一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法技术

一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法，首先获取抱辊机构的结构参数，其次确定液压缸活塞杆的极限长度以及抱辊机构运动空间的最大与最小极限角度，进而获得抱辊机构的运动空间极限角度。在该过程中，用抱辊机构所能达到的最大极限角度θmax和最小极限角度θmin构成的运动空间极限角度范围[θmin,θmax]表示抱辊机构的运动空间极限角度。本发明专利技术为抱辊机构的结构参数设计与智能环轧设备的研制奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法
本专利技术属于环件辗轧成形加工领域，具体涉及一种确定抱辊机构运动空间极限角度的方法。
技术介绍
环件辗轧是一种重要的零件成形先进技术，抱辊机构在环轧过程中起着保证稳定性及环件圆度的重要作用。因此，抱辊机构的合理设计是关键
技术实现思路
。Jenkouk等(JenkoukV,HirtG,FranzkeM,etal.Finiteelementanalysisoftheringrollingprocesswithintegratedclosed-loopcontrol[J].CIRPAnnals-ManufacturingTechnology,2012,61(1):267-270.)提出了一种抱辊机构用于环件辗轧成形，但抱辊机构结构参数的设计仍依赖于经验和试错方法，导致抱辊机构的设计缺乏科学依据。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的抱辊机构结构参数的设计依赖于经验和试错方法的不足，本专利技术提出了一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法。本专利技术的具体过程是：步骤1，获取抱辊机构的结构参数：所述抱辊机构的结构参数包括连杆固定铰点C的坐标点(xC,zC)、液压缸固定铰点H的坐标点(xH,zH)、杆件CD与杆件BC间的夹角θ1、杆件BC与杆件AB间的夹角θ2、杆件AB的长度l1、杆件BC的长度l2、杆件CD的长度l3、液压缸活塞杆DQ的长度l4、液压缸固定铰点H到液压缸边缘的水平安装距离l5、液压缸固定铰点H到液压缸上表面的垂直安装距离l6、液压缸固定铰点H到液压缸轴线的垂直距离l7和液压缸沿活塞杆运动方向的长度l8。所述的A点为抱辊中心，D点为活动铰点。所述的杆件CD、杆件BC和杆件AB均为连杆ABCD的杆件。步骤2，确定液压缸活塞杆的极限长度l0：当活塞杆DQ的Q点运动到液压缸的G点时，活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线，此时所对应的活塞杆长度称之为活塞杆的极限长度l0。式中，xH是液压缸固定铰点H在坐标系中x轴的位置；xC是连杆固定铰点C在坐标系中x轴的位置；zH是液压缸固定铰点H在坐标系中z轴的位置；zC是连杆固定铰点C在坐标系中z轴的位置。当l0≥l4时，活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线；当l0<l4时，活塞杆DQ的Q点运动到液压缸的G点位置。步骤3，确定抱辊机构运动空间的最大极限角度θmax：根据活塞杆极限长度l0与活塞杆长度l4间的大小关系，确定抱辊机构运动空间的最大极限角度θmax；分为两种情况：Ⅰ第一种情况：当活塞杆DQ的长度l4≤活塞杆极限长度l0时，抱辊机构在运动过程中能够使得活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线，此时抱辊机构处于最大极限状态。当活塞杆DQ的长度l4≤活塞杆极限长度l0时，通过公式(16)确定抱辊机构运动空间的最大极限角度θmax：Ⅱ第二种情况：当活塞杆DQ的长度l4大于活塞杆极限长度l0时，抱辊机构在运动过程中不能使活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线，故当活塞杆DQ的Q点运动到液压缸的G点位置时抱辊机构处于最大极限状态。当活塞杆DQ的长度l4>活塞杆极限长度l0时，通过公式(29)确定抱辊机构运动空间的最大极限角度θmax：步骤4，确定抱辊机构运动空间的最小极限角度θmin：通过公式(24)确定抱辊机构的最小极限角度θmin：步骤5，获得抱辊机构的运动空间极限角度[θmin,θmax]：根据步骤3得到的抱辊机构运动空间的最大极限角度θmax和步骤4得到的抱辊机构运动空间的最小极限角度θmin，确定抱辊机构的运动空间极限角度为[θmin,θmax]。至此，完成了环轧抱辊机构运动空间极限角度的确定。为解决环件辗轧过程中抱辊机构的合理设计与优化问题，本专利技术首先获取抱辊机构的结构参数，其次确定液压缸活塞杆的极限长度以及抱辊机构运动空间的最大与最小极限角度，进而获得抱辊机构的运动空间极限角度。在该过程中，可用抱辊机构所能达到的最大极限角度θmax和最小极限角度θmin构成的运动空间极限角度范围[θmin,θmax]表示抱辊机构的运动空间极限角度。