拋石機機構的動(dòng)力學(xué)仿真

M譴業(yè)信息化拋石機機構的動(dòng)力學(xué)仿真劉春景12,鄭加強1南京林業(yè)大學(xué)機電學(xué)院,南京2100372蚌埠學(xué)院機電系,安徽蚌埠233030)摘要:在傳統的運動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析的基礎上采用 MATLAB/ Simulink進(jìn)行拋石機機構動(dòng)態(tài)仿真獲得了任意時(shí)刻機構之間的作用力及被拋重物的運動(dòng)軌跡為拋石機的機構設計提供了重要的數據可視化的仿真結果便于觀(guān)察研究。關(guān)鍵詞:拋石機;機構分析; MATLAB/ Simulink;動(dòng)態(tài)仿真中圖分類(lèi)號:TP3919文獻標識碼:A文章編號:1002-2333(2007)08-0070-03Dynamic Simulation of Sling Mechanism with MATLAB/SimulinkLIU Chun-jing- ZHENG Jia-qiang(1.School of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing Forestry University, Nanjing 210037,ChinaDepartment of Mechanical and Electrical Engineering Bengbu College, Bengbu 233030, China)Abstract: MATLAB/Simulink was used to carry on the dynamic simulation of sling mechanism on the basis of thetraditonal motion and kinetics analysis. After simulation, the force of mechanism motion joints and motion track ofobject singed at any time was gained, which provides important data for the design of sling mechanism. The visualresults are easy to observe and studyKey words: sling mechanism; mechanical analysis; MATLAB/ Simulink; dynamic simulation1引言作的需要,而且還存在危險性大、工作效率低、勞動(dòng)強度拋石機是一種很古老的裝置,其前身是人們熟知的大、坦坡?lián)p壞嚴重等問(wèn)題。因此,盡快研制開(kāi)發(fā)出高效的彈弓。和彈弓一樣拋石機也是用來(lái)把重物拋到很高、很大型機械拋石設備,對水利工程治理、堤防加固將起到舉遠的地方。在水利工程搶險施工中拋石固基是每年都要輕重的作用。圖1表示拋石機已經(jīng)扣上扳機,準備拋進(jìn)行的最普通的治理手段之一。但目前采用的人工裝配射。一旦釋放,配重由于重力而下降,使得橫梁順時(shí)針旋和小型機械設備下石方法已遠遠滿(mǎn)足不了大批量下石工轉拉動(dòng)發(fā)射物沿地面水平向左運動(dòng)。當橫梁前端的吊鉤動(dòng)部件均要設置虛擬伺服模型;如果運行下拉菜“ Mechanism"中的軌跡曲線(xiàn)選項,電機。虛擬電動(dòng)機設置如選取要輸出軌跡曲線(xiàn)的零件作為“軌跡零件”(軌跡曲線(xiàn)圖5所示。特征將存放在軌跡零件中),選取軌跡點(diǎn)、選取結果集、確(3)設置分析條件并定、設置“測量定義”對話(huà)框中各參數、設置“測量結果”對運行在完成對機構的連話(huà)框各參數點(diǎn)擊“繪制圖形按鈕即可得到所選零件的接和驅動(dòng)的設置后,就可運動(dòng)軌跡曲線(xiàn)以為運動(dòng)設置合適的計算4結論內容及環(huán)境,隨后進(jìn)行機通過(guò)應用 Pro/E wildfire2.0對立體倉庫堆垛機進(jìn)行3H》構的運動(dòng)分析。點(diǎn)擊“運行虛擬裝配和運動(dòng)仿真,可以實(shí)現在設計階段可視地對立分析”按鈕、點(diǎn)擊新建;打體倉庫堆垛機進(jìn)行干涉檢測以及各部件之間的間隙調圖5虛擬電動(dòng)機設置開(kāi)“分析定義”對話(huà)框,類(lèi)整?？