新工裝投入鋼絲繩力學(xué)分析與仿真研究

何慶平，楊　猛，丘邦超（廣州明珞汽車裝備有限公司，廣東廣州　510535）

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新工裝投入鋼絲繩力學(xué)分析與仿真研究

何慶平，楊猛，丘邦超
（廣州明珞汽車裝備有限公司，廣東廣州510535）

摘要：針對(duì)新工裝的投入過程，運(yùn)用力學(xué)理論分析了新工裝安裝投入兩個(gè)階段的受力；同時(shí)采用Adams軟件對(duì)投入過程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與力學(xué)計(jì)算兩鋼絲繩受力大小基本一致。通過對(duì)新工裝投入過程中鋼絲繩受力的分析與仿真，可以確定工裝在運(yùn)動(dòng)過程中鋼絲繩的最大受力，從而為新工裝投入方案的葫蘆和鋼絲繩的選型以及方案確定提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：工裝投入；鋼絲繩；力學(xué)分析；仿真

0　引言

在自動(dòng)化制造企業(yè)中，怎樣快速地推出新的產(chǎn)品，更快的更新?lián)Q代，是贏得市場(chǎng)的關(guān)鍵。所以在生產(chǎn)線規(guī)劃過程中企業(yè)會(huì)考慮產(chǎn)品的平臺(tái)化，進(jìn)而可拓展線體的柔性化[1]。柔性拼裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)柔性線體的關(guān)鍵所在，但是，在投入工裝的過程都是隨著產(chǎn)品的發(fā)展而陸續(xù)進(jìn)行，這就要求在柔性拼裝工段投入生產(chǎn)后，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布置進(jìn)行新工裝的投入[2-3]。圖1為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的布置的情況，在柔性拼裝系統(tǒng)的兩端上下兩個(gè)工序都已經(jīng)沒有足夠空間進(jìn)行新工裝的投入，設(shè)備中間段下面布置的機(jī)械設(shè)備電器柜等還存在高度空間，存在新工裝投入的可實(shí)施方案，因此需要對(duì)此方案進(jìn)行計(jì)算與分析。

圖1　自動(dòng)拼裝系統(tǒng)

1　新工裝投入方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備布置的情況，可以將新工裝放置在自動(dòng)拼裝系統(tǒng)工位左側(cè)的通道上然后吊裝到安裝位。

新工裝首先水平放置，如圖2所示，在工裝的前端固定點(diǎn)A1和A2用兩根鋼絲繩連接到地面固定點(diǎn)的葫蘆上，以防止新工裝在起吊過程中的側(cè)移，從而撞壞工位上的設(shè)備；在新工裝的后端固定點(diǎn)A3和A4用兩根鋼絲繩連接到自動(dòng)拼裝系統(tǒng)鋼平臺(tái)上空中固定點(diǎn)的葫蘆。通過空中葫蘆的拉升力來升起新工裝，而通過地面葫蘆的縮放來控制新工裝上升過程的角度，從而避免碰撞到已運(yùn)行的自動(dòng)拼裝系統(tǒng)工位的其他設(shè)備。

圖2　新工裝投入過程示意

2　方案投入過程受力分析

新工裝采用上述投入方案受力過程可以分為兩個(gè)階段來看[4]：第一個(gè)階段為空中葫蘆拉升，地面葫蘆固定住新工裝，新工裝與地面的夾角不斷增大的過程。第二個(gè)階段為空中葫蘆的拉升力使得新工裝升離地面，慢慢向目標(biāo)安裝位置移動(dòng)，地面葫蘆通過緩慢釋放鋼絲繩來控制新工裝的水平夾角，同時(shí)防止地面鋼絲繩的拉力過大，引起空中鋼絲繩的拉力過大。其中新工裝在兩個(gè)階段的受力分別如圖3和圖4所示，現(xiàn)對(duì)投入方案的兩個(gè)過程列力和力矩平衡方程，有：

