基于脚本语言建模的钢板输送机内饰线动力学仿真分析

基于脚本语言建模的钢板输送机内饰线动力学仿真分析

0滑动滑的内饰线仿真分析滑动臂收割机采用宽板作为主要承受，两侧摩擦轮作为动力连续输送，工作效率高，噪声小。它被广泛应用于汽车生产中。利用升力，滑翔机可以将螺钉连接到任何位置，也可以通过升力装置将螺钉体配置到传输装置和地下，方便、灵活，可靠性。滑板输送机主要由滑板、摩擦驱动和移行转运系统等组成,其工作原理为:主驱动摩擦轮依靠弹簧压紧装置压紧在滑板两侧,当主驱动摩擦轮在电机带动下旋转时,滑板在摩擦轮接触摩擦力的驱动作用下前行;该滑板靠此推力又将前面相邻的滑板向前推送,这样,滑板与滑板间的依次推动就形成连续输送.滑板输送机同时移动车身和进行装配的操作工人,使工人在装配工序的操作更加容易.滑板输送机输送线见图1,矩形布置滑板输送机内饰线见图2.滑板输送机内饰线在工作过程中,主要通过位于内饰线后端的3对主驱动摩擦轮带动整条内饰线运行.由于整条内饰线上滑板和车身数量巨大,滑板与轨道间存在阻力等因素影响,很难定量地判断出整体系统运行所需摩擦驱动力的大小.主驱动摩擦轮依靠正向弹簧压紧力压紧在滑板的两侧,如果弹簧压紧力过大,那么会造成摩擦轮过度磨损,影响寿命;弹簧压紧力不足,又会造成摩擦轮与滑板间出现打滑现象,因此,给摩擦轮提供合理大小的正向弹簧压紧力,也是滑板输送机内饰线设计的重要内容.以往对于滑板输送机的整体设计,往往凭借经验或感觉,无任何理论或计算分析依据,容易造成设计缺欠或导致故障,无法正常运行.对滑板输送机内饰线的工作过程进行动力学仿真分析.由于整条内饰线上滑板、车身等数量很多,仅靠传统手动方法进行装配和设定条件是不可行的,因此在建模过程中引入脚本语言建模方法,通过特定的循环规律,自动完成滑板输送机内饰线动力学仿真模型的建立和分析条件的设定;并将内饰线上的阻力条件转化为滚动摩擦摩阻力偶施加到仿真模型中,获得内饰线在连续输送条件下突然启动时所需最大摩擦驱动力和连续工作时所需稳定摩擦驱动力的大小;同时,验证主驱动摩擦轮的弹簧压紧力是否满足设计要求.分析结果对滑板输送机的整体设计和驱动摩擦轮的详细设计具有重要的指导意义.1摩擦摩擦摩阻力偶在动力学分析过程中,首先建立单个滑板模型在与驱动轮的接触摩擦作用下,沿固定导轨滚动前行的动力学仿真分析模型,对分析方法的可行性和合理性进行验证分析.动力学仿真分析的验证模型见图3.该模型包括1个滑板、1个工件、4个滚轮、2个驱动摩擦轮和2条导轨等.在建模过程中,所有实体模型均进行合理简化,但关键连接位置、实体的质心位置、实体的质量和转动惯量等均与真实几何模型保持一致.验证模型的主要建模流程如下:(1)工件与滑板固定连接.(2)滑板与4个滚轮铰接.(3)滚轮与导轨建立接触摩擦关系,最大静摩擦因数设定为0.8.(4)驱动轮与滑板建立接触摩擦关系,最大静摩擦因数也设定为0.8.(5)驱动轮通过弹簧压紧力压紧在滑板上,弹簧压紧力为10000N,弹簧刚度为7550N/mm,阻尼系数为1000N·s/mm.(6)在滑板运行中起到稳定导向作用的部分,转化为滑板与导轨(大地)间的x-z平面约束关系.(7)在滑板与滚轮的铰接位置施加摩擦阻力作用,以此模拟滚轮与导轨间的滚动摩擦摩阻力偶的作用.滚阻力偶的论述见图4.(8)最后,驱动轮在铰接的旋转角速度驱动作用下转动,角速度驱动条件为:在0~1s,角速度由0增大到130(°)/s,之后恒定为130(°)/s,通过与滑板的接触摩擦作用驱动滑板前行.