基于腳本語言建模的鋼板輸送機內飾線動力學仿真分析

基于腳本語言建模的鋼板輸送機內飾線動力學仿真分析

0滑動滑的內飾線仿真分析滑動臂收割機采用寬板作為主要承受，兩側摩擦輪作為動力連續(xù)輸送，工作效率高，噪聲小。它被廣泛應用于汽車生產中。利用升力，滑翔機可以將螺釘連接到任何位置，也可以通過升力裝置將螺釘體配置到傳輸裝置和地下，方便、靈活，可靠性?；遢斔蜋C主要由滑板、摩擦驅動和移行轉運系統(tǒng)等組成,其工作原理為:主驅動摩擦輪依靠彈簧壓緊裝置壓緊在滑板兩側,當主驅動摩擦輪在電機帶動下旋轉時,滑板在摩擦輪接觸摩擦力的驅動作用下前行;該滑板靠此推力又將前面相鄰的滑板向前推送,這樣,滑板與滑板間的依次推動就形成連續(xù)輸送.滑板輸送機同時移動車身和進行裝配的操作工人,使工人在裝配工序的操作更加容易.滑板輸送機輸送線見圖1,矩形布置滑板輸送機內飾線見圖2.滑板輸送機內飾線在工作過程中,主要通過位于內飾線后端的3對主驅動摩擦輪帶動整條內飾線運行.由于整條內飾線上滑板和車身數量巨大,滑板與軌道間存在阻力等因素影響,很難定量地判斷出整體系統(tǒng)運行所需摩擦驅動力的大小.主驅動摩擦輪依靠正向彈簧壓緊力壓緊在滑板的兩側,如果彈簧壓緊力過大,那么會造成摩擦輪過度磨損,影響壽命;彈簧壓緊力不足,又會造成摩擦輪與滑板間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,因此,給摩擦輪提供合理大小的正向彈簧壓緊力,也是滑板輸送機內飾線設計的重要內容.以往對于滑板輸送機的整體設計,往往憑借經驗或感覺,無任何理論或計算分析依據,容易造成設計缺欠或導致故障,無法正常運行.對滑板輸送機內飾線的工作過程進行動力學仿真分析.由于整條內飾線上滑板、車身等數量很多,僅靠傳統(tǒng)手動方法進行裝配和設定條件是不可行的,因此在建模過程中引入腳本語言建模方法,通過特定的循環(huán)規(guī)律,自動完成滑板輸送機內飾線動力學仿真模型的建立和分析條件的設定;并將內飾線上的阻力條件轉化為滾動摩擦摩阻力偶施加到仿真模型中,獲得內飾線在連續(xù)輸送條件下突然啟動時所需最大摩擦驅動力和連續(xù)工作時所需穩(wěn)定摩擦驅動力的大小;同時,驗證主驅動摩擦輪的彈簧壓緊力是否滿足設計要求.分析結果對滑板輸送機的整體設計和驅動摩擦輪的詳細設計具有重要的指導意義.1摩擦摩擦摩阻力偶在動力學分析過程中,首先建立單個滑板模型在與驅動輪的接觸摩擦作用下,沿固定導軌滾動前行的動力學仿真分析模型,對分析方法的可行性和合理性進行驗證分析.動力學仿真分析的驗證模型見圖3.該模型包括1個滑板、1個工件、4個滾輪、2個驅動摩擦輪和2條導軌等.在建模過程中,所有實體模型均進行合理簡化,但關鍵連接位置、實體的質心位置、實體的質量和轉動慣量等均與真實幾何模型保持一致.驗證模型的主要建模流程如下:(1)工件與滑板固定連接.(2)滑板與4個滾輪鉸接.(3)滾輪與導軌建立接觸摩擦關系,最大靜摩擦因數設定為0.8.(4)驅動輪與滑板建立接觸摩擦關系,最大靜摩擦因數也設定為0.8.(5)驅動輪通過彈簧壓緊力壓緊在滑板上,彈簧壓緊力為10000N,彈簧剛度為7550N/mm,阻尼系數為1000N·s/mm.(6)在滑板運行中起到穩(wěn)定導向作用的部分,轉化為滑板與導軌(大地)間的x-z平面約束關系.(7)在滑板與滾輪的鉸接位置施加摩擦阻力作用,以此模擬滾輪與導軌間的滾動摩擦摩阻力偶的作用.滾阻力偶的論述見圖4.(8)最后,驅動輪在鉸接的旋轉角速度驅動作用下轉動,角速度驅動條件為:在0~1s,角速度由0增大到130(°)/s,之后恒定為130(°)/s,通過與滑板的接觸摩擦作用驅動滑板前行.