本专利技术通过建立抱辊机构结构参数与运动空间极限角度的函数关系，提出一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法，首先获取抱辊机构的结构参数，包括：连杆固定铰点C的坐标点(xC,zC)、液压缸固定铰点H的坐标点(xH,zH)、杆件CD与杆件BC间的夹角θ1、杆件BC与杆件AB间的夹角θ2、杆件AB的长度l1、杆件BC的长度l2、杆件CD的长度l3、液压缸活塞杆DQ的长度l4、液压缸固定铰点H到液压缸边缘的水平安装距离l5、液压缸固定铰点H到液压缸上表面的垂直安装距离l6、液压缸固定铰点H到液压缸轴线的垂直距离l7、液压缸沿活塞杆运动方向的长度l8，其次确定液压缸活塞杆的极限长度以及抱辊机构运动空间的最大与最小极限角度，进而获得抱辊机构的运动空间极限角度，为抱辊机构的结构参数设计与智能环轧设备的研制奠定基础。附图说明图1为环轧系统示意图，其中图1a是x-z平面的俯视图；图1b是x-y平面的剖视图。图2为抱辊机构的简化示意图。图3为抱辊机构的临界状态。图4为当活塞杆长度≤极限长度时，抱辊机构的最大极限状态。图5为当活塞杆长度>极限长度时，抱辊机构的最大极限状态。图6为抱辊机构的最小极限状态。图7为本专利技术的流程图。图中：1.连杆；2.液压缸；3.液压缸固定支架；4.驱动辊；5.抱辊；6.环坯；7.锥辊；8.芯辊。具体实施方式实施例一本实施例是一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法，具体过程是：步骤1，通过测量或设计的方式获取抱辊机构的结构参数：图1为经典环轧系统示意图，该环轧系统由驱动辊4、芯辊8、环坯6、锥辊7以及两个抱辊机构组成。建立坐标系，并使该坐标系的原点O位于驱动辊4的中心，整个系统关于x轴对称。杆件AB、BC及CD组成一个连杆1，为连杆ABCD。所述连杆ABCD绕连杆固定铰点C旋转，C点的坐标点为(xC,zC)。杆件AB、BC及CD的长度分别记为l1、l2、l3，杆件CD与杆件BC间的夹角记为θ1，杆件BC与杆件AB间的夹角记为θ2，所述A点是连杆ABCD与抱辊5的铰接点，该A点亦为抱辊中心。DQ是液压缸的活塞杆，长度记为l4，所述D点和Q点分别为该液压缸活塞杆的两端点，该D点亦为连杆ABCD与液压缸活塞杆相连接的活动铰点。H点为液压缸2的固定铰点，其坐标点为(xH,zH)。环件辗轧过程中，抱辊5的运动由抱辊机构控制，抱辊机构包括液压缸2、液压缸固定支架3、抱辊5以及连杆ABCD。所述的液压缸固定支架位于该液压缸的上表面，并使该液压缸固定支架的外侧边缘与液压缸的外侧边缘处于同一垂直面上。图2为抱辊机构的简化示意图，是图1中抱辊机构的局部示意图，VV'是过连杆固定铰点C且平行于图1中x轴的一条直线，WW'是过连杆固定铰点C且平行于图1中z轴的一条直线。图2中：M是液压缸固定支架的外侧边缘上的点，H是液压缸的固定铰点，MH是所述液压缸固定铰点H到液压缸边缘的水平安装距离，记为l5；N是所述液压缸上表面的点，HN是液压缸固定铰点到液压缸上表面的垂直安装距离，记为l6；P点位于所述辅助线VV'上，HP是该液压缸固定铰点H到辅助线VV'的垂直距离，该垂直距离亦为液压缸固定铰点H与连杆固定铰点C水平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，获取抱辊机构的结构参数：所述抱辊机构的结构参数包括连杆固定铰点C的坐标点(xC,zC)、液压缸固定铰点H的坐标点(xH,zH)、杆件CD与杆件BC间的夹角θ1、杆件BC与杆件AB间的夹角θ2、杆件AB的长度l1、杆件BC的长度l2、杆件CD的长度l3、液压缸活塞杆DQ的长度l4、液压缸固定铰点H到液压缸边缘的水平安装距离l5、液压缸固定铰点H到液压缸上表面的垂直安装距离l6、液压缸固定铰点H到液压缸轴线的垂直距离l7和液压缸沿活塞杆运动方向的长度l8；所述的A点为抱辊中心，D点为活动铰点；所述的杆件CD、杆件BC和杆件AB均为连杆ABCD的杆件；步骤2，确定液压缸活塞杆的极限长度l0：当活塞杆DQ的Q点运动到液压缸的G点时，活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线，此时所对应的活塞杆长度称之为活塞杆的极限长度l0；

【技术特征摘要】
1.一种确定环轧抱辊机构运动空间极限角度的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，获取抱辊机构的结构参数：所述抱辊机构的结构参数包括连杆固定铰点C的坐标点(xC,zC)、液压缸固定铰点H的坐标点(xH,zH)、杆件CD与杆件BC间的夹角θ1、杆件BC与杆件AB间的夹角θ2、杆件AB的长度l1、杆件BC的长度l2、杆件CD的长度l3、液压缸活塞杆DQ的长度l4、液压缸固定铰点H到液压缸边缘的水平安装距离l5、液压缸固定铰点H到液压缸上表面的垂直安装距离l6、液压缸固定铰点H到液压缸轴线的垂直距离l7和液压缸沿活塞杆运动方向的长度l8；所述的A点为抱辊中心，D点为活动铰点；所述的杆件CD、杆件BC和杆件AB均为连杆ABCD的杆件；步骤2，确定液压缸活塞杆的极限长度l0：当活塞杆DQ的Q点运动到液压缸的G点时，活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线，此时所对应的活塞杆长度称之为活塞杆的极限长度l0；式中，xH是液压缸固定铰点H在坐标系中x轴的位置；xC是连杆固定铰点C在坐标系中x轴的位置；zH是液压缸固定铰点H在坐标系中z轴的位置；zC是连杆固定铰点C在坐标系中z轴的位置；当l0≥l4时，活塞杆DQ与杆件CD成为一条直线；当l0<l4时，活塞杆DQ的Q点运动到液压缸的G点位置；步骤3，确定抱辊机构运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良刚，王艺凡，马良，詹梅，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61