s短了立體倉庫堆垛機的設計研發(fā)周期,降低了產(chǎn)品型選擇為運動(dòng)學(xué),設定相生產(chǎn)成本,為立體倉庫堆垛機的設計提供了一個(gè)有效的應的開(kāi)始時(shí)間和結束時(shí)間,點(diǎn)擊運行即可。開(kāi)發(fā)途徑。(4)獲取分析結果。對機構的分析運行完成后,就可[參考文獻]以使用回放、測量、錄制等功能進(jìn)一步了解運動(dòng)過(guò)程和儲[1祝凌云李斌 Pro/ENGINEER Wildfi20運動(dòng)仿真和有限元分存分析結果析[M]北京:人民郵電出版社,2004如果單擊“結果回放”按鈕,打開(kāi)“回放”對話(huà)框,選取(22]詹友剛 Pro/ENGINEER Wildfire教程[M]北京:清華大學(xué)出版全局干涉”,點(diǎn)擊“播放”按鈕,即可觀(guān)看立體倉庫堆垛機(編輯啟迪)中國煤化工工作狀態(tài)的運動(dòng)仿真結果;如果有干涉,干涉處將以紅色作者顯示;如果單擊“運動(dòng)包絡(luò )”按鈕,打開(kāi)“創(chuàng )建運動(dòng)包絡(luò )”對CNMHG方向為機電一體化、機械話(huà)框,設置運動(dòng)級別值,選取零件,既可預覽零件的包絡(luò )收稿日期:2007-03-0770機2007年第8期萬(wàn)方數遺業(yè)信息化M拉動(dòng)吊索離開(kāi)地面時(shí),發(fā)射物運動(dòng)產(chǎn)生相當大的水平向轉軸點(diǎn)(根據它來(lái)確定扭矩方程)不重合,還需找出橫梁重左的動(dòng)量轉化為沿切線(xiàn)方向的旋轉動(dòng)量。在運動(dòng)過(guò)程中,心的加速度與角加速度和速度的關(guān)系。由r的含義有:發(fā)射物不斷加速,最終超過(guò)橫梁,使吊索上的繩環(huán)脫離吊3)鉤,這樣吊索打開(kāi),發(fā)射物就可以很高的速度向右上方發(fā)(4)射出去對上述兩式求關(guān)于時(shí)間的二階導數,就可以得到如拋石機用傳統的運動(dòng)學(xué)方法來(lái)分析是很困難的。下的加速度方程:這種動(dòng)力機構本身所產(chǎn)生的速度是不斷變化的。它只受到重力的作用,而且我們也很難預測吊索的釋放時(shí)x2+r-aasin82=-rywicose(5)間。但是,這種裝置對其各個(gè)不同構件的幾何參數和慣性參數具有很高的靈敏度。我們可以通過(guò)完整的動(dòng)力2.2運動(dòng)方程的建立學(xué)仿真來(lái)分析這種裝置。本圖2為橫梁的隔離體受力圖,作用的外力如圖所示。文介紹用 MATLAB和注意到我們在第一象限引入正角62(橫梁與x軸正向的夾Simulink軟件來(lái)進(jìn)行計算角),這樣能很容易準確地說(shuō)明各個(gè)力的符號。下面是橫機仿真分析。梁的三個(gè)運動(dòng)方程:2拋石機機構動(dòng)態(tài)分析圖1拋石機位移矢量圖矢量環(huán)F12A+F3,=m2x2(7)拋石機的矢量環(huán)非常簡(jiǎn)F12,+F3,y-m2g=m2y2(8)F單很容易得到約束方程。圖-Fx. asin@2+Fx2. xcos0x-m2gT2 cosB=la2 (9)1給出了拋石機在運動(dòng)過(guò)程同樣地圖3表示的是吊索的受力分析圖。注意到吊索是中相關(guān)的位移矢量。取拋石用粗繩或鋼絲繩做成,不是剛性連接,所以不能傳遞扭機的旋轉軸點(diǎn)為坐標原點(diǎn),矩。而且繩子的質(zhì)量一般比橫梁和重物小得多,所以可以圖2橫梁受力分析圖所得矢量方程為R+R產(chǎn)R忽略吊索的慣性力,而認為重物是作用在吊索末端的個(gè)在此方程中,我們假定質(zhì)點(diǎn)。很容易寫(xiě)出下面三個(gè)方程吊索一直處于張拉狀態(tài),并F且繩環(huán)也一直掛在吊鉤上。(10)下面將討論當繩環(huán)打開(kāi),重物開(kāi)始飛出時(shí)的情況。注意Fxx Fn taney=0(12)圖3吊索受力分析圖到橫梁的重心一般不與位移23矩陣方程矢量方向重合,我們可以連由方程(1)~(12)可以得到帶有10個(gè)變量的矩陣方接矢量起始位置和物體中心的連線(xiàn),設其距離為r2,符號程(13)(令方程中C2=cos62、S2sinB2、C=cos63、S=sin63)。