液压破碎锤的三维建模及改进设计.pdf

4 2 杨国平等 液压破碎锤的三维建模及改进设计 第 5期 表 1 Y C7 0液压破碎锤的主要技术参数 a 改进前 b 改进后 图2改进前后液压破碎锤三维装配模型 4 Y C 7 0液压破碎锤的改进设计 4 ． 1 Y C 7 0液压破碎锤结构改进方案 通过分析原始模型的结构， 已发现结构中不合理的地方， 需 改进的零件及改进方案， 如表 2 所示。 表 2零件 的改进方案及其原 因 需改进零件名称 改进方案 改进原因 上缸套 中 缸套 去除 下缸套 钢球 中缸体 厚橡胶垫 冲击活塞 销 钎杆 上缸体 连接法兰盘 下缸体 与冲击活塞和中缸体配合 要求高， 加工成本高 土 液压破碎锤工作环境恶劣， 易 在下缸体和下导向套之间卡死 内壁改为上缸套、 中缸 参照液压破碎锤主流设计， 套、 下缸套的内壁形状， 简化零件数量， 降低加工 一 体化设计 装配难度 利于密封， 也可缓解 钎杆回弹的冲击 头部改为大曲率半径 改善应力状况 对称增加一根 改善钎杆的变形状况 头部呈 十字形螺丝刀状 改善应力状况 尺寸随中缸体变化 4 ． 2主要零件的有限元分析 4 ． 2 ． 1冲击活塞 将由P r o ／ E建立的模型保存为i g s 格式并导入 A N S Y S 有限元 软件， 采用三角形网格， 在活塞底部添加全约束以限制冲击活塞各 个方向的位移， 并在活塞顶部施力 I1 垂直向下的均布载荷 3 9 MP a 。 材 料弹性模量为 2 ． 1 E l 1 P a ， 泊松比为 0 ．3 。原始模型和改进模型的应 力云图和位移云图， 如图3 所示。分析结果汇总， 如表 3 所示。 如图 4 、 图 6所示 ， 由于活塞主要受到垂直向下的力， 因此， 此方向上的位移最大， 最大位移值出现在冲击活塞的顶面。活塞 从上到下 ， 位移值从大到小均匀分布。 如图 3 、 图5所示 ， 最大应力值并不出现在冲击活塞的底面， 即与钎杆接触的面， 其值与冲击器顶部的应力值基本一样， 整个 活塞应力值大小分布均匀， 相比之下， 直径较大的圆柱体应力值 较小， 最大应力值出现在冲击活塞的台肩处。台肩处的应力突变 最大， 易受损， 而且当冲击活塞工作时， 台肩处的下承压面还要承 受压力油的作用 ， 即与钎杆冲击完毕后， 立即受到 9 MP a的压力 油。 因此， 液压破碎锤台肩处的受力较大。 如表 3所示的数据对 比， 可知最大应力值减少 4 ．3 2 ％， 最小应力值减少 1 3 ．9 8 ％， 最大位 移值减少0 ． 9 1 ％， 改进效果良好。 图 3原始模型的应力云图 图 4原始模型 的位移云图 图5改进模型的应力云图 图6改进模型的位移云图 表 3冲击活塞改进前后的数据对比 4 ． 2 ． 2钎 杆 将由P r 0 建立的模型保存为i g s 格式并导人 A N S Y S 有限元 软件 采用三角形网格， 在钎杆底部添加全约束以限制钎杆各个方 向的位移， 并在钎杆顶部施加垂直向下的均布载荷 6 8 MP a 。材料弹 性模量为 2 ． 1 E 1 1 P a ， 泊松比为 0 ． 3 。钎杆原始模型和改进模型的应 力云图和位移云图， 如图7 ～ 1 2 所示。 分析结果汇总， 如表4 所示。 图 7原始模 型的应力云图 图 8原始模型的应力云图 细节 图9原始模型的位移云图 图1 0改进模型的应力云图 图 1 l改进模型的应力云图 细节 图 1 2改进模型的位移云 图 第 5期 2 0 1 1 年 5月 机械 设 计 与 制造 M a c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 43 文章 编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 5 0 0 4 3 0 3 基于 P r o t e u s 的步进电机加减速控制辅助设计方法 张利君张吉堂 中北大学 机械工程与 自动化学院， 太原 0 3 0 0 5 1 Ai d e d d e s i g n me t h o d s f o r a c c e l e r a t i n g a n d d e c e l er a t i n g c o n t r o l o f s t e p mo t or b a s e d o n p r o t e u s Z HA N G L i - j u n ， Z H AN G j i t a n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n gA u t o m a t i z a t i o n ， N o r t h U n i v e r s i t y o f C h i n a ， T a i y u a n 0 3 0 0 5 1 ， C h i n a 【 摘 要】 研究利用P r o t e u s 中的各种微控制器仿真模块实现步进电机加减速控制算法仿真， 并且可以 在 P r o t e u s中完成步进 电机控制系统的硬件电路设计， 同时再结合软件程序设计进行仿真 ， 最后通过 P r o t e u s 中的虚拟仪器记录分析仿真数据， 从而实现了为设计步进电 机加减速控制系 统提供了一条快速、 高效且低成 本的设计途径。举例采用单片机 A T 8 9 C 5 2 作为微控制器， 通过高级仿真图表导出仿真数据， 并利用M a t l a b 处理这些数据得到了 预想的加减速曲线， 证明方法在步进电机的加减速控制系统设计中可行}生 。 