CC BY
15УДК 519.248
Половинченко М.И.
аспирант,
Донской государственный технический университет,
Ростов-на-Дону Дубровина А.И. магистр,
Донской государственный технический университет,
Ростов-на-Дону Polovinchenko M.I.
Postgraduate Student, Don State Technical University, Rostov-on-Don Dubrovina A.I. Master's Degree, Don State Technical University, Rostov-on-Don E-mail: [email protected]
Моделирование и симуляция в пакете MATLAB/SIMULINK: механизм прессования Modeling and simulation in the MATLAB/SIMULINK package: pressing mechanism
Аннотация: В данном исследовании изучается конструкция и кинематический анализ кривошипно-ползункового механизма для кривошипно-шатунного пресса. Кривошипно-ползунковый механизм обычно применяется на практике в качестве альтернативы прямому и непрямому приводу. Поскольку дешевизна, гибкость и управляемость становятся все более важными во многих отраслях промышленности, особенно в автомобильной промышленности, в качестве приложения используется кривошипно-шатунный пресс с сервоприводом. Конструкция и кинематический анализ репрезентативного механизма представлены геометрическим анализом для обратной кинематики механизма с использованием желаемой концепции движения ползунка. Механизм смоделирован в пакете MATLAB/Simulink.
Abstract: This study examines the design and kinematic analysis of a crank-slider mechanism for a crank-rod press. The crank-slider mechanism is usually used in practice as an
alternative to direct and indirect drive. As cheapness, flexibility and controllability become increasingly important in many industries, especially in the automotive industry, a servo-driven crank press is used as an application. The design and kinematic analysis of the representative mechanism are represented by a geometric analysis for the inverse kinematics of the mechanism using the desired concept of slider movement. The mechanism is modeled in the MATLAB/Simulink package.
Ключевые слова: кинематический анализ; кривошипно-ползунковый механизм; привод; сервопривод; механизм; кривошипно-шатунный пресс; конструкция.
Keywords: kinematic analysis; crank-slider mechanism; drive; servo drive; mechanism; crank press; construction.
Процесс формования — это механическая деформация без удаления или добавления какой-либо детали, которая имеет большое значение в промышленности. Процессы формования листового металла и объемного металла часто используются в автомобильной промышленности [1]. Технологическое устройство представляет собой гидравлический и механический прессы. В то время как гидравлические прессы обеспечивают непосредственную гибкость, обычные механические прессы более надежны и точны, обеспечивают гибкость благодаря своим механизмам, таким как рычаги и шнек [2]. Исследования, посвященные сервопрессам, были сосредоточены на развитии серводвигателя в течение нескольких десятилетий. Сервопресс — это механический пресс, приводимый в действие серводвигателями. Наиболее важным преимуществом сервопрессов являются положительные свойства гидравлических и обычных механических прессов. Миеси представил недавнее появление сервопрессов как эпохальное событие, которое изменит и расширит возможности технологий производства прессов. Также он приводит типы сервопрессов Komatsu и сравнение движения типов прессов Осакада и другие представили подробное исследование технологии сервопрессов и обработки металлов давлением. Компания Kiper подготовила обзорное исследование по сервопрессам в промышленности. Другое их исследование посвящено входному проектированию сервогибридных прессов с карданной передачей.
Токуз и Джонс предложили гибридный привод, который состоит из одного сервопривода и одного обычного двигателя. Их гибридная конфигурация рассматривается как первая гибридная система привода и является основой гибридных сервопрессов. Sun и другие обсудили дальнейшие тенденции развития сервоприводных прессов переменного тока и ключевые проблемы. Хотя в литературе и промышленности существует множество механизмов пресса, обычно используемым механизмом в промышленности является кривошипно-ползунковый механизм. Серводвигательные кривошипные прессы обычно предпочтительнее из-за их подходящих размеров, простоты изготовления, длинных и регулируемых ходов, дешевизны и т.д. Сервопрессы управляются механизмами. Из-за проектирования механизма требуется кинематический и динамический анализ. Анализ может быть смоделирован численно или с помощью программного обеспечения. Сербест и другие смоделировали движение сидения и подъема человека с помощью Matlab/SimMechanics toolbox. Liu и другие разработали динамическую модель кривошипно-шатунного механизма без внешних воздействий с помощью Matlab / Simulink. Нагчаудхури [3] также изучал кривошипно-шатунный механизм. Фунг и другие представили кинематический и динамический анализ двух различных кривошипно-шатунных механизмов.
