雙盤拉絲機自動換盤裝置的設計

顧廣凱

摘 要：雙盤拉絲機是一種用于金屬制品拉絲工作的設備。目前，雙盤拉絲機主要應用于鋁絲、銅絲及鋼絲的拉拔中，這種拉絲機有著高效、高速等顯著的優勢。這種雙盤拉絲機在歐美等一些較為發達的國家已經得到了具體應用。本文在UG仿真環境下對雙盤拉絲機運動軌跡進行動力學仿真和合理化設計，通過運動函數形式給出運動副的運動參數，反復修改模擬仿真參數，使得拉絲機準確地完成上盤-排線拉絲-托舉-下盤的工作過程。

關鍵詞：雙盤拉絲機;自動換盤裝置;動力學仿真

1 仿真方案的建立

筆者利用UG進行動力學仿真分析，根據設計模型特點，該機構運動分析需要設置9個運動體，命名為B001～B009。在進行動力學分析過程中，通常需要考慮運動體的質量屬性。因此，在創建運動體時，要視情況來定義運動體質量屬性。此處選擇系統默認指派的材料、慣性、質量等屬性來定義運動體。

1.1 運動副定義

運動副又分為固定運動副（限制機構運動）和無固定運動副（允許運動的機構）。通過機構工作原理添加定義運動副，運動副定義如表1所示。

1.2 運動驅動添加

1.2.1 運動驅動的選擇

運動驅動指添加在運動副上控制機構運動的運動參數，根據雙盤拉絲機在實際工作時的運動規律、時間差及完成動作的順序。選擇運動函數中的STEP函數作為本文仿真中運動副的運動驅動。STEP（x、x0、h0、x1、h1）是階梯（STEPFunction）函數，其定義如下：

h0，x≤x0;x0

式中：x—時間自變量，s;x0—函數初始時刻x的值，s;h0—初始位移，mm;x1—位函數終止后x的值，s;h1—函數終止位移，mm。

1.2.2 運動函數STEP驅動的設置

為了保證拉絲機更準確的實現上盤-排線拉絲-托舉-下盤的工作過程，筆者應用STEP運動函數的函數類型做出運動副的函數驅動形式，經反復實驗修改后，做出各運動副的運動仿真數據。

運動服驅動階梯函數如表2所示。

鑒于雙盤拉絲機的結構較為復雜，考慮到仿真的簡便，筆者在UG仿真過程中作如下假設：（1）個別運動副內的摩擦力忽略不計;（2）各運動副之間均為剛性連接，內部間隙不計。

2 仿真及結果分析

2.1 解算方案建立

在創建完運動體、定義完正確的運動副之后，筆者在指定的首先開始運動的運動副上施加運動驅動，然后單擊“解算方案”，解算類型設置為“常規驅動”，分析類型為“運動學/動力學”;仿真時間為30 s，步數為1 500（為了使仿真分析更合理，通常把仿真時間和步數與運動件走過的位移設置為具有一定的比例關系），重力方向豎直向下，點擊“確定”開始求解;通過動力學仿真分析，可以分析機構的位移、速度、加速度等運動特征。

在進行仿真時，雙盤拉絲機各運動件在STEP運動階梯函數控制下完成換盤動作。

2.2 位移、速度、加速度仿真結果分析

在UG完成解算后，查看運動仿真動畫效果。結果表明，整個機構能夠實現順利運轉;通過運動導航器窗口分別選擇運動對象J001、J003、J018為主要分析對象，然后選擇在Excel電子表格顯示結果，這樣就可以得到雙盤拉絲機的位移（displacement）、速度（velocity）、加速度（acceleration）與時間的對應關系曲線圖。

3 結語

仿真結果表明，自動換盤裝置設計方案基本合理，符合實際工作要求。該結果可對進一步提升拉絲速度、換盤時間及優化雙盤拉絲機結構提供依據。

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