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1、武钢曲柄摆动飞剪运动学初步剖析一机部西安重 型机械研究所孙铁城衰鸿钧提要本文运用矢量解析法异出了? ? ?柄摆动飞剪运动学各参数的公式,进行了飞剪运动学分析计算。确定出飞剪径 向匀速机构的重要参数?位,作出了具有实 用价值的?定一?同步曲线,对飞剪出现的 问题提出了我们的看法和解决措施。一、前?,? 目 ,白 丫?武钢? 年从 西德进口的四台曲柄摆动飞剪机是冷轧厂横切 线上具有七十年代先进水平的关键设备。从 它 的机构组成来看,是一个多杆机构,属于曲柄摇杆机构类型。对于这种多杆机构的运 动分析,随着电子计算机的出现和广泛应 用,解析法就很自然地提到了重要的日程上来,目前对 杆件机构的运动分析方
2、法较多,诸如矢量法、复数法“、析杆法?,、几何法咯,等,本文 采用矢量解析法 对这 台飞剪进行运动学分析计算。谬 误 之 处,欢迎批评指正。募募募 黔黔黔 汤汤 绍 叉创创探刻? ? ?二、曲柄摆动飞剪杆件机构简介飞剪系统包括夹送矫 直机、导板 台和 飞剪机。飞剪机本体如 图?所示,由两个半径可以同 时变 化的曲柄?,?二刀架?连杆?,下刀架?摇杆?三部分 组成。上、下刀架通过一个调整刀刃间隙 的偏 心?联接起来,用 扳手同时转动下刀架两侧的 螺杆?,通 过螺母?带动 偏心套? 绕?。旋转,从而带动刀架移 动 至上、下剪刃侧 隙符合 要求为止。调好剪刃 侧隙图?一曲柄?一上刀架?一调整刀缝偏心
3、?一下刀架?一液压空切偏心?一机械 空切偏心。以后,用弹簧板?将螺杆?固 定,这样偏心套?与下刀架成为了一整体。因此,剪切时上、下刀架绕?。旋转,则 由主动件曲柄?,?,连杆?。?,摇杆?。?,固定边?,?组 成了一个剪切基本定尺 长度的四连杆机构,其 基本定尺 长 度为? ? ?。由于 对横切板材成 品长 度 实际需要 的范围较广,几基,?,劫?百 如?匆入入 又叫叫叫佼佼圈爵剥翔一?之泪一一卜卜、?洛洛洛洛洛 哥哥示? 、月月月月月? ? ?于于 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?毒毒毒毒毒毒毒毒毒毒毒毒毒匕匕匕匕匕匕匕匕匕匕匕匕匕尸尸尸尸尸尸?么么
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5、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?厂丁丁 一一?山山山山山巨巨巨巨? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?沐万万万万万万万万油油油油油油油油? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?互二二木 定尺长度满足不了需要,因此,在下刀架下部设有飞剪的空 切机构。空切机构由机械偏心?,液压偏 心?两部分组成。其结构如图?所示,机械偏 心 轴套?与曲柄轴由机械联锁,两者 的转速 保持?或?的关 系,当机械偏 心 工作时,
6、液压偏 心永远处于上 死点,?二绕机架搪孔中心?一?旋转到上死点附近 时,才能 切?打 矛钢 板。?听?汉由?、?。、?、?,?,衍祥固定 边?组成 的五连杆机构,所剪切 的定 尺长度为蓬本定尺 的二倍 或四倍。当剪切 定尺长度超过四倍 基本定 尺 时,液压偏心投入工作。两个液压偏 心轴套?用套筒?刚性联结起来,由旋转活塞缸通过一 对 齿 轮 传动,在? ? “内作往 复转动,用 电气控制旋转活塞缸油路的 换向滑伐使液压偏 心?。往复次数与曲柄转数保持?或? ?的飞关飞系,这粤样?由?,?、?、?、?,、?习、?,组成 了飞剪六 连杆机 构,所 剪切定尺长度为 基本定尺 长度的?倍 或? ?
7、倍“。对于武 钢 进口的四台 曲柄摆 动 飞剪,基 于生产二的实际 需要 和在 同 一台 飞剪上使用四杆图?机构和五杆、六杆机构造成剪刃运动轨迹上的矛盾?见后面分析和 结论一节?,生产中都不使用四杆机构,电气控 制 系统上也没有四杆机构的控制环节,生产中大量使用 的是五杆机构?我们称之常用定尺机构?剪切?一?仇的定尺 钢板。基 于篇幅所限,木 文着重 对在实际生产 和设计中有着十分重 要意义 的 飞剪五杆机构进行 运动学分析计算,公 式的推 导和应用? 力求简单、准确、醒目,又便于工月计算机计算。三、飞剪常用 定尺机构的运动学计算简化的五连杆机构如图?所示。取机器 的水 平 线和垂直 线作为?