В ходе исследования был выбран сценарий движения, адаптируемый к кривошипно-шатунному прессу с сервоприводом, и был применен кинематический анализ сценария для механизма. Представлена модель Simulink с результатами моделирования.
Наиболее важным различием между обычными и сервопрессами является гибкость движения. В то время как характеристика движения обычных прессов обеспечивается конструкцией механизма, характеристика движения сервопрессов обеспечивается управлением приводом. Сценарий бесконечного движения может быть создан блоком управления из механизма. Свойство приобретать гибкость движения, например, при использовании гидравлических прессов. Гибкое движение сервопрессов представлено как концепция
свободного движения Миеси в 2004 году. Сравнение характеристик движения между обычным прессом и прессом свободного хода можно увидеть на рисунке 1. Интервал времени обработки в обычных прессах больше, чем в сервопрессах. Производители прессов имеют множество параметров выбора движения, таких как: кривошипный, мягкий, бесшумный, рычажный, пульсирующий, программируемый, маятниковый, чеканный, стопорный, итеративный и т.д. Некоторые из концепций движения сервопресса приведены на рисунке 2.
1 • .. . 40 ••• М
у
\
/ \ \ /
/ \\ 7 *—\ Л* \
7 ч\ / /
_/ / /
¡у
2.4 мс • 2S SPM Т,т*
\/! \ / V/
ЧУ Ш Crank J V/ Ji Link J __Soft
ч/ Pulsating 1J V/ Programming 4/ Pulsating 2
WV' w \J\f
Pendulum » Coining ^ Iterative
Time
Рисунок 1 — Сравнение обычного пресса с эксцентриковым приводом (синий) и сервомеханического пресса (красный)
Рисунок 2 — Некоторые концепции движения сервопрессов
Для исследования выбран кривошипно-шатунный пресс с сервоприводом. Определение механизма заключается в том, что длина кривошипа, угол кривошипа, длина штока, угол штока, положение ползуна задаются с параметрами г, 0, 1, в, y соответственно, как показано на рисунке 3. Соотношение шатуна и кривошипа ползункового кривошипно-шатунного механизма выбрано равным шести. Ход механизма составляет 700 мм, длина кривошипа встроенного механизма должна составлять 350 мм, а длина штока в шесть раз больше, чем 2100 мм. Сценарий плавного движения, созданный с помощью MATLAB/Curve Fitting toolbox [4], приведен на рисунке 4.
Рисунок 3 — Используемая модель Рисунок 4 — Сценарий плавного
механизма механизма кривошипно- движения (график положения и
шатунного пресса для анализа времени хода ползунка)
Модель механизма представлена с помощью MATLAB/Simulink toolbox [5] как показано на рисунках 5 и 6. На рисунке 7 представлено движение сервопривода кривошипно-шатунного механизма, а на рисунке 8 показано желаемое движение ползуна на выходе.
Кривошипно-ползунковый механизм моделируется с использованием платформы Matlab/Simulink. Можно расширить сценарии движения для слайдера с помощью сервоприводов. Пример движения исследуется с помощью обратной кинематики. Представлены результаты моделирования для его возможного применения. Они дают желаемую концепцию движения.
Рисунок 5 — Модель в Simulink
Рисунок 6 — Открытое состояние модели
подсистемы
Time (sec) ' Time (s)
Рисунок 7 — Входы сервопривода Рисунок 8 — Движение ползунка двигателя (вывод модели 81тои!)
Список литературы
1. Дьяконов В.П. Д93 MATLAB 6.5 SPl/7 + Simulink 5/6. Основы применения. Серия «Библиотека профессионала». — М.: СОЛОН Пресс, — 2005. — 800 с.
2. Дженкинс Г.М., Ваттс Д.Г. Спектральный анализ и его применение. — М.: Мир, — 1971.
3. Бирюков И.В., Савоськин А.Н., Бурчак Г.П. и др. Механическая часть тягового подвижного состава: Учебник для вузов ж.-д. трансп.; Под ред. Бирюкова И.В. — М.: Транспорт, — 1992. — 440 с.
4. Фундаментальные проблемы динамики и прочности подвижного состава // Юбилейный сборник науч. тр. — М.: МИИТ, 1997. — Вып. 912. — 103 с.
5. Гарг В.К., Дуккипати Р.В. Динамика подвижного состава: Пер. с англ. / Под ред. Н.А. Панькина. — М.: Транспорт, — 1988. — 391 с.
