基于Solid Works的板坯夾鉗仿真分析*

何海濤，鄭 強

(巨力索具股份有限公司，河北 保定 072550)

1 引言

板坯夾鉗主要應用于冶金工藝過程中板坯的搬運。板坯夾鉗主要組成部分包括上梁、連桿、鉗臂、鉗牙、銷軸、同步機構、啟閉機構等。板坯夾鉗采用自動開閉杠桿式工作原理，其結構簡單合理，動作靈活，起運安全可靠，靠夾鉗與板坯自重鎖緊，夾鉗與板坯間作用力主要為夾緊力和摩擦力。設計夾鉗時，一般先根據板坯尺寸、板坯重量等已知條件，采用幾何作圖法初步繪制夾鉗簡圖，并計算夾鉗與板坯間作用力，然后再進行相應的設計。

通過計算機輔助設計可使夾鉗與板坯間作用力計算更準確。筆者通過SolidWorks 2012對機械式板坯夾鉗進行三維建模，使用Motion功能進行仿真，計算夾鉗與板坯間作用力，對板坯夾鉗設計的理論計算進行驗證。

2 夾鉗夾緊力計算［1-2］

根據夾鉗的結構特點繪制簡化機構圖，如圖1所示。圖示機構為1/2部分。

圖1 夾鉗機構圖

假設鋼坯自重為G，夾鉗自重G1，起升力為Q=G+G1，圖示狀態為夾緊鋼坯時，桿1(L1)，桿2(L2)與水平方向夾角分別為α、β，桿4(L4)與垂直方向夾角為γ，L2與L4夾角為θ。α、β、γ為夾鉗位置尺寸，θ為夾鉗鉗臂幾何尺寸。根據圖示幾何關系列出公式:

微分得:

由式(7)、(8)得:

將式(13)代入式(9)得:

板坯夾緊力N的建立實際上是一個動態正反饋過程。在夾持的初始瞬間，在起升力Q逐漸增大，板坯被逐漸吊離支承面，其重力也逐漸由支承面轉移到夾鉗上來，夾鉗與板坯間摩擦力f的大小是從零逐漸增大，直到f與鋼坯自重G達到平衡。

根據虛功原理: