滾切剪性能及其機(jī)構(gòu)綜合的研究.pdf

1、本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金(51275067)的資助下，從某鋼鐵集團(tuán)滾切式定尺剪（簡(jiǎn)稱滾切剪）機(jī)組設(shè)備升級(jí)的工程實(shí)際出發(fā)，在對(duì)剪切過(guò)程力學(xué)特性和剪刃運(yùn)動(dòng)特性研究的基礎(chǔ)上，建立了基于最優(yōu)化瞬心線的滾切剪七桿機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)綜合模型;提出使用相對(duì)鞍圓點(diǎn)和松弛系數(shù)法處理多剛體的浮動(dòng)離散位置集，由此建立了平面七桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合的相對(duì)鞍點(diǎn)規(guī)劃求解模型;以實(shí)際使用的滾切剪優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題為算例進(jìn)行了驗(yàn)證分析，結(jié)果表明滾切剪性能得到了較大提升，這為平面機(jī)構(gòu)尺度

2、綜合提供一種新的有效方法，為我國(guó)滾切剪設(shè)備的自主研發(fā)提供了一定的理論支持。
　　滾切剪設(shè)計(jì)最終是為了獲得高效、高質(zhì)量的剪切性能，因此本論文從金屬板材剪切過(guò)程的力學(xué)特性出發(fā)，首先分析了剪切變形各階段材料的變形和應(yīng)力特征，給出了剪切力的理論計(jì)算公式，完成了對(duì)鋼板剪切的變形、斷裂和分離過(guò)程的有限元模擬;設(shè)計(jì)并建立了剪切力加載、標(biāo)定和測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成對(duì)鋼板剪切過(guò)程中的剪切力、剪切位移和相對(duì)滑移剪切特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)有限元仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)

3、試相結(jié)合的方式研究了鋼板剪切變形過(guò)程、剪切力特性及其影響因素，為滾切剪的剪刃受力特性分析和剪切力計(jì)算提供了依據(jù)。
　　其次，在對(duì)滾切剪完整工藝動(dòng)作分析的基礎(chǔ)上，給出了滾切剪的重疊量、開(kāi)口度、剪切角等的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)要求和上、下剪刃幾何參數(shù)的確定方法，并選擇七連桿式滾切剪機(jī)構(gòu)作為設(shè)計(jì)對(duì)象;在對(duì)上刀體運(yùn)動(dòng)特征分析的基礎(chǔ)上，提取剪刃相對(duì)滑移量、切深和剪切角三個(gè)參數(shù)作為最優(yōu)化剪切性能的控制量，推導(dǎo)出了滾切剪七桿機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)方程，從理論上闡

4、明了純滾運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的本質(zhì)是獲得剛體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)、定瞬心線與相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸線的最佳對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此建立了基于最優(yōu)化瞬心線的機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)動(dòng)綜合模型。
　　為了完成對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合模型的求解，同時(shí)綜合考慮解的存在性和算法的收斂性，避免計(jì)算結(jié)果陷入局部最優(yōu)解，將滾切剪機(jī)構(gòu)的尺度綜合問(wèn)題轉(zhuǎn)化為剛體離散多位置的運(yùn)動(dòng)綜合問(wèn)題進(jìn)行建模和求解;綜合利用機(jī)構(gòu)拆分、坐標(biāo)變換、機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)等方法分別建立圓弧軌跡曲線約束與鞍圓點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及二桿組軌跡曲線約束與相對(duì)鞍

5、圓點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將機(jī)構(gòu)的鉸鏈點(diǎn)和桿長(zhǎng)搜索問(wèn)題分類轉(zhuǎn)化為鞍圓點(diǎn)和相對(duì)鞍圓點(diǎn)規(guī)劃問(wèn)題;根據(jù)滾切剪的雙曲柄和上刀體的運(yùn)動(dòng)特征給出多剛體的初始離散位置集，創(chuàng)新性的使用松弛系數(shù)法將之轉(zhuǎn)化為可浮動(dòng)的離散位置集，最終建立了滾切剪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合的相對(duì)鞍點(diǎn)規(guī)劃求解模型。
　　最后，以雙軸雙曲柄七連桿式滾切剪的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題為算例進(jìn)行了驗(yàn)證分析。結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)方案的上剪刃廓線中點(diǎn)在剪切階段的水平位移變動(dòng)量相比于原始方案降低了約80.1％，剪切過(guò)程中的上