8、犷直角坐标系,?为上剪刃刃口,?为人 字形下剪刃最高 点的刃口,?,为曲柄半径,几为连杆,几为摇杆,?为机械空 切偏 心,?。为固定 边,构成 了一个平 面五杆机构,机构 的能动度为?研?一?二?由于?和?有固定 的机械联系,且。?二?叭或盈盈盈 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?求角位移小?二氏?电?,今?二?今,?公式由?和?移项得?娇。? ? 必?功?五? ? 功?石?功。? ?功。二一?功?一?功?功?功。? ?诱? ?功?功?“? 令?一?功,一?功?功。?贝?、?变为?价?功?工。? ?功?二。一五?功?将?、?两边分 别平方后 相加,消去功。,并将功二久、一功、?代入,经变换
9、和 整理得?护十,? ?图?,?。?一亿?。?。?二?。,这样我们就可以将?,、?看作两个原动件,所以本机构的自由度仍为?。按武钢曲柄摆动飞剪?工和?原始杆件的 相位关系,有必?二久厂人?。,二?。、时?,或切?二入。?功,?。?二?。时?的关系式,入?,入?均为机构常数。由?。组成了一个封 闭的五 边形矢量图形,根据一个封闭 的矢量 图形 在两个坐标轴上的投影为零的性质,建立起矢量解析法的基本方程式?同理可导出?。?二 ? ?一在?、?。?, 。? 甲丽丁不?两式中? ? ? ?诱:一入:)一M3si。(功:一功。 )一M4sin(入:一诱。一功, /2)一,M:+。 o s功:+M。旦夕越
10、鑫;二适i艺妇1 ,“g一L玩二幼硕万丽sin (入升而/2 )JL、 e os功,+L:eos娇:+L3eos(90”+叻。 )+L一e os必+Loeo s (2 70“ +功5)=0L:sin协、+L: sin功,+L。s in(90“一卜功。 )+L一、娜价+Losin(270” +功。 )二o根据 本机构人,功6均为锐角的特点,故:L,eos祷:+L:eos功:一L3,i。娇3十Leos功+L。s in功。二0L, sin沪:十L:Sin协:+L。 eo s必3+L5 in功一L。eos必。二o(1)子r . ,/、.|七|、(2)其 中:M,=侧乙江二了厄五厂M:二 (L、 2+L
11、:“+L; 2+LoZ一L: 2)/2LILM3二LS /L;M二LS /L:M。二( L、“十L“十L。“ )/ZL:LM。二L/L,M7二E/L、万。二万/L,M。二侧L, L4/2L3“. 10., 。=( L1 2+L。2+L42+L。“一L: 2 )/ZL, LL3。 e o s功。+ L3o3 2s in功3一以上Ml Ml。,入:,2.上刀架角速度。:,功_均为机构常数。下刀架角速度。3公功,、气犷口z一L4COS戈Al一石 j之U 山(1 3)一L,。;”5in功,+L:。:e o s功:一LZ。:全sin必:一L3o3Sin功:一L3。“eo s价3(1)、(2)式分别对时间
12、求导数,同 时将式将叭一2 功 =入工代入,并且久,、功。为常数,得出:一L,。,5in必,一LZoZsin协:一L:。se o s访s合功,、一贵L4。:2sin(入,一亏)二o(1 4)将(13)又 Sin功。一(1 4)只e o s功s消去ea,经并:+告L。:sin功4=0(9)。:一。3 2:。+咒一L、5 in入, (一亏功,一必3)L,。,eos功:+L3。:e o s功:一Lsossin功3一告L。,eos必二0(10 )一。,“ L:5in(功。一功;)/11 111|.|l e slJ一0,将(9)、Lso3eoS必3L。3sin功3(10)移项相除,消去。3得:ZL:5i
13、n(劳3一功2)/LZe os(功3一功:)(15)同理将(13)x eos必,+(14)xsin功:,消去几:二工里迈些势,二巫望经些也+寺L。声in必L:。,eos功:+LZ。:e o s功:一士L一。:e o s功.经整理合 并:e。二一。:“ L:一。12了飞一乙4c o sL八,-必;不一甲2少 。:=专L4。,eos(入,一功,/2一价3)一Ll口,eos(功3一功, )/L:eo s(功3一功2)(11)同理由(g)、(10 )移项相除,消去叽得:LZoZsin功2L:。Ze o s必:-一L:。lsin必:一L,。,eos苗。 +冬。,L,s in功一乙;。:c o s价:一卜
14、乙s。:sin功3+专。1儿Cos功-。3=L:。,sin(必:一必, )刁一专L。;sin(久:一必,/2一必:)1 /L3e os(功。一功2)(12)一。:之L,eos(必:一娇, )+。3“L。5in(必。一价:)/Lseo s(协3一功:)(16)4。上刀刃D:点的轨迹(D;x、 D;r),速度(V, :、V: :)加速度(a;二、a,_)公式且.轨迹:如图2所示:DI、一L、c o“必,+Locos(:+功:)(17)刀,、一五声 in必+五。51。(:+功2)(15)B.速度:(D, 丫 )产 :=厂, :, (D、)t,=厂:,机构常数, (们/t=O.3.上刀架角加速 度。2
15、,下刀架角加 速度 53公式厂1!Vl将(9)常数, (。1, )t(10)式 对时间求导数:。,二C。口一xO.=一。;L:5in必:一。:Losin(,+必:) (19)=。, Lleos必,+。ZL6e o s(斗,+功2)(20)加 速度:(犷, 、,t=a工 :, (犷,: )产桩= =a:v=一。, “Lle os必,一:L。sin(夕+功2)一。:“Loe os(,+功:)(21)一L,。,“eos协;一L。:Sin必:一。:“ L: eos功:一a, :=一。, “Llsin功:+“ZL。e os(,+功:)一。:ZL。5in(?+功:)(22)了l e s I r lJ、le e、,久 江.。下刀 刃DZ点 的轨迹(D:、 DZ: )度(玖:、犷:),加速度(a:、a:,)公A。轨迹:尸二2由飞剪剪切定尺的基本方 程式见后 面(31)式求得:D:、二一E一L一e os(入,一L,5 in(
