基于AMEsim的牛头刨床刨刀驱动机构的运动分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LI Xiao-li， YUAN Yuan （School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001， China）
Abstract： The loading situation of belt -conveyor’s drum was analysed. Linear static analysis is conducted with the finite analysis software COSMOS/Works,and obtained the stress and distortion distribution law of drum under load.The analysis results showed that the driving drum could fully satisfy the strength and stiffness requirement. Key words: belt conveyor;driving drum; COSMOS/Works; finite element
initial absolute angular velocity 60
G:x position
0.1
x position at port 2
0.2
Mass
20
Moment of inertia around Gz axis 5
plmbod2_2[PLMBOD02-1]
Mass
0.2
Moment of inertia around Gz axis 0.005
模块、1 个
模块、5 个
模块、3 个 模
块、2 个
模块、1 个 模块共 19 个模块。 模块
经翻转及连线等简单操作后，添加模型标签即可形
成刨刀驱动机构的 AMEsim 模型（见图 2）。
表 1 模块参数设置表
模块标签
参数名称
参数值
plmrefwall[PLMEMB01]
absolute x y position at port 1
spring stiffness
0
damping coefficient
0
plmpivottrans[PLMTRPI00-1]
spring stiffness
0
damping coefficient
0
plmpivot(5 个)
spring stiffness
0
damping coefficient
0
图 3 刨刀驱动机构的 3D 动画仿真界面
滑枕的水平运动速度及垂直运动速度曲线见
图 2 刨刀驱动机构的 AMEsim 模型
（2）各模块参数设置
图 4。
速 度 /m·s-1
6
5
4
3
1
2
1
0
2
-1
-20
12
345
时 间 /s
图 4 滑枕的运动速度曲线
1. 水平方向速度 2. 垂直方向速度
在仿真前， 需对部分模块进行必要的参数设
Based on AMEsim
YANG Shu-chuan, YANG Shu-ming (College of Mechanical Engineering ,Ningxia University, Yinchuan 750021, China)
Abstract： According to driving mechanism composition of the shaper and planner tool, the driving
（1）刨刀驱动机构的 AMEsim 模型搭建
在 AMEsim 环境下， 从 Planar mechanical 模块
库和 Mechanical 模块库中添加（指直接从各模块库
中拖拽所需的模块到新建模型窗口）形成刨刀驱动
机构 AMEsim 模型所需的各种模块：1 个 模块、1
个 模块、1 个 模块、3 个 模块、1 个
mechanism AMEsim model was established, and kinematic simulation and analysis were carried.
Simulation curve of horizontal velocity curve and visual simulation interface were obtained conveniently.
This method confirmed the driving mechanism composition of the shaper and planner tool accuracy and
the AMEsim model accuracy.
Key words：AMEsim； planner tool drive mechanism； kinematic simulation
plmbod3[PLMBOD03-1]
x position at port 2
0.74
x position at port 3
0.4
plmbod3_2[PLMBOD03-2]
x position at port 1
-0.6
x position at port 3
0.6
plmbod2[PLMBOD02-2] initial absolute angular position 90
牛头刨床刨刀驱动机构简图见图 1。 当 BC 杆绕 B 轴以等角速度转动时，AD 杆将在一定角度范围内 绕 A 轴摆动， 通过 DE 杆的作用带动滑枕 6 作直线 往复运动。
6 EF
5 3
D
B
C
2
14
A