圖4中,圓輪重力為W,半徑為r,考慮滾動摩擦下的平衡問題,圓輪在重力W和地面反力FN的作用下處于靜止狀態(tài).先在輪心處作用1個水平力FP,當FP較小時,經驗表明圓輪不滑也不滾,仍處于靜止狀態(tài),故存在靜滑動摩擦力F阻礙圓輪的滑動,由水平方向受力平衡可知,F=FP.力FP與F組成力偶,其力偶矩m=FPr,非零;然而圓輪實際上是靜止的,可見還存在一個阻礙圓輪滾動的約束力偶,稱為滾阻力偶,記為Mf.由力偶平衡條件得Mf=FPr,故滾阻力偶Mf隨著力FP的增大而增大.滾阻力偶的Mf極限值稱為最大滾阻力偶,記為Mf,max,即試驗表明,最大滾阻力偶Mf,max與重力W成正比,即式中:比例系數δ稱為滾阻系數,具有長度量綱.滾阻系數一般與接觸面的材料硬度等因素有關,與輪的直徑無關.圓輪的滑動條件為式中:fs為靜摩擦因數.圓輪的滾動條件為一般地,δ/r≤fs,因此圓輪受力容易發(fā)生滾動,而不是滑動;發(fā)生滾動所需力的大小也比發(fā)生滑動要小很多.通常情況下,滑板與導軌間的等效阻力因數δ/r為0.03,而聚氨酯橡膠輪與鋼軌間的靜摩擦因數fs約為0.8,遠大于等效阻力因數,因此,滾輪在導軌上可以自由滾動,而無相對滑動.滾輪的轉動半徑為80mm,等效阻力因數轉化為相應的滾阻系數δ即為2.4mm.2彈簧預緊力的建立按照驗證模型建立的方法,分別建立內飾線1和2的動力學仿真分析模型.建模過程采用動力學分析軟件循環(huán)語句控制的腳本語言全自動建模方法,具體流程如下.(1)按照順序分別導入滑板、工件、滾輪、驅動輪和導軌幾何模型等.(2)利用循環(huán)語句分別設定滑板、工件、滾輪、驅動輪和導軌等各部分的質量.(3)利用循環(huán)語句創(chuàng)建滑板與工件的固定約束,滑板與滾輪的鉸接約束.(4)利用循環(huán)語句創(chuàng)建相鄰滑板間的接觸關系,滾輪與導軌間的接觸關系.(5)創(chuàng)建驅動輪與大地的彈簧預緊力和鉸接約束,創(chuàng)建驅動輪與相鄰滑板的接觸關系.(6)創(chuàng)建導軌與大地的固定約束,在驅動輪上施加角速度驅動,進行動力學仿真分析.2.1主驅動輪與4.2接觸摩擦內飾線1動力學仿真分析模型中包含36個滑板,36個工件,144個滾輪,1對后端QG01轉換驅動,3對QZ01~QZ03主驅動轉輪,1對前端QS01減速驅動轉輪以及1對QG02轉換驅動轉輪等.內飾線1動力學仿真分析模型整體和局部細節(jié)見圖5.在模型中相鄰的滑板間建立接觸關系,驅動輪與相連的滑板間建立接觸摩擦關系,最大靜摩擦因數設為0.8,其他如驅動輪的彈簧壓緊力、滾輪與導軌的接觸摩擦、滾輪鉸接位置的滾動摩阻力偶等設置均與驗證模型保持一致.在各驅動輪上施加角速度驅動條件,角速度大小條件如下.(1)QG01和QG02.角速度驅動條件為:在0~1s,角速度由0增大到190(°)/s,之后恒定為190(°)/s,轉化為線速度條件約為20m/min.(2)QZ01~QZ03和QS01.角速度驅動條件為:在0~1s,角速度由0增大到15(°)/s,之后恒定為15(°)/s,轉化為線速度條件約為2.4m/min.由于內飾線1的整體主要在主驅動QZ01~QZ03作用下驅動前行,3對主驅動輪上的受力最大,是整體線上最危險的位置,因此,著重考察3對主驅動輪與滑板間接觸摩擦力的變化.2.2主驅動輪與內飾線的約束副按照上述驗證模型建立的方法,建立內飾線2的動力學仿真分析模型,模型中包含39個滑板、39個工件、156個滾輪、1對前端QG03轉換驅動、3對QZ04~QZ06主驅動轉輪、1對后端QS02減速驅動轉輪以及1對QG04轉換驅動轉輪等.