基于腳本語(yǔ)言建模的鋼板輸送機(jī)內(nèi)飾線動(dòng)力學(xué)仿真分析

基于腳本語(yǔ)言建模的鋼板輸送機(jī)內(nèi)飾線動(dòng)力學(xué)仿真分析

0滑動(dòng)滑的內(nèi)飾線仿真分析滑動(dòng)臂收割機(jī)采用寬板作為主要承受，兩側(cè)摩擦輪作為動(dòng)力連續(xù)輸送，工作效率高，噪聲小。它被廣泛應(yīng)用于汽車生產(chǎn)中。利用升力，滑翔機(jī)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(jī)主要由滑板、摩擦驅(qū)動(dòng)和移行轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)等組成,其工作原理為:主驅(qū)動(dòng)摩擦輪依靠彈簧壓緊裝置壓緊在滑板兩側(cè),當(dāng)主驅(qū)動(dòng)摩擦輪在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí),滑板在摩擦輪接觸摩擦力的驅(qū)動(dòng)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(dòng)就形成連續(xù)輸送.滑板輸送機(jī)同時(shí)移動(dòng)車身和進(jìn)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(jī)輸送線見圖1,矩形布置滑板輸送機(jī)內(nèi)飾線見圖2.滑板輸送機(jī)內(nèi)飾線在工作過程中,主要通過位于內(nèi)飾線后端的3對(duì)主驅(qū)動(dòng)摩擦輪帶動(dòng)整條內(nèi)飾線運(yùn)行.由于整條內(nèi)飾線上滑板和車身數(shù)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(yùn)行所需摩擦驅(qū)動(dòng)力的大小.主驅(qū)動(dòng)摩擦輪依靠正向彈簧壓緊力壓緊在滑板的兩側(cè),如果彈簧壓緊力過大,那么會(huì)造成摩擦輪過度磨損,影響壽命;彈簧壓緊力不足,又會(huì)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(jī)內(nèi)飾線設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容.以往對(duì)于滑板輸送機(jī)的整體設(shè)計(jì),往往憑借經(jīng)驗(yàn)或感覺,無(wú)任何理論或計(jì)算分析依據(jù),容易造成設(shè)計(jì)缺欠或?qū)е鹿收?無(wú)法正常運(yùn)行.對(duì)滑板輸送機(jī)內(nèi)飾線的工作過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析.由于整條內(nèi)飾線上滑板、車身等數(shù)量很多,僅靠傳統(tǒng)手動(dòng)方法進(jìn)行裝配和設(shè)定條件是不可行的,因此在建模過程中引入腳本語(yǔ)言建模方法,通過特定的循環(huán)規(guī)律,自動(dòng)完成滑板輸送機(jī)內(nèi)飾線動(dòng)力學(xué)仿真模型的建立和分析條件的設(shè)定;并將內(nèi)飾線上的阻力條件轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦摩阻力偶施加到仿真模型中,獲得內(nèi)飾線在連續(xù)輸送條件下突然啟動(dòng)時(shí)所需最大摩擦驅(qū)動(dòng)力和連續(xù)工作時(shí)所需穩(wěn)定摩擦驅(qū)動(dòng)力的大小;同時(shí),驗(yàn)證主驅(qū)動(dòng)摩擦輪的彈簧壓緊力是否滿足設(shè)計(jì)要求.分析結(jié)果對(duì)滑板輸送機(jī)的整體設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)摩擦輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義.1摩擦摩擦摩阻力偶在動(dòng)力學(xué)分析過程中,首先建立單個(gè)滑板模型在與驅(qū)動(dòng)輪的接觸摩擦作用下,沿固定導(dǎo)軌滾動(dòng)前行的動(dòng)力學(xué)仿真分析模型,對(duì)分析方法的可行性和合理性進(jìn)行驗(yàn)證分析.動(dòng)力學(xué)仿真分析的驗(yàn)證模型見圖3.該模型包括1個(gè)滑板、1個(gè)工件、4個(gè)滾輪、2個(gè)驅(qū)動(dòng)摩擦輪和2條導(dǎo)軌等.