图 1 刨刀驱动机构简图
1. 机架 2. 曲柄 3. 滑块 4. 摇杆 5. 连杆 6． 滑枕
2 刨刀驱动机构的 AMEsim 模型及仿真分析
不均匀的，具有急回作用，即滑枕的返回行程速度 多学科领域的机电液一体化系统模型，并在此基础
大于工作行程速度。 牛头刨床主运动消耗的能量最 上进行仿真计算和深入分析。 工程师在一个基于工
大，有必要对其进行运动分析，以验证其机构设计 是否合理，并可对新机构的设计提供理论依据。
机构运动轨迹的分析方法主要有图解法、解析
程应用的 AMEsim 友好环境下可研究任何元件或者 系统的稳态和动态性能。 AMEsim 的图形化用户界 面使得用户可以在完整的应用模型库中选择需要
法。 图解法形象直观，但精度不高。 解析法要建立机 的模块来构建复杂系统的模型。
* 宁夏高等学校科学研究项目资助（NXGX2009-31）
AMEsim 的 Planar mechanical 模块库 ， 包 含 用
第 31 卷第 09 期 2010 年 09 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.31No.09 Sep. 2010
基于 AMEsim 的牛头刨床刨刀驱动机构的运动分析 *
杨树川， 杨术明 （宁夏大学 机械工程学院， 银川 750021）
摘 要： 依据牛头刨床刨刀驱动机构的组成，建立了刨刀驱动机构的 AMEsim 模型，对其运动 进行仿真，获得了滑枕的水平运动速度曲线和机构运动的可视化界面，验证了刨刀驱动机构的正
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
速度 6.7 m/s。 该矿井底 2 个直径为 8 m 的斜底板螺
以上多例国内已成功投产运行的斜底板螺旋
旋溜槽原煤仓， 螺旋外直径 D＝9 m， 底板斜角 φ＝ 35°，外螺旋角 α1＝35°，切向速度 v=10.3 m/s，即使在 原煤水分大到选煤厂都不能洗的程度时，也没有出
为无烟煤。 设计前经过试验。
责任编辑：于秀文 收稿日期：2010－04－16
93
Vol.31 No.09 基于 AMEsim 的牛头刨床刨刀驱动机构的运动分析— ——杨树川，等 第 31 卷第 09 期
来搭建平面机构的各种模块。 此模块库含 Sources、 Sensors、Nodes 模块组，Bodies 模块组和 Junctions 模 块组。 用户利用这些模块可方便地搭建所需的平面 机构模型，不需推导其数学模型即可进行系统的运 动仿真，获得所需杆件的位移、速度、加速度曲线， 还可获得机构的可视化运动仿真界面。 1 刨刀驱动机构简介
从图 4 可见，滑枕在水平方向的速度比垂直方
置， 刨刀驱动机构 AMEsim 模型中各模块的参数设 向大 得 多 ，且 在 水 平 方 向 速 度 不 断 变 化 ，从 时 间 轴
置见表 1。
可看出，滑块的运动确实存在急回作用。 94
第 31 卷第 09 期 2010 年 09 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
关键词： 带式输送机； 传动滚筒； COSMOS/Works； 有限元 中图分类号： TG522.1 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2010）09 － 0095 － 02
Finite Element Analysis of Driving Drum of Belt Conveyor Based on COSMOS/Works
确性及 AMEsim 模型的正确性。 关键词： AMEsim； 刨刀驱动机构； 运动仿真
中图分类号： TG522.1 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2010）09 － 0093 － 03
Kinematic Analysis of Shaper and Planner Tool Drive Mechanism
0
0.35
plmrefwall_2[PLMEMB01] absolute x y position at port 1 0 0
plmrefwall_3[PLMEMB01] absolute x y position at port 1 0.67 0.8
plmtranslation_2[PLMTRA00-1]
（4） 文 献 [3] 介 绍 河 南 神 火 集 团 有 限 公 司 新 庄 煤
［1］煤矿专用设备设计计算［M］. 北京：煤炭工业出版社，1984. ［2］ 于永宏. 螺旋煤仓的应用与改进初探 ［J］. 煤矿设计，1996（11）：
24-26. ［3］李炳才，杨世龙. 螺旋溜槽在块煤防破碎中的应用［J］. 煤炭工程，
溜槽和斜底板螺旋溜槽煤仓，螺旋外直径 D 都比较 大，所以均加大了底板斜角 φ，目的就是为了增加切 向速度从而增加离心力。 这与理论计算结果的对比
现过堵塞和中途落入煤仓的现象，煤质为无烟煤。
情况是一致的。
（3）文 献[2]介 绍 山 西 阳 泉 三 矿 的 井 底 原 煤 仓 ， 参考文献：
仓直径为 8 m，螺旋外直径 D=9 m，所设斜底板螺旋 溜槽煤仓底板斜角 φ＝35°，外螺旋角 α1＝35°，切向速 度在 8～10 m/s，煤质为无烟煤。
0 引言
构的数学模型，通过求解可得到很高的精度。 但当
牛头刨床是机械制造业中广泛使用的一种机 机构很复杂时，推导其数学模型的过程也很麻烦。
