翻板机构的分析及其理论计算

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1、翻板机构的分析及其理论计算　　(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010) 　　摘要：文章通过对翻板运动机构的分析和翻板力学模型的建立，用数学分析的方法通过理论推导计算，给出了翻板各参数的计算公式，并根据实例分析了翻板的使用范围。 关键词：翻板机构；分析；计算 　　中图分类号：TH237＋.402.3文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)20—0117—02 1翻板机构的运动分析 　　图1是翻板机构简图，支承钢管的若干个翻板通过连杆联在一起，在油缸推力的作用下，翻板以ω的角速度绕00′做旋转运动，翻板的斜面在旋转运动中的轨迹是一个锥角为2a的

2、圆锥面。当翻板的角速度为ω时，翻板的斜面与水平面的夹角为a,b,c。β为翻板的几何尺寸。翻板的转角变化使其高度发生变化，从而使翻板上的钢管获得位能，而这个位能正是钢管沿翻板斜面滚动的动力。当翻板在旋转过程中有3个关键位置： 当ωt＝Ψ1时，翻板与钢管接触。 　　当ωt＝Ψ2时，钢管开始沿翻板斜面滚动。 　　当ωt＝Ψ3时，钢管沿翻板斜面运动结束。 由图1可得： 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　由式(1)，(2)，(3)，(4)得: tgβ＝sin(ωt)tgα(5) 　　由(5)可知,β与α和ωt有关，与

3、翻板的几何尺寸无关。 2翻板机构的受力分析 　　图2是钢管在翻板斜面上的受力模型图，根据平面力系平衡关系〔1〕: 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　式m为钢管质量，r为钢管半径，g为重力加速度，N为翻板斜面对钢管的支反力，μk为滚动磨擦因数〔2〕。由式(6)，(7)得: 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　由(8)可知,β值可由滚动磨擦因数μk和钢管半径r求得。 3翻板机构的参数分析 3.1Ψ1的确定 　　Ψ1与翻板的几何尺寸无关，而与翻板初始位置到

4、翻板的距离h有关，由图1可知: 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　其中h可根据钢管的直线度和翻板的制造安装精度确定，工程实践经验值为20～30mm，翻板最大回转半径可根据相邻设备相关件的几何尺寸确定。 3.2Ψ2的确定 由式(5)，(8)得: 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　由(10)可知，当ωt＝Ψ2钢管开始滚动，所以： 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　Ψ2与钢管的半径尺寸r和翻板的轨迹锥角α有关。

5、3.3Ψ3的确定 　　该参数与钢管在翻板斜面上滚动的速度有关，即与生产车间的工艺要求有关，也就是与工艺产量和生产节奏有关,工程实践经验值为60°～90°，如果生产节奏要求快，取大值，反之取小值。 3.4推力的确定 由图1，根据平面力系平衡关系1有： 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　由图1，根据(13)可知：当ωt=Ψ1时，F的值最大： 　　740)this.width=740"border=undefined> F是翻板机构设计计算时的载荷计算依据。 　　4翻板机构的应用及其使用范围

6、 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　在包钢管加工厂所使用的翻板机构的设计中，根据上述分析公式所计算的参数如下：ω＝0.39rad/s；R=0.45m；Ψ1=3.8°；c=0.48m；a=0.31m；b=0.174m；L=0.84m；α＝9.22°；油缸按推力选型号。由以上数据可知，在钢管的横移过程中采用翻板机构具有结构简单、投资少的优点。当工艺对钢管纵向位移要求不严、运动精度不高且横移距离不大时，采用翻板机构既合理又经济。 　　翻板在横移钢管过程中钢管有纵向位移，若工艺对此有要求，应采用步进移钢机构；翻板在横移

7、钢管时钢管的落差通常为300mm左右，若工艺要求落差大于300mm，应采用惠斯顿机构；翻板在横移钢管时钢管的横移距离通常为600mm左右，若工艺要求距离大于600mm，应采用链式机构。综上所述，在石油套管的加工生产过程中，应根据工艺的要求充分利用惠斯顿、步进移钢、链式和翻板各机构的优点来实现钢管的各种横移运动。 　　翻板机构在包钢钢管加工厂多处使用，收到良好的使用效果，受到用户的好评。 ［参考文献］ 　　［1］孙桓.机械原理［M］．XX：高等教育出版社，2000.