取負號。矢量環(huán)方程沿x方向、方向的分量為:式中,62、63分別是對應矢量與x軸正向的夾角,規定逆時(shí)針為正XY Graph對方程關(guān)于時(shí)間取階導數得到速度方程為:一rQ2sin62-r3in6=xfunetionHAHu對方程關(guān)于時(shí)間取二階導workspace數得到加速度方程為xrtragsingntr3a3sine=vorarxwicoser-r a3cosB, (1)中國煤化工yrTaa2cosB2-F C3cosB=r-wisinerra3sin8, (2)CNMH因為橫梁的重心與旋圖4拋石機的 Simulink仿真圖機械工程師2007年第8期l71M遭業(yè)值惠化(計1 AI)NAIVATICDN01-rxc2-ryc300000000r2520100000y00100000m20-10-1000000m20-10-1500501001500020000052-x220000010F2(a)3kg重物拋射軌跡(b)8kg重物拋射軌跡0000001000000C3F3-TAicrrajcy20=20-rx200.10.20.304-100.0.20.3(17)(c)3kg重物質(zhì)心x方向(d)3kg重物質(zhì)心y方向速度軌跡速度軌跡2g2. c23動(dòng)態(tài)仿真方程(13)描述的是在使重物產(chǎn)生動(dòng)量的時(shí)間段內拋0.10.20.3石機的動(dòng)力學(xué)特性。當吊索被釋放,重物被發(fā)射出去后,式(13)對研究拋射物的運動(dòng)學(xué)也具有指導意義。這時(shí),我(e)3kg重物時(shí)Fa變化軌跡(f)3kg重物時(shí)F變化軌跡們可以忽略吊索的影響,只計算拋射物和橫梁的運動(dòng)加速度。運動(dòng)方程如下:x=0;y=-g;a=-m2/gC要想測出吊索釋放的確切時(shí)間是非常困難的,所以5m我們可以避免這一點(diǎn),假設通過(guò)反復實(shí)驗和修正,調整橫梁末端的吊鉤使其在拋射物的速度方向與水平方向成-150045°角時(shí)釋放吊索,這樣將得到拋射的最遠距離。0.10.20.30.10.20.33. 1 Simulink仿真圖圖4為拋石機的 Simulink仿真圖。在這個(gè)仿真中要(g)3kg重物時(shí)F變化軌跡(h)3kg重物時(shí)Fs變化軌跡調用兩個(gè)函數文件。一個(gè)是 function1函數,用來(lái)解方程圖5仿真結果(13)的聯(lián)立約束矩陣,另一個(gè)為 function1函數,用來(lái)設射了125m多的距離。另外還可以從仿真結果看到重物質(zhì)置拋射重物的釋放心的速度的變化以及運動(dòng)副處的作用力的變化情況。3.2設定仿真的初始條件[參考文獻]拋石機的初始條件如表1、表2所示。[1]曲秀全,等RR-RRP平面六桿機構系統的 MATLAB動(dòng)力學(xué)仿真[J]系統仿真學(xué)報,2004,16(11):2404-2408表1拋石機的慣性參數表2拋石機仿真的初始條件[2]王華杰基于 MATLAB的偏心輪機構運動(dòng)仿真系統[].機械研和幾何參數積分求解器初值積分求解器初值究與應用,2003,16(4):80-83.參數取值參數取值xpl-ot0x/m1.12132[3]柯宏袁順林,等糧油食品機械中的機構運動(dòng)仿真及優(yōu)化設計Akg 500 F,/m 3.00Y/m-21232[J]機械設計與制造,2003(4):20-21m/kg3n2/m-0.52554]于建國,劉志杰趙洪剛飼草壓捆機壓縮機構動(dòng)態(tài)仿真[]東lkgm 10 r,/m 1.0北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,32(2):68-70(編輯明濤)3.3仿真結釆(見(jiàn)圖5)作者簡(jiǎn)介:劉春景(1975-),男,博士研究生,研究方向為現代機楲設本文用矩陣建立了拋石機的動(dòng)力學(xué)數學(xué)模型,根據數中國煤化工究方向為現代機械設計理論學(xué)模型編制了用于 MATLAB仿真的m函數。從仿真結果CNMHG可知8kg的重物被拋射了6lm多的距離,3kg的重物被拋收稿日期:2007-03-25721機數師2007年第8期