图4中,圆轮重力为W,半径为r,考虑滚动摩擦下的平衡问题,圆轮在重力W和地面反力FN的作用下处于静止状态.先在轮心处作用1个水平力FP,当FP较小时,经验表明圆轮不滑也不滚,仍处于静止状态,故存在静滑动摩擦力F阻碍圆轮的滑动,由水平方向受力平衡可知,F=FP.力FP与F组成力偶,其力偶矩m=FPr,非零;然而圆轮实际上是静止的,可见还存在一个阻碍圆轮滚动的约束力偶,称为滚阻力偶,记为Mf.由力偶平衡条件得Mf=FPr,故滚阻力偶Mf随着力FP的增大而增大.滚阻力偶的Mf极限值称为最大滚阻力偶,记为Mf,max,即试验表明,最大滚阻力偶Mf,max与重力W成正比,即式中:比例系数δ称为滚阻系数,具有长度量纲.滚阻系数一般与接触面的材料硬度等因素有关,与轮的直径无关.圆轮的滑动条件为式中:fs为静摩擦因数.圆轮的滚动条件为一般地,δ/r≤fs,因此圆轮受力容易发生滚动,而不是滑动;发生滚动所需力的大小也比发生滑动要小很多.通常情况下,滑板与导轨间的等效阻力因数δ/r为0.03,而聚氨酯橡胶轮与钢轨间的静摩擦因数fs约为0.8,远大于等效阻力因数,因此,滚轮在导轨上可以自由滚动,而无相对滑动.滚轮的转动半径为80mm,等效阻力因数转化为相应的滚阻系数δ即为2.4mm.2弹簧预紧力的建立按照验证模型建立的方法,分别建立内饰线1和2的动力学仿真分析模型.建模过程采用动力学分析软件循环语句控制的脚本语言全自动建模方法,具体流程如下.(1)按照顺序分别导入滑板、工件、滚轮、驱动轮和导轨几何模型等.(2)利用循环语句分别设定滑板、工件、滚轮、驱动轮和导轨等各部分的质量.(3)利用循环语句创建滑板与工件的固定约束,滑板与滚轮的铰接约束.(4)利用循环语句创建相邻滑板间的接触关系,滚轮与导轨间的接触关系.(5)创建驱动轮与大地的弹簧预紧力和铰接约束,创建驱动轮与相邻滑板的接触关系.(6)创建导轨与大地的固定约束,在驱动轮上施加角速度驱动,进行动力学仿真分析.2.1主驱动轮与4.2接触摩擦内饰线1动力学仿真分析模型中包含36个滑板,36个工件,144个滚轮,1对后端QG01转换驱动,3对QZ01~QZ03主驱动转轮,1对前端QS01减速驱动转轮以及1对QG02转换驱动转轮等.内饰线1动力学仿真分析模型整体和局部细节见图5.在模型中相邻的滑板间建立接触关系,驱动轮与相连的滑板间建立接触摩擦关系,最大静摩擦因数设为0.8,其他如驱动轮的弹簧压紧力、滚轮与导轨的接触摩擦、滚轮铰接位置的滚动摩阻力偶等设置均与验证模型保持一致.在各驱动轮上施加角速度驱动条件,角速度大小条件如下.(1)QG01和QG02.角速度驱动条件为:在0~1s,角速度由0增大到190(°)/s,之后恒定为190(°)/s,转化为线速度条件约为20m/min.(2)QZ01~QZ03和QS01.角速度驱动条件为:在0~1s,角速度由0增大到15(°)/s,之后恒定为15(°)/s,转化为线速度条件约为2.4m/min.由于内饰线1的整体主要在主驱动QZ01~QZ03作用下驱动前行,3对主驱动轮上的受力最大,是整体线上最危险的位置,因此,着重考察3对主驱动轮与滑板间接触摩擦力的变化.2.2主驱动轮与内饰线的约束副按照上述验证模型建立的方法,建立内饰线2的动力学仿真分析模型,模型中包含39个滑板、39个工件、156个滚轮、1对前端QG03转换驱动、3对QZ04~QZ06主驱动转轮、1对后端QS02减速驱动转轮以及1对QG04转换驱动转轮等.