大尺度重型构件夹持机构近恒力优化设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com机械设计与制造第4期一l8一MachineryDesign&Manufacture2008年4月文章编号：1001—3997(2008)04～0018—03大尺度重型构件夹持机构近恒力优化设计六王艾伦刘云(中南大学机电工程学院，长沙410083)DesignoptimizationoflargerangeoperatingclampmachineofapproximateconstantforceWANGAi—lun，LIUYun(Collegeofme

2、chanicalandelectricalengineering，UniversityofCentralSouthUniversity，Changsha410083，China)中图分类号：TH12，0224文献标识码：A机械夹持机构是机械制造装备的重要组件。重载操作装备及钳口4组成。钳臂3的两端通过铰链分别与钳口4及连杆1中的夹持机构相对轻、小型夹持机构来说具有以下不同的特点连接，连杆1与液压缸的推杆也以铰链连接，当推杆作直线运动和要求：为满足可靠性及稳定性要求，一般采用单自由度并联机时，通过连杆1

3、，使钳臂3绕固定于钳壳上的销轴旋转，实现钳构；所夹持锻件为重型锻件，重量大(如250吨锻件)且对应不同口张开和闭合动作。这类并联夹持机构具有拉紧力(驱动力)较材质的锻件尺寸会在大尺度范围变化，因此夹持机构的钳口开小，拉紧装置轻便，结构较紧凑，外形尺寸较小，行程较好、零件口大小必须满足大尺度范围。相对较少，制造及维修比较方便等优点。在实际操作过程中，现有重型构件夹持机构存在如下问题：夹持机构钳口开口因夹持不同尺寸大型工件而大尺度变化时，存在夹持力波动很大的情况而很难保证夹持过程稳定性，甚至造成夹持机构功

4、能失效；驱动机构输入力到夹持机构钳口输出

5、P力的传递过程中损失比较大，效率比较低。因此，有必要对重型构件夹持机构进行优化设计以克服以上问题。国内外许多学者对夹持机构的研究主要集中于夹持力、工件接触、工件定位、夹具一工件变形等方面，只有少数学者对1典型夹持机构小型夹持进行过近恒力研究，如王建维I利用进化算法对小型机1．2驱动力与夹持力关联模型的建立械夹持器进行了优化设计。进化算法是基于生物进化的进程而对图1所示典型夹持机构建立运动简图，如图2所示。由自提出的全局最优的智能优化算法，但也存在参数的选择困难

6、、局由度分析可知该机构满足单自由度要求。在不考虑各构件的质部搜索能力差、收敛性能较差等不足。王建维在文献中只对小量及弹性变形，且忽略铰链间摩擦的前提下，根据静力学平衡方型夹持机构的近恒力单目标进行了研究，而没有考虑最大夹持程可知驱动力与夹持力之间满足。力这一目标。针对以上足，采用统一目标函数法对大尺度夹持机构近恒力及夹持力进行多目标优化建模，利用逐步循环寻优方法与Matlab软件自带的非线性约束最优问题求解工具箱fmincon相结合的优化方法进行全局性寻优。．1夹持机构及驱动力与夹持力的关联模型1．1

7、机构简介大型夹持机构结构，如图1所示。由连杆1、钳壳2、钳臂3图2夹持机构运动简图·来稿13期：2007--07—30基金项目：国家973重点基础研究发展计划资助项目(2006CB705404)维普资讯http://www.cqvip.com第4期王艾伦等：大尺度重型构件夹持机构近恒力优化设计一l9一xb时的最大和最小夹紧力。=pn(0+8)-tanotxcos()](1))(c2．2．2夹持力优化目标函数且式(1)各参数满足：在夹持机构末端H大尺度范围移动确定的前提下，以最大sjn卢=(2)夹持力作

8、为目标函数，为统一形式，可取其倒数作为目标函数，从而取其最小值：+6xsi()sin—■一(3)min()‘6)式(1)～(3)中P为推杆推力(即液压缸输出力，文中假设为2．3约束条件IO00KN)，o，b，C分别对应连杆长度及钳臂两边的长度，为两此处约束分为边界约束及几何结构约束。钳臂固定于钳体上的角链中心距，0为钳臂两边的夹角，，口分对于边界约束，为缩小寻优范围，可给出变量适当的下限和别对应连杆及钳臂与水平方向的夹角。上限。由此建立10个边界约束：2夹持机构多目标优化fI’一鼍≤0(7)舰()-X

9、。一Xiu-<0机械优化设计一般流程图，如图3所示，其中关键的是数学式中：。的下限；。的上限，1，2，3，4，5模型的建立和优化计算方法的选取。对于几何结构约束，根据实际情况有：在生产实际中我们希望夹持机构能在恒定输入力的前提下gl()：2．5一0_-C~Sin(—)0(8)既能产生更大的夹持输出力，又能在钳El开El大尺度变化过程中能够保持夹持力的稳定性，因此将引入多目标优化问题。其g：()：+c~sin(—)一3．5<0(9)数学模型可表示如下：g．