在建模過程中,所有實(shí)體模型均進(jìn)行合理簡(jiǎn)化,但關(guān)鍵連接位置、實(shí)體的質(zhì)心位置、實(shí)體的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等均與真實(shí)幾何模型保持一致.驗(yàn)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(gè)滾輪鉸接.(3)滾輪與導(dǎo)軌建立接觸摩擦關(guān)系,最大靜摩擦因數(shù)設(shè)定為0.8.(4)驅(qū)動(dòng)輪與滑板建立接觸摩擦關(guān)系,最大靜摩擦因數(shù)也設(shè)定為0.8.(5)驅(qū)動(dòng)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(shù)為1000N·s/mm.(6)在滑板運(yùn)行中起到穩(wěn)定導(dǎo)向作用的部分,轉(zhuǎn)化為滑板與導(dǎo)軌(大地)間的x-z平面約束關(guān)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(dǎo)軌間的滾動(dòng)摩擦摩阻力偶的作用.滾阻力偶的論述見圖4.(8)最后,驅(qū)動(dòng)輪在鉸接的旋轉(zhuǎn)角速度驅(qū)動(dòng)作用下轉(zhuǎn)動(dòng),角速度驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)滑板前行.圖4中,圓輪重力為W,半徑為r,考慮滾動(dòng)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?fàn)顟B(tài).先在輪心處作用1個(gè)水平力FP,當(dāng)FP較小時(shí),經(jīng)驗(yàn)表明圓輪不滑也不滾,仍處于靜止?fàn)顟B(tài),故存在靜滑動(dòng)摩擦力F阻礙圓輪的滑動(dòng),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(shí)際上是靜止的,可見還存在一個(gè)阻礙圓輪滾動(dòng)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(yàn)表明,最大滾阻力偶Mf,max與重力W成正比,即式中:比例系數(shù)δ稱為滾阻系數(shù),具有長(zhǎng)度量綱.滾阻系數(shù)一般與接觸面的材料硬度等因素有關(guān),與輪的直徑無(wú)關(guān).圓輪的滑動(dòng)條件為式中:fs為靜摩擦因數(shù).圓輪的滾動(dòng)條件為一般地,δ/r≤fs,因此圓輪受力容易發(fā)生滾動(dòng),而不是滑動(dòng);發(fā)生滾動(dòng)所需力的大小也比發(fā)生滑動(dòng)要小很多.通常情況下,滑板與導(dǎo)軌間的等效阻力因數(shù)δ/r為0.03,而聚氨酯橡膠輪與鋼軌間的靜摩擦因數(shù)fs約為0.8,遠(yuǎn)大于等效阻力因數(shù),因此,滾輪在導(dǎo)軌上可以自由滾動(dòng),而無(wú)相對(duì)滑動(dòng).滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為80mm,等效阻力因數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的滾阻系數(shù)δ即為2.4mm.2彈簧預(yù)緊力的建立按照驗(yàn)證模型建立的方法,分別建立內(nèi)飾線1和2的動(dòng)力學(xué)仿真分析模型.建模過程采用動(dòng)力學(xué)分析軟件循環(huán)語(yǔ)句控制的腳本語(yǔ)言全自動(dòng)建模方法,具體流程如下.(1)按照順序分別導(dǎo)入滑板、工件、滾輪、驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)軌幾何模型等.(2)利用循環(huán)語(yǔ)句分別設(shè)定滑板、工件、滾輪、驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)軌等各部分的質(zhì)量.(3)利用循環(huán)語(yǔ)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(yǔ)句創(chuàng)建相鄰滑板間的接觸關(guān)系,滾輪與導(dǎo)軌間的接觸關(guān)系.(5)創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)輪與大地的彈簧預(yù)緊力和鉸接約束,創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)輪與相鄰滑板的接觸關(guān)系.