周運剛，胡裔志，胡迎春，嚴裕劍

(1.廣西科技大學，廣西 柳州 545616; 2.柳州獅達機械制造有限公司，廣西 柳州 545004;3.廣西師范大學 職業(yè)技術師范學院，廣西 桂林 541004)

0 引 言

現(xiàn)如今，沖床板料的輸送基本上使用機械手，板與板之間存在油污，市場上出現(xiàn)利用磁極線分割的沖壓板料分離鐵板分層器，將板料快速分離，然后用機械手將板料運送到指定位置進行沖壓加工，實現(xiàn)自動化，但是，存在控制難度高、占地面積大、成本高等問題，不適合中、小企業(yè)大規(guī)模使用。因此，設計一款結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，適用于中小企業(yè)的沖床板料輸送機有很大的必要性。

通過利用ADAMS軟件對三維模型創(chuàng)建機械系統(tǒng)的仿真模型，對三維模型施加載荷以及驅(qū)動力，可以模擬機構(gòu)實際工作狀況中的運動特性[1]。雷超欽等[2]通過利用運動學仿真軟件ADAMS建立牛頭刨床的虛擬樣機模型，對其進行動力學分析，并對該運動機構(gòu)進行優(yōu)化設計，將優(yōu)化結(jié)果與優(yōu)化之前進行對比分析，得出最優(yōu)模型。桂林等人[3]利用ADAMS軟件對拖拉機齒輪系統(tǒng)進行運動仿真，得出齒輪系統(tǒng)的動力學仿真數(shù)據(jù)，從而為拖拉機齒輪系統(tǒng)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

沖床板料輸送機主要具備推送、分離、輸送等功能，其中板料的成功分離是沖床板料輸送機的核心環(huán)節(jié)，對分離裝置進行ADAMS動力學和運動學仿真，利用仿真得出板料分離的推力和板料質(zhì)心的位移、速度、加速度進行評估和判定，保證分離裝置更好的實現(xiàn)其設計功能，避免設計缺陷，保證板料成功分離。

1 分離裝置的模型建立

此研究在SolidWorks中建立沖壓板料輸送機分離裝置的三維模型簡圖，如圖1所示，板料垂直放置在滾軸上，電動液壓機賦予推桿動力，推桿1通過板料左右限位架推動板料在滾軸上向左運動，到達指定位置，推桿2向下運動，給板料A一個向下的力，克服板料之間的大氣壓力，在6 s的時間內(nèi)，板料向下運行50 mm,成功分離，通過輸送裝置將分離的板料送到指定的加工位置[4]。

圖1 沖床板料輸送機分離裝置三維模型簡圖1.輸送裝置 2.板料A 3.板料B 4.推桿2 5,6.電動液壓機 7.推桿1 8.板料左右限位架 9.滾軸

2 板料分離理論推力計算

板料之間存在著油污，造成兩塊板料與大氣壓之間產(chǎn)生一個很大的壓強差，促使兩塊板料吸附在一起。已知：單塊板料周長l=3 m，面積S=0.36 m2，板料重量為G1=165.244 N。查閱資料可得，板料之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，水的表面張力系數(shù)是σ=7.28×10-2N/m，大氣壓強為P0=1.013 25×105Pa。

表面張力：

F1=σ×l=7.28×10-2N/m×3 m=0.218 4 N

(1)

大氣壓力：

FP0=P0×S=1.01325×105Pa×0.36 m2

=36 477 N

(2)

板料之間摩擦力：

f=μ×FP0=0.1×36 477 N=3647.7 N

(3)

推桿推動板料向下運動需要的理論推力F推：

F=f-G1-F1=3 647.7 N-165.244 N-0.218 4 N

=3 482.237 6 N

(4)

F推≥3 482.237 6 N

(5)

3 運動學和動力學仿真分析

3.1 三維模型導入ADAMS軟件

ADAMS的三維建模能力不強，推送裝置與分離裝置在SolidWorks中建好三維模型，把SolidWorks中的三維模型導入到Adams/View中。將模型以parasolid格式保存，在Admas/View中新建一個模型，F(xiàn)ile/import中導入，完成三維模型的導入。

3.2 建立約束

三維模型導入ADAMS軟件中，對模型進行約束處理，保證各個零部件按照工作需求完成運動。文中主要運用運動副對各個構(gòu)件進行約束，例如固定副、移動副、旋轉(zhuǎn)副等。根據(jù)分離裝置的工作原理可知，在仿真運動中需要建立的運動副主要是固定副與移動副，其中電動液壓機與推桿2建立移動副，板料1與板料2建立移動副，其余部件與地面建立固定副。針對分離裝置板料1與板料2之間存在潤滑摩擦，查閱資料可知，靜摩擦系數(shù)為0.1，動摩擦系數(shù)為0.05。

3.3 分離裝置仿真結(jié)果分析

針對分離裝置，電動液壓推桿2向下運動，設定平移驅(qū)動函數(shù)為Step(time,0,0,6,60)，函數(shù)意義為推桿從0 s開始到6 s，向下移動的距離為60 mm。進行運動仿真，得到各項仿真數(shù)據(jù)結(jié)果。