械加工设备，主要用于单件小批量生产中小型工件 上的平面、成形面和沟槽。 中小型牛头刨床的主运 动大多采用曲柄摇杆机构传动，滑枕的移统高级建模与仿 真平台， 它提供了一个系统级工程设计的完整平 台，使得用户可以在单一的平台上建立复杂的一维
plmbod2_3[PLMBOD02-3] initial absolute angular position 150
G:x position
0.2
x position at port 2
0.4
gravity icon[GRAV0-1]
constant gravity value
9.8
（3）仿真结果 设置好表 1 中的各模块参数（其他参数保持默 认值）后，设定仿真时间 5 s，时间间隔 0.01 s,即可进 行仿真。 按模型图中的 图标，即可进行机构的 3D 动 画仿真，其仿真界面见图 3。 3D 动画直观地反映了 刨刀驱动机构各部分的运动情况。
2005（2）：59-60. 作者简介： 董广起（1950- ），山东寿光人，高级工程师，注册机械工
矿，在 6 个井底原煤仓中均设置了壁挂式斜底板螺 旋溜槽，其底板斜 角 φ＝35°，外螺旋角 α1＝35°，煤质
程师，1976 年毕业于原山东矿业学院（现山东科技大学）煤矿机械专业， 现从事机械专业的设计、校核、审核工作，研究中央式斜底板螺旋溜槽和 斜底板螺旋溜槽煤仓 10 a，电子信箱：jiangshouyong@.
Vol.31No.09 Sep. 2010
基于 COSMOS/Works 的带式输送机传动滚筒的有限元分析
李晓丽， 袁 圆 (安徽理工大学 机械工程学院， 安徽 淮南 232001)
摘 要： 对输送机传动滚筒受力状况做了理论分析， 运用有限元分析软件 COSMOS/Works 对 传动滚筒进行了静力分析，得出滚筒在载荷作用下的应力和变形分布规律。 分析结果表明，该传动 滚筒的结构设计完全满足其强度、刚度要求。
Abstract： The loading situation of belt -conveyor’s drum was analysed. Linear static analysis is conducted with the finite analysis software COSMOS/Works,and obtained the stress and distortion distribution law of drum under load.The analysis results showed that the driving drum could fully satisfy the strength and stiffness requirement. Key words: belt conveyor;driving drum; COSMOS/Works; finite element
initial absolute angular velocity 60
G:x position
0.1
x position at port 2
0.2
Mass
20
Moment of inertia around Gz axis 5
plmbod2_2[PLMBOD02-1]
Mass
0.2
Moment of inertia around Gz axis 0.005
模块、1 个
模块、5 个
模块、3 个 模
块、2 个
模块、1 个 模块共 19 个模块。 模块
经翻转及连线等简单操作后，添加模型标签即可形
成刨刀驱动机构的 AMEsim 模型（见图 2）。
表 1 模块参数设置表
模块标签
参数名称
参数值
plmrefwall[PLMEMB01]
absolute x y position at port 1
spring stiffness
0
damping coefficient
0
plmpivottrans[PLMTRPI00-1]
spring stiffness
0
damping coefficient
0
plmpivot(5 个)
spring stiffness
0
damping coefficient
0
图 3 刨刀驱动机构的 3D 动画仿真界面
滑枕的水平运动速度及垂直运动速度曲线见
图 2 刨刀驱动机构的 AMEsim 模型
（2）各模块参数设置
图 4。
速 度 /m·s-1
6
5
4
3
1
2
1
0
2
-1
-20
12
345
时 间 /s
图 4 滑枕的运动速度曲线
1. 水平方向速度 2. 垂直方向速度
在仿真前， 需对部分模块进行必要的参数设
Based on AMEsim
YANG Shu-chuan, YANG Shu-ming (College of Mechanical Engineering ,Ningxia University, Yinchuan 750021, China)
Abstract： According to driving mechanism composition of the shaper and planner tool, the driving
（1）刨刀驱动机构的 AMEsim 模型搭建
在 AMEsim 环境下， 从 Planar mechanical 模块
库和 Mechanical 模块库中添加（指直接从各模块库
中拖拽所需的模块到新建模型窗口）形成刨刀驱动
机构 AMEsim 模型所需的各种模块：1 个 模块、1
个 模块、1 个 模块、3 个 模块、1 个
mechanism AMEsim model was established, and kinematic simulation and analysis were carried.
Simulation curve of horizontal velocity curve and visual simulation interface were obtained conveniently.
This method confirmed the driving mechanism composition of the shaper and planner tool accuracy and
the AMEsim model accuracy.
Key words：AMEsim； planner tool drive mechanism； kinematic simulation
plmbod3[PLMBOD03-1]
x position at port 2
0.74
x position at port 3
0.4
plmbod3_2[PLMBOD03-2]
x position at port 1
-0.6
x position at port 3
0.6
plmbod2[PLMBOD02-2] initial absolute angular position 90
牛头刨床刨刀驱动机构简图见图 1。 当 BC 杆绕 B 轴以等角速度转动时，AD 杆将在一定角度范围内 绕 A 轴摆动， 通过 DE 杆的作用带动滑枕 6 作直线 往复运动。
6 EF
5 3
D
B
C
2
14
A
图 1 刨刀驱动机构简图
1. 机架 2. 曲柄 3. 滑块 4. 摇杆 5. 连杆 6． 滑枕
2 刨刀驱动机构的 AMEsim 模型及仿真分析
不均匀的，具有急回作用，即滑枕的返回行程速度 多学科领域的机电液一体化系统模型，并在此基础
大于工作行程速度。 牛头刨床主运动消耗的能量最 上进行仿真计算和深入分析。 工程师在一个基于工
大，有必要对其进行运动分析，以验证其机构设计 是否合理，并可对新机构的设计提供理论依据。
机构运动轨迹的分析方法主要有图解法、解析
程应用的 AMEsim 友好环境下可研究任何元件或者 系统的稳态和动态性能。 AMEsim 的图形化用户界 面使得用户可以在完整的应用模型库中选择需要
法。 图解法形象直观，但精度不高。 解析法要建立机 的模块来构建复杂系统的模型。
* 宁夏高等学校科学研究项目资助（NXGX2009-31）
AMEsim 的 Planar mechanical 模块库 ， 包 含 用
第 31 卷第 09 期 2010 年 09 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.31No.09 Sep. 2010
基于 AMEsim 的牛头刨床刨刀驱动机构的运动分析 *
杨树川， 杨术明 （宁夏大学 机械工程学院， 银川 750021）
摘 要： 依据牛头刨床刨刀驱动机构的组成，建立了刨刀驱动机构的 AMEsim 模型，对其运动 进行仿真，获得了滑枕的水平运动速度曲线和机构运动的可视化界面，验证了刨刀驱动机构的正
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
速度 6.7 m/s。 该矿井底 2 个直径为 8 m 的斜底板螺
以上多例国内已成功投产运行的斜底板螺旋
旋溜槽原煤仓， 螺旋外直径 D＝9 m， 底板斜角 φ＝ 35°，外螺旋角 α1＝35°，切向速度 v=10.3 m/s，即使在 原煤水分大到选煤厂都不能洗的程度时，也没有出
为无烟煤。 设计前经过试验。
责任编辑：于秀文 收稿日期：2010－04－16
93
Vol.31 No.09 基于 AMEsim 的牛头刨床刨刀驱动机构的运动分析— ——杨树川，等 第 31 卷第 09 期
来搭建平面机构的各种模块。 此模块库含 Sources、 Sensors、Nodes 模块组，Bodies 模块组和 Junctions 模 块组。 用户利用这些模块可方便地搭建所需的平面 机构模型，不需推导其数学模型即可进行系统的运 动仿真，获得所需杆件的位移、速度、加速度曲线， 还可获得机构的可视化运动仿真界面。 1 刨刀驱动机构简介
从图 4 可见，滑枕在水平方向的速度比垂直方
置， 刨刀驱动机构 AMEsim 模型中各模块的参数设 向大 得 多 ，且 在 水 平 方 向 速 度 不 断 变 化 ，从 时 间 轴
置见表 1。
可看出，滑块的运动确实存在急回作用。 94
