基于ADAMS的四连杆飞剪机剪切机构仿真分析

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飞剪是钢铁企业用来对金属坯料进行剪切加工，以便对其进行后续处理的设备。飞剪机的应用使轧钢生产迅速向高速化、连续化方向发展，其性能的优劣将直接影响轧制生产线的生产效率。对飞剪机基本结构、运动学、仿真优化以及有限元进行深人的研究，以提高飞剪机的剪切性能，对飞剪机的整机设计具有特别重要的意义。

对于飞剪机运动学的分析，常规的分析方法是图解法和解析法。但是，前者的设计精度低，后者的计算工作量大，必须借助计算机编程处理。但是，通过在ADAMS下的机构仿真，可以清楚的看到从动件的运动规律和运动特性，如果不符合设计者的要求，可以通过反复的修改动力学模型，在虚拟环境下模拟系统的运动，直到满足运动要求。这样可以在短时间内在不浪费材料的前提下，获得最优的设计方案。

1 四连杆飞剪机剪切机构设计要求/ 剪切机构的形式对主电机的功率影响非常大，对曲柄摇杆式的剪切机构而言，曲柄是个重要的机构参数。除了要考虑曲柄存在的条件外，还要注意以下几点：(1)上下剪刃的运动轨迹 m和 n为-定形状的封闭曲线 ，且具有-定的重叠度，保证剪刃返回时不阻碍轧件继续运动；(2)为了保证剪切品质，在剪切过程中要求两剪刃相对于轧件作垂直剪切运动，这既可以保证两剪刃的间隙均匀，又可减少剪切阻力；(3)在剪切区内，剪刃水平分速度 最好保持常数。 过高，将会引起拉钢”；V 过低，则引起缠刀”事故。两者都会导致轧件切废，并可能损坏剪刃。

故设计时-般取 (1-1.1)V。；(4)应保证上下刀刃有足够的开 口度和足够的加速角度。若开口度太小，有可能出现不剪切时轧件冲击刀刃。加速角度太猩能会出现进入剪切点时尚未达到匀速。

2 四连杆飞剪机剪切机构仿真分析ADAMS所提供的实体造型(s0lidModeling)功能并不适合于复杂三维模型的构建，所以-般情况都将3DCAD专业软件当作几何前处理器，在专业 CAD软件中建模后，将模型输入到 ADAMS中进行分析。由于 UG和ADAMS均使用 Parasolid内核，从 UG导人ADAMS后，两者的模型不会出现任何误差，最多是颜色有些偏差。所以本文将进行过优化设计的剪切机构部分在 UG里建模，在ADAMS里进行仿真分析。

图 1 剪切机构的装配建模 图2 施加约束和驱动后的机构模型在 UG中将装配模型(图 1)导出为 parasolid文件后导入 ADAMS并施加约束，如图2所示▲行仿收稿日期：2013-02-047作者简介：梁永江(1974-)，女，广西)p'kr1人 ，硕士，主要从事机械设计及其 自动化方面的科研和教学工作。

61《装备制造技术)2013年第 5期迹与 Y轴方向相垂直，所以标记点在 Y轴方向理论上无运动，速度曲线应为-条直线且值为 0，但由于晃动，此处出现很小的波动。从速度综合图上看，速度显示较为平稳。

在后处理拈中，查看剪切区域的刃口的速度如图 9所示，在剪切区域，优化后最大剪切速度为529 mm/s，仅为轧件运动速度的 1.06倍 ，可见改进后的剪切机构有效地解决了原始设计中的拉钢问题 ，- 定程度上优化了剪切性能。此外，在剪切区域内优化后的剪刃在水平方向上的速度变化较优化前平缓，更好地满足了同步性的要求。

f - l- ～ / 、 / // l/// 、漤截” 图9 剪切区域的刃口速度(4)剪切位置角的确定分析：如图 1O所示 ，在剪切区域 ，开始剪切时剪切位置角为 1.15o，即剪刃几乎与轧件垂直，虽然随着曲轴旋转，剪刃与轧件之间的夹角逐渐增大，但在剪切接近结束，即曲轴转角为 180。时，剪切角的值仍小于 5。，保证了两剪刃的间隙均匀 ，又可减少剪切阻力有效地提高剪切品质。

J - - f / / ， ， /。 L塑 ! E 6772 吲 /， / /3 结束语图 10 剪切位置角运用 ADAMS动态仿真软件对飞剪机剪切机构进行运动学仿真，所测得的刃口水平分速度、开始剪切角与终止剪切角、剪刃重叠度等，与理论值进行对比，发现仿真结果与实际情况很接近，较好地实现了预期目标。同时，也验证了采用虚拟样机进行动态仿真的可行性和可靠性，为设计手段的改进提供了依据。在传统设计的基础之上利用虚拟样机技术、运动仿真完善和优化飞剪机的设计，在理论与实际相结合的基础上对设计的结果做出正确的评估，其结果形象直观，提供了-种快速可靠的飞剪机剪切机构的设计方法。