内饰线2与内饰线1的不同之处在于内饰线2比内饰线1更长一些,滑板和工件数量更多一些.建模过程同样采用动力学分析软件脚本语言控制的全自动建模方法,并且内饰线2的刚体的质量和转动惯量、接触摩擦因数、弹簧压紧力、滚阻力偶以及各驱动轮的角速度驱动等的分析设定,与内饰线1的分析设定保持一致.最后,同样考察3对主驱动轮与滑板间接触摩擦力的变化.3计算与分析3.1酶活的检验内饰线1动力学仿真分析时间步长为0.01s,计算总时间为30s,滑板运行约为1.2m,得到3对主驱动轮与滑板间的接触摩擦力变化,见图6~8.根据内饰线1的动力学仿真分析结果,可以得到以下结论:(1)滑板在0~1s,速度由静止加速至约2.4m/min,之后保持约2.4m/min匀速前行.(2)在滑板运行过程中,观察各驱动轮弹簧压紧力变化曲线,发现弹簧压紧力无变化,与预设值10000N基本保持一致.(3)设置的驱动轮与滑板间静摩擦因数为0.8,根据之前的滚动摩擦摩阻力偶理论,二者之间在纯滚动无滑动条件下所能产生的最大接触摩擦力理论值为fsFN=0.8×10000=8000N;在等效阻力因数为0.03的条件下,主驱动轮上的最大接触摩擦力未超过8000N,因此,主驱动轮与滑板之间的运动为纯滚动,无打滑现象.(4)在滑板加速过程中,所需主驱动轮的接触摩擦力不仅需要克服滚轮与导轨间的摩阻力偶的阻力作用,而且需要克服滑板本身的惯性力作用,因此,滑板启动过程中所需的接触摩擦力瞬时值比匀速运行时大很多.(5)在滑板加速运动过程中,主驱动QZ01上的接触摩擦力极大值小于QZ02和QZ03上的接触摩擦力极大值;在滑板匀速运动过程中,QZ01~QZ03上的接触摩擦力稳定值均相同.3.2主驱动轮与4.2动力特性对比内饰线2动力学仿真分析时间步长为0.01s,计算总时间为30s,滑板运行约为1.2m,同样得到3对主驱动轮与滑板间的接触摩擦力变化.内饰线2动力学仿真分析结果的结论与内饰线1的仿真分析结果结论类似,只是从各主驱动轮与滑板间的接触摩擦力变化曲线上看,滑板加速过程中的接触摩擦力极大值和匀速运动过程中的接触摩擦力稳定值均更大一些,其原因是内饰线2比内饰线1长,滑板与工件数更多一些,所需驱动力也更大一些.3.3驱动轮所能提供的最大接触作用力将内饰线1和2的动力学仿真结果汇总,等效阻力因数为0.03时,各主驱动摩擦轮与滑板间接触摩擦力极大值和稳定值见表1.根据主驱动装置上的接触摩擦力结果,可以得到以下结论:(1)接触摩擦力的极大值对滑板与驱动摩擦轮相对运动是否打滑有影响.由于弹簧压紧力设定为10000N,静摩擦因数设定为0.8,因此,驱动轮所能提供的最大接触摩擦力fsFN=0.8×10000=8000N;如果驱动滑板运动所需接触摩擦力的最大值超过8000N,滑板与驱动轮间将出现打滑现象.在动力学仿真分析过程中,主驱动轮上出现的接触摩擦力最大值为6380N,因此,滑板与驱动摩擦轮间将不会出现打滑现象,10000N的弹簧压紧力满足设计要求.(2)接触摩擦力的稳定值对驱动轮的强度和疲劳寿命分析有影响.在稳定工作状态下,在驱动摩擦轮转动过程中,摩擦轮与滑板反复接触加载、卸载,摩擦轮每转一周,圆周上的应力变化均相同,材料将产生疲劳破坏问题.动力学仿真分析中得到的接触摩擦力的稳定值可以作为载荷条件加载到摩擦轮的精细有限元分析中,进而分析得出驱动摩擦轮的疲劳寿命.4滑动仿真分析对滑板输送机内饰线