(6)創(chuàng)建導(dǎo)軌與大地的固定約束,在驅(qū)動(dòng)輪上施加角速度驅(qū)動(dòng),進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析.2.1主驅(qū)動(dòng)輪與4.2接觸摩擦內(nèi)飾線1動(dòng)力學(xué)仿真分析模型中包含36個(gè)滑板,36個(gè)工件,144個(gè)滾輪,1對(duì)后端QG01轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng),3對(duì)QZ01~QZ03主驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪,1對(duì)前端QS01減速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪以及1對(duì)QG02轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪等.內(nèi)飾線1動(dòng)力學(xué)仿真分析模型整體和局部細(xì)節(jié)見圖5.在模型中相鄰的滑板間建立接觸關(guān)系,驅(qū)動(dòng)輪與相連的滑板間建立接觸摩擦關(guān)系,最大靜摩擦因數(shù)設(shè)為0.8,其他如驅(qū)動(dòng)輪的彈簧壓緊力、滾輪與導(dǎo)軌的接觸摩擦、滾輪鉸接位置的滾動(dòng)摩阻力偶等設(shè)置均與驗(yàn)證模型保持一致.在各驅(qū)動(dòng)輪上施加角速度驅(qū)動(dòng)條件,角速度大小條件如下.(1)QG01和QG02.角速度驅(qū)動(dòng)條件為:在0~1s,角速度由0增大到190(°)/s,之后恒定為190(°)/s,轉(zhuǎn)化為線速度條件約為20m/min.(2)QZ01~QZ03和QS01.角速度驅(qū)動(dòng)條件為:在0~1s,角速度由0增大到15(°)/s,之后恒定為15(°)/s,轉(zhuǎn)化為線速度條件約為2.4m/min.由于內(nèi)飾線1的整體主要在主驅(qū)動(dòng)QZ01~QZ03作用下驅(qū)動(dòng)前行,3對(duì)主驅(qū)動(dòng)輪上的受力最大,是整體線上最危險(xiǎn)的位置,因此,著重考察3對(duì)主驅(qū)動(dòng)輪與滑板間接觸摩擦力的變化.2.2主驅(qū)動(dòng)輪與內(nèi)飾線的約束副按照上述驗(yàn)證模型建立的方法,建立內(nèi)飾線2的動(dòng)力學(xué)仿真分析模型,模型中包含39個(gè)滑板、39個(gè)工件、156個(gè)滾輪、1對(duì)前端QG03轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)、3對(duì)QZ04~QZ06主驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪、1對(duì)后端QS02減速驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪以及1對(duì)QG04轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪等.內(nèi)飾線2與內(nèi)飾線1的不同之處在于內(nèi)飾線2比內(nèi)飾線1更長(zhǎng)一些,滑板和工件數(shù)量更多一些.建模過程同樣采用動(dòng)力學(xué)分析軟件腳本語(yǔ)言控制的全自動(dòng)建模方法,并且內(nèi)飾線2的剛體的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、接觸摩擦因數(shù)、彈簧壓緊力、滾阻力偶以及各驅(qū)動(dòng)輪的角速度驅(qū)動(dòng)等的分析設(shè)定,與內(nèi)飾線1的分析設(shè)定保持一致.最后,同樣考察3對(duì)主驅(qū)動(dòng)輪與滑板間接觸摩擦力的變化.3計(jì)算與分析3.1酶活的檢驗(yàn)內(nèi)飾線1動(dòng)力學(xué)仿真分析時(shí)間步長(zhǎng)為0.01s,計(jì)算總時(shí)間為30s,滑板運(yùn)行約為1.2m,得到3對(duì)主驅(qū)動(dòng)輪與滑板間的接觸摩擦力變化,見圖6~8.根據(jù)內(nèi)飾線1的動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果,可以得到以下結(jié)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(yùn)行過程中,觀察各驅(qū)動(dòng)輪彈簧壓緊力變化曲線,發(fā)現(xiàn)彈簧壓緊力無(wú)變化,與預(yù)設(shè)值10000N基本保持一致.