內飾線2與內飾線1的不同之處在于內飾線2比內飾線1更長一些,滑板和工件數量更多一些.建模過程同樣采用動力學分析軟件腳本語言控制的全自動建模方法,并且內飾線2的剛體的質量和轉動慣量、接觸摩擦因數、彈簧壓緊力、滾阻力偶以及各驅動輪的角速度驅動等的分析設定,與內飾線1的分析設定保持一致.最后,同樣考察3對主驅動輪與滑板間接觸摩擦力的變化.3計算與分析3.1酶活的檢驗內飾線1動力學仿真分析時間步長為0.01s,計算總時間為30s,滑板運行約為1.2m,得到3對主驅動輪與滑板間的接觸摩擦力變化,見圖6~8.根據內飾線1的動力學仿真分析結果,可以得到以下結論:(1)滑板在0~1s,速度由靜止加速至約2.4m/min,之后保持約2.4m/min勻速前行.(2)在滑板運行過程中,觀察各驅動輪彈簧壓緊力變化曲線,發(fā)現(xiàn)彈簧壓緊力無變化,與預設值10000N基本保持一致.(3)設置的驅動輪與滑板間靜摩擦因數為0.8,根據之前的滾動摩擦摩阻力偶理論,二者之間在純滾動無滑動條件下所能產生的最大接觸摩擦力理論值為fsFN=0.8×10000=8000N;在等效阻力因數為0.03的條件下,主驅動輪上的最大接觸摩擦力未超過8000N,因此,主驅動輪與滑板之間的運動為純滾動,無打滑現(xiàn)象.(4)在滑板加速過程中,所需主驅動輪的接觸摩擦力不僅需要克服滾輪與導軌間的摩阻力偶的阻力作用,而且需要克服滑板本身的慣性力作用,因此,滑板啟動過程中所需的接觸摩擦力瞬時值比勻速運行時大很多.(5)在滑板加速運動過程中,主驅動QZ01上的接觸摩擦力極大值小于QZ02和QZ03上的接觸摩擦力極大值;在滑板勻速運動過程中,QZ01~QZ03上的接觸摩擦力穩(wěn)定值均相同.3.2主驅動輪與4.2動力特性對比內飾線2動力學仿真分析時間步長為0.01s,計算總時間為30s,滑板運行約為1.2m,同樣得到3對主驅動輪與滑板間的接觸摩擦力變化.內飾線2動力學仿真分析結果的結論與內飾線1的仿真分析結果結論類似,只是從各主驅動輪與滑板間的接觸摩擦力變化曲線上看,滑板加速過程中的接觸摩擦力極大值和勻速運動過程中的接觸摩擦力穩(wěn)定值均更大一些,其原因是內飾線2比內飾線1長,滑板與工件數更多一些,所需驅動力也更大一些.3.3驅動輪所能提供的最大接觸作用力將內飾線1和2的動力學仿真結果匯總,等效阻力因數為0.03時,各主驅動摩擦輪與滑板間接觸摩擦力極大值和穩(wěn)定值見表1.根據主驅動裝置上的接觸摩擦力結果,可以得到以下結論:(1)接觸摩擦力的極大值對滑板與驅動摩擦輪相對運動是否打滑有影響.由于彈簧壓緊力設定為10000N,靜摩擦因數設定為0.8,因此,驅動輪所能提供的最大接觸摩擦力fsFN=0.8×10000=8000N;如果驅動滑板運動所需接觸摩擦力的最大值超過8000N,滑板與驅動輪間將出現(xiàn)打滑現(xiàn)象.在動力學仿真分析過程中,主驅動輪上出現(xiàn)的接觸摩擦力最大值為6380N,因此,滑板與驅動摩擦輪間將不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,10000N的彈簧壓緊力滿足設計要求.(2)接觸摩擦力的穩(wěn)定值對驅動輪的強度和疲勞壽命分析有影響.在穩(wěn)定工作狀態(tài)下,在驅動摩擦輪轉動過程中,摩擦輪與滑板反復接觸加載、卸載,摩擦輪每轉一周,圓周上的應力變化均相同,材料將產生疲勞破壞問題.動力學仿真分析中得到的接觸摩擦力的穩(wěn)定值可以作為載荷條件加載到摩擦輪的精細有限元分析中,進而分析得出驅動摩擦輪的疲勞壽命.4滑動仿真分析對滑板輸送機內飾線