关键词 P r o t e u s ； 步进电机 ； 加减速 ； 仿真 【 A b s t r a c t 】 ／ t s t u d ie s t h e a l g o r i t h m s i m u la t i o n f o r s t e p p e r m o to r a c c e l e r at i n g a n d d e c e l e r at i n g c o n t r o l b y a p p l y i n g V 0 2 “ i O l l mi c r o - c o n t r o l l e r s i mu l ati o n mo d u l e i n P r o t e u s S o j wo J e ． I t c o u l d c o m p l e t e t h e h a r d wa r e c i r - c u i t d e s i g n f o r c o n t r o l s y s t e m o ft h e s t e p mo t o r ， and s i mu l at e t h e d e s i gn p r o g r a m w i t h t h e s o f t w are i n P r o t e u T h u s ． t h e s i mu l a t i o n d ata i s r e c o r d e d a n d an a l y z e d t h r o u g h v i r t u al i n s t r u me n t s i n P r o t e u s S O t o P r o v i d e a f a s t ， e f fic i e n t and l o w - c o s t d e s i gn a p p r o ach f o r s t e p p e r m o t o r acc e l e r ati n g and d e c e l e r ati n g c o n t r o l s y s t e m ． F o r e am p l e ． i t t a k e s t h e s i n g l e - c h i p c o mp u t e r A T8 9 C 5 2 a s t h e mi c r o - c o n t r o l l e r i h i c h s h o l Z i n d u c t t h e s i mu l ati o n d a t 0 t h r o u g h t h e a d v an c e d s i mu l ati o n c h art 。 t he n t h e ac c e l e r ati o n an d de c e l e r a t i o n c u r v e s e x pe c t e d s h o l Z 6 e o b t a i n e d e r p r o c e s s i n g t h e s e d ata t h r o u g h t h e Ma t l a b ， w h i c h s h o w s us i t i s f e a s i b l e t o d e s i gn e c o n t r o l s y s t e m oft h e s t e p m o t o r i n t h i s me t h o d Ke y wo r ds Pr ot e us ； S t e ppe r m o t o r； Ac c e l e r a t i o n an d de c e l e r a t i o n； S i m ul a t i on 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 1引言 步进电机是一种将电脉冲转换为机械角位移的机电执行元 件， 它的角位移量和输人脉冲的个数严格成正比， 在时间上与输 入脉冲同步， 非常适合于开环控制系统中， 而且价格低廉， 因此在 工程中得到了广泛的应用。但不同的工程应用场合， 其控制要求 不同， 需要的控制硬件和控制软件也不同， 怎样快速地设计出符 ★来稿日期 2 0 1 0 - 0 7 0 4 -k 基金项目 山西省科技攻关项目 2 0 1 0 0 3 2 1 0 5 6 - 0 2 表 4钎杆改进前后的数据对比 4 ． 3其他改进方面 除有限元分析的机械性能有改善之外， 改进后的模型在轻 量化、 经济性上也有些许进步。 1 ．0 6 4 4 0 5 4 x 1 0 ’ m m ， 质量为7 6 5 k g ， 改进 料体积为 1 D 0 6 6 2 2 5 1 O m m ， 质量为 7 2 7 5 7 k g ， 分别减 少 5 4 3 ％和4 ．8 9 ％， 此外， 由于去除了 匕 缸套、 中缸套、 下缸套， 减少了 合金钢原材料的使用并降低了 加工成本， 而增加体积较多的上缸体 所使用材料是经济 的球墨铸铁， 可见， 在制造成本上改进后的 椟型也取得了鞍．好的 果。 5 结论 在各项技术指标和基本工作原理不变的前提下 ， 对液压破 碎锤零部件进行改进设计， 并利用 P r o ／ E软件建立其机械本体和 控制元件的三维模型， 利用 A N S Y S 软件对液压破碎锤主要易损 部件一冲击活塞、 钎杆进行应力分析。通过对 YC 7 0液压破碎锤 的建模和分析， 改进后的模型在机械性能、 经济性 、 轻量化等方面 都取得了满意的结果， 达到了改进的目的。 参考文献 [ 1 ] 王雪 ， 龚进， 邹湘伏． 液压冲击器的研究状况和发展趋势[ J ] ．凿岩机械 气动工具 ， 2 0 0 6 3 1 9 2 3 ． [ 2 ] 许同乐， 夏明堂． 液压破碎锤的发展与研究状况[ J ] ．机械工程师， 2 0 0 5 6 2 0-2 1 ． [ 3 ] 范思源． 液压破碎锤计算机仿真与实验研究[ D ] [ 硕士学位论文] ． 上 海 上海交通大学 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 杨国平． 全液压独立无级调频调能液压冲击器的研究[ D ] [ 博士学位 论文] ．长沙 中南大学， 2 0 0 1 ． [ 5 ] 谢良 喜， 陶平．液压破碎锤工作状态下活塞的力学模型与应力分析[ J ] ． 工程机械 ， 2 0 0 7 3 8 4 4 _ 4 6 ． [ 6 ] 博弈工作室．A N S Y S 9 ． 0 经典产品基础教程与实例详解[ M] E 京 中国 水利水电出版社， 2 0 0 6 ．