重載鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)建模與均載控制.pdf

1、重載鍛造操作機(jī)是一種與自由鍛壓機(jī)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)鍛件鍛造的大型生產(chǎn)設(shè)備。重載鍛造操作機(jī)在夾持重達(dá)上百噸，直徑有4m鍛件的情況下，所需的驅(qū)動(dòng)力矩也達(dá)到上百噸米，單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很難達(dá)到快速啟停定位的要求，所以必須采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式才能解決。然而，并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的差異、間隙和摩擦等因素引起驅(qū)動(dòng)作用力的不均衡，造成驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)偏載、力流畸變等不確定力學(xué)行為，降低了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命甚至功能失效。因此，必須對(duì)鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)均載性進(jìn)行研究。

2、>　　由于鍛造操作機(jī)是與自由鍛壓機(jī)配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鍛造操作，鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)必須進(jìn)行頻繁快速啟停的非連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪傳動(dòng)是在一種矩形類脈沖間歇驅(qū)動(dòng)方式下進(jìn)行，而齒輪間隙會(huì)引起齒輪傳動(dòng)的沖擊現(xiàn)象更加明顯，并且系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)的變化比如齒輪傳動(dòng)的作用力變化是無法直接測(cè)量得到，所以需要一種有效求解齒輪接觸/沖擊動(dòng)力學(xué)方程的計(jì)算方法對(duì)齒輪傳動(dòng)在間歇沖擊驅(qū)動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行研究。另外，重載鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、液壓系統(tǒng)元件的

3、強(qiáng)非線性、齒輪的間隙和摩擦等非線性和不確定性，對(duì)鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)在時(shí)變重載工況下的均載性和快速啟停定位造成不同程度的影響，所以必須對(duì)鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行均載分析與均載控制研究。
　　本文針對(duì)上述問題進(jìn)行了以下主要研究工作:
　　針對(duì)鍛造操作機(jī)在頻繁啟停、間歇驅(qū)動(dòng)下非連續(xù)運(yùn)動(dòng)的齒輪接觸/沖擊問題，提出了基于Newmark積分的動(dòng)量迭代運(yùn)算方法。該方法將力的二階運(yùn)動(dòng)方程變?yōu)閯?dòng)量的一階運(yùn)動(dòng)方程，便于求解計(jì)算，同

4、時(shí)消除了系統(tǒng)頻繁啟停造成的非連續(xù)運(yùn)動(dòng)影響。通過與齒輪非連續(xù)運(yùn)動(dòng)的三維有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，驗(yàn)證了該方法的合理性且保證了計(jì)算精度和效率。
　　為了研究重載鍛造操作機(jī)夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)中齒輪傳動(dòng)的作用力，建立了一種包含轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、間隙和重合度的齒輪傳動(dòng)接觸/沖擊作用力模型。然后，利用閥值函數(shù)將其化簡(jiǎn)為可參數(shù)估計(jì)的模型結(jié)構(gòu)，采用最小二乘迭代估計(jì)法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并通過齒輪傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的合理性。
　　針對(duì)鍛造操作機(jī)夾

5、持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的一些非線性因素，建立了夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的全局動(dòng)力學(xué)模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的合理性。針對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差異的主要因素，如油壓差異、閥芯行程差異、馬達(dá)排量差異以及齒輪的剛度系數(shù)和間隙的差異等進(jìn)行了均載分析研究，分析結(jié)果顯示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性差異對(duì)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)均載性造成不同程度的影響。
　　根據(jù)建立的夾持系統(tǒng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模型，構(gòu)建基于系統(tǒng)模型的近似內(nèi)模控制器和扭矩誤差補(bǔ)償反饋控制方法進(jìn)行并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的均載控制研究，并針對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差