3.3.1 仿真分離推力結(jié)果分析

圖2表示電動液壓推桿平移驅(qū)動力后處理曲線圖，從圖中可知，在0～1.56 s時間內(nèi)，推桿沒有與板料接觸，推桿與板料有10 mm的距離，壓力為0；在1.56 s時推桿向下移動剛好與板料接觸，在1.56～1.7 s時間段內(nèi)，驅(qū)動力變大，最大驅(qū)動力在1.668 9 s的時刻，為3 295.516 N,此時板料1被推向下移動；在時間1.8～3 s時間段內(nèi)曲線比較平穩(wěn)，板料之間由靜摩擦力變?yōu)榱藙幽Σ亮?，壓力? 787 N左右；在3～6 s時間內(nèi)，曲線時有在極短時間內(nèi)跳動幅值大，整體趨勢是往下彎曲降低，主要是因為板料被壓向下運動，板料1與板料2分離，接觸面減少，壓力減??；曲線跳動，壓力瞬間變大變小是因為電動液壓推桿與板料1間建立接觸約束，產(chǎn)生一定碰撞的原因。

圖2 推桿2平移驅(qū)動力后處理曲線圖

電動液壓推桿推動板料向下運動需要滿足的理論推力：

F推≥3 482.237 6 N

而通過ADAMS仿真測量出的板料1被推動所需的力為3 295.516 N略小于理論所需的推力，主要是因為板料之間油的成分復雜，在不同情況其表面張力系數(shù)σ不同，沒有足夠的條件測量油的表面張力系數(shù)，計算時是以水的表面張力系數(shù)計算的，油的密度比水小，因此油的表面張力系數(shù)比水小，測量的壓力略小于理論所需的最小壓力，符合設計要求。

3.3.2 仿真板料質(zhì)心位移分析

圖3表示板料1在分離裝置推桿推動下的仿真質(zhì)心位移后處理曲線。由曲線可知板料1在0～1.56 s內(nèi)是靜止的，電動液壓推桿還未接觸板料；1.56 s后開始運動，板料1質(zhì)心在Y軸上距離坐標原點2.4173E-004 mm，6 s時板料1的質(zhì)心在Y軸上距離坐標原點49.875 6 mm，在Y軸方向上移動距離為49.875 6 mm，運動仿真結(jié)果達到分離裝置預期的設計效果。

圖3 板料1質(zhì)心位移后處理曲線

3.3.3 仿真板料質(zhì)心速度分析

圖4表示板料1在分離裝置推桿推動下的仿真質(zhì)心速度后處理曲線。

圖4 板料1質(zhì)心速度后處理曲線

從圖曲線可以看出，在0～1.56 s時間內(nèi)板料1質(zhì)心的速度為0 mm/s；在1.56～1.574 1 s時間內(nèi)，板料1的速度從0快速上升到34.653 7 mm/s, 因為電動液壓推桿2與板料1在接觸瞬間產(chǎn)生碰撞，會有微小移動；在1.68 s速度達到最大值為68.316 7 mm/s，而在1.8～2.7 s的時間內(nèi)速度比較穩(wěn)定，在12.7 mm/s左右。因為測量的是板料1質(zhì)心的速度，板料在各個質(zhì)點上的受力不均勻，板料的上端與推桿接觸，產(chǎn)生碰撞，會有微小量的穿透，同時添加的平移驅(qū)動力是變化的，因此所得出的板料1的質(zhì)心速度曲線是有跳動、無規(guī)律的。

3.3.4 仿真板料質(zhì)心加速度分析

圖5表示板料1在分離裝置推桿推動下的仿真質(zhì)心加速度后處理曲線。

圖5 板料1質(zhì)心加速度后處理曲線

由圖曲線可以看出最初板料1受到重力加速度；在1.56～1.7 s內(nèi)板料1的加速度為負值，因為這時添加的平移驅(qū)動力在不斷的增大，需要克服靜摩擦力，此時的加速度為反向加速；在1.732 s以后加速度變?yōu)檎?，板?克服靜摩擦力平穩(wěn)向下移動。

4 結(jié) 語

以沖床板料輸送機的分離裝置為研究對象，運用ADAMS軟件進行動力學和運動學仿真，設置重力、單位，進行約束，添加摩擦力、大氣壓力、張力等，給電動液壓推桿添加驅(qū)動進行仿真，獲取仿真結(jié)果。由結(jié)果可知，分離裝置仿真得出的驅(qū)動力值略小于理論值，與液體本身屬性復雜性相關，滿足設計要求；板料質(zhì)心的仿真位移、速度與加速度整體變化趨勢基本符合分離裝置的運動過程，說明使用ADAMS虛擬樣機技術對沖床板料輸送機分離裝置運動仿真結(jié)果是可信的，增加了結(jié)構(gòu)設計和數(shù)據(jù)的可靠性。