(3)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)輪與滑板間靜摩擦因數(shù)為0.8,根據(jù)之前的滾動(dòng)摩擦摩阻力偶理論,二者之間在純滾動(dòng)無(wú)滑動(dòng)條件下所能產(chǎn)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(shù)為0.03的條件下,主驅(qū)動(dòng)輪上的最大接觸摩擦力未超過8000N,因此,主驅(qū)動(dòng)輪與滑板之間的運(yùn)動(dòng)為純滾動(dòng),無(wú)打滑現(xiàn)象.(4)在滑板加速過程中,所需主驅(qū)動(dòng)輪的接觸摩擦力不僅需要克服滾輪與導(dǎo)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(dòng)過程中所需的接觸摩擦力瞬時(shí)值比勻速運(yùn)行時(shí)大很多.(5)在滑板加速運(yùn)動(dòng)過程中,主驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程中,QZ01~QZ03上的接觸摩擦力穩(wěn)定值均相同.3.2主驅(qū)動(dòng)輪與4.2動(dòng)力特性對(duì)比內(nèi)飾線2動(dòng)力學(xué)仿真分析時(shí)間步長(zhǎng)為0.01s,計(jì)算總時(shí)間為30s,滑板運(yùn)行約為1.2m,同樣得到3對(duì)主驅(qū)動(dòng)輪與滑板間的接觸摩擦力變化.內(nèi)飾線2動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果的結(jié)論與內(nèi)飾線1的仿真分析結(jié)果結(jié)論類似,只是從各主驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程中的接觸摩擦力穩(wěn)定值均更大一些,其原因是內(nèi)飾線2比內(nèi)飾線1長(zhǎng),滑板與工件數(shù)更多一些,所需驅(qū)動(dòng)力也更大一些.3.3驅(qū)動(dòng)輪所能提供的最大接觸作用力將內(nèi)飾線1和2的動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果匯總,等效阻力因數(shù)為0.03時(shí),各主驅(qū)動(dòng)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(jù)主驅(qū)動(dòng)裝置上的接觸摩擦力結(jié)果,可以得到以下結(jié)論:(1)接觸摩擦力的極大值對(duì)滑板與驅(qū)動(dòng)摩擦輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)是否打滑有影響.由于彈簧壓緊力設(shè)定為10000N,靜摩擦因數(shù)設(shè)定為0.8,因此,驅(qū)動(dòng)輪所能提供的最大接觸摩擦力fsFN=0.8×10000=8000N;如果驅(qū)動(dòng)滑板運(yùn)動(dòng)所需接觸摩擦力的最大值超過8000N,滑板與驅(qū)動(dòng)輪間將出現(xiàn)打滑現(xiàn)象.在動(dòng)力學(xué)仿真分析過程中,主驅(qū)動(dòng)輪上出現(xiàn)的接觸摩擦力最大值為6380N,因此,滑板與驅(qū)動(dòng)摩擦輪間將不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,10000N的彈簧壓緊力滿足設(shè)計(jì)要求.(2)接觸摩擦力的穩(wěn)定值對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的強(qiáng)度和疲勞壽命分析有影響.在穩(wěn)定工作狀態(tài)下,在驅(qū)動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,摩擦輪與滑板反復(fù)接觸加載、卸載,摩擦輪每轉(zhuǎn)一周,圓周上的應(yīng)力變化均相同,材料將產(chǎn)生疲勞破壞問題.動(dòng)力學(xué)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(xì)有限元分析中,進(jìn)而分析得出驅(qū)動(dòng)摩擦輪的疲勞壽命.4滑動(dòng)仿真分析對(duì)滑板輸送機(jī)內(nèi)飾線