第 31 卷第 09 期 2010 年 09 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
关键词： 带式输送机； 传动滚筒； COSMOS/Works； 有限元 中图分类号： TG522.1 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2010）09 － 0095 － 02
Finite Element Analysis of Driving Drum of Belt Conveyor Based on COSMOS/Works
确性及 AMEsim 模型的正确性。 关键词： AMEsim； 刨刀驱动机构； 运动仿真
中图分类号： TG522.1 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2010）09 － 0093 － 03
Kinematic Analysis of Shaper and Planner Tool Drive Mechanism
0
0.35
plmrefwall_2[PLMEMB01] absolute x y position at port 1 0 0
plmrefwall_3[PLMEMB01] absolute x y position at port 1 0.67 0.8
plmtranslation_2[PLMTRA00-1]
（4） 文 献 [3] 介 绍 河 南 神 火 集 团 有 限 公 司 新 庄 煤
［1］煤矿专用设备设计计算［M］. 北京：煤炭工业出版社，1984. ［2］ 于永宏. 螺旋煤仓的应用与改进初探 ［J］. 煤矿设计，1996（11）：
24-26. ［3］李炳才，杨世龙. 螺旋溜槽在块煤防破碎中的应用［J］. 煤炭工程，
溜槽和斜底板螺旋溜槽煤仓，螺旋外直径 D 都比较 大，所以均加大了底板斜角 φ，目的就是为了增加切 向速度从而增加离心力。 这与理论计算结果的对比
现过堵塞和中途落入煤仓的现象，煤质为无烟煤。
情况是一致的。
（3）文 献[2]介 绍 山 西 阳 泉 三 矿 的 井 底 原 煤 仓 ， 参考文献：
仓直径为 8 m，螺旋外直径 D=9 m，所设斜底板螺旋 溜槽煤仓底板斜角 φ＝35°，外螺旋角 α1＝35°，切向速 度在 8～10 m/s，煤质为无烟煤。
0 引言
构的数学模型，通过求解可得到很高的精度。 但当
牛头刨床是机械制造业中广泛使用的一种机 机构很复杂时，推导其数学模型的过程也很麻烦。
械加工设备，主要用于单件小批量生产中小型工件 上的平面、成形面和沟槽。 中小型牛头刨床的主运 动大多采用曲柄摇杆机构传动，滑枕的移统高级建模与仿 真平台， 它提供了一个系统级工程设计的完整平 台，使得用户可以在单一的平台上建立复杂的一维
plmbod2_3[PLMBOD02-3] initial absolute angular position 150
G:x position
0.2
x position at port 2
0.4
gravity icon[GRAV0-1]
constant gravity value
9.8
（3）仿真结果 设置好表 1 中的各模块参数（其他参数保持默 认值）后，设定仿真时间 5 s，时间间隔 0.01 s,即可进 行仿真。 按模型图中的 图标，即可进行机构的 3D 动 画仿真，其仿真界面见图 3。 3D 动画直观地反映了 刨刀驱动机构各部分的运动情况。
2005（2）：59-60. 作者简介： 董广起（1950- ），山东寿光人，高级工程师，注册机械工
矿，在 6 个井底原煤仓中均设置了壁挂式斜底板螺 旋溜槽，其底板斜 角 φ＝35°，外螺旋角 α1＝35°，煤质
程师，1976 年毕业于原山东矿业学院（现山东科技大学）煤矿机械专业， 现从事机械专业的设计、校核、审核工作，研究中央式斜底板螺旋溜槽和 斜底板螺旋溜槽煤仓 10 a，电子信箱：jiangshouyong@.
Vol.31No.09 Sep. 2010
基于 COSMOS/Works 的带式输送机传动滚筒的有限元分析
李晓丽， 袁 圆 (安徽理工大学 机械工程学院， 安徽 淮南 232001)
摘 要： 对输送机传动滚筒受力状况做了理论分析， 运用有限元分析软件 COSMOS/Works 对 传动滚筒进行了静力分析，得出滚筒在载荷作用下的应力和变形分布规律。 分析结果表明，该传动 滚筒的结构设计完全满足其强度、刚度要求。