第一階段：

第二階段：

此設(shè)計(jì)的新工裝重量約為4 t，在第一階段，鋼絲繩T1夾角θ1=12.1°，工裝水平夾角θ3=42.2°，可求解鋼絲繩的拉力T1=49 827 N，工裝前端受到的支反力T2=10 440 N和T3=9 481 N，此時(shí)起升鋼絲繩將要拉起工裝；在第二階段，工裝將要拉升至安裝位置時(shí)，鋼絲繩T1夾角θ1= 0.1°，鋼絲繩T2夾角θ2=25°，工裝水平夾角θ3= 84.5°，可求解鋼絲繩的拉力T1=39 860 N，鋼絲繩的拉力T2=48 N。

圖3　第一階段工裝受力

圖4　第二階段工裝受力

3　方案運(yùn)動(dòng)仿真模型

根據(jù)新工裝投入的狀態(tài)變化過程，采用動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)仿真軟件Adams中Cable模塊模擬鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)[5-7]，以此建立新工裝投入方案的運(yùn)動(dòng)仿真模型如圖5所示。采用滑輪來模擬空中和地面葫蘆的拉升和釋放過程，將模型新工裝的重量設(shè)為4 t，滑輪固定點(diǎn)距離工裝模型端部的距離為1 000 mm，將仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為18 s，鋼絲繩1 以200 mm/s的速度勻速運(yùn)行，鋼絲繩2 在0～6 s靜止不動(dòng)，6 s后開始以200 mm/s速度運(yùn)行，到9 s時(shí)運(yùn)行速度為300 mm/s，以300 mm/s運(yùn)行到仿真結(jié)束。

圖5　新工裝投入的運(yùn)動(dòng)仿真模型

4　方案仿真結(jié)果

仿真時(shí)間結(jié)束，查看仿真過程中鋼絲繩1和鋼絲繩2的受力分別如圖6和圖7所示?？梢詮膱D中看出，將工裝揚(yáng)起時(shí)兩鋼絲繩的拉力緩慢增大，工裝在拉升約6.1 s后開始脫離地面，引起鋼

圖6　鋼絲繩1在工裝投入過程受力曲線

圖7　鋼絲繩2在工裝投入過程受力曲線

比較新工裝投入方案的受力計(jì)算和運(yùn)動(dòng)仿真，因鋼絲繩1在仿真過程中與豎直向的夾角變化較小，不受其他變量影響，計(jì)算較為準(zhǔn)確；在新工裝揚(yáng)起階段，計(jì)算鋼絲繩1受力最大為49 827 N與仿真的49 542 N相對(duì)應(yīng)，在新工裝升起階段，鋼絲繩1受力最小為39 860 N與仿真的39 240 N相對(duì)應(yīng)；綜上知鋼絲繩1的受力計(jì)算與仿真計(jì)算結(jié)果相近，從而認(rèn)為鋼絲繩2的最大拉力T2為30 817 N仿真結(jié)果可靠。

5　結(jié)論

通過對(duì)新工裝投入方案進(jìn)行受力計(jì)算和運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，確定兩根鋼絲繩的最大拉力值，可得，在選取一定安全系數(shù)的載重葫蘆，采用葫蘆將水平放置的新工裝吊裝到工裝軌道上進(jìn)行定位安裝的方案是可行的。從而為新工裝投入方案的葫蘆和鋼絲繩的選型以及方案確定提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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(編輯：阮毅)

Mechanical Analysis and Simulation Research of New Frame Hoisting Wire Rope on Flexible Framing System

HE Qing-ping，YANG Meng，QIU Bang-chao
（Guangzhou MINO Automotive Equipment Co.，Ltd.，Guangzhou510535，China）

Abstract:For the proposal of new weld frame mounting,do mechanical calculation through the two processes,and also use ADAMS to simulation the moving,It can find out the acting forces of two wire ropes are close by simulation and mechanical calculation.It can make sure the maximum force of two wire ropes with frame moving by mechanical calculation and simulation,so it can choose the certain type of wire ropes and hand screw to determine frame mount proposal.

Key words:frame mount；wire rope；mechanical calculation；simulation

作者簡(jiǎn)介：第一何慶平，男，1985年生，湖北人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：汽車裝備的設(shè)計(jì)與分析。已發(fā)表論文2篇。

收稿日期：2015－05－26

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 013

中圖分類號(hào)：TD532

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 ( 2015 ) 11－0047－02