0 总体优化设计数学模型 在进行运动分析过程中，所 用的参数共 17 个，它 们 分 别为 : r r r r r rr1 r1 r1 r1 r1 R 、 φ、 ϕ 、 T G 、。