风电叶片模具翻转机构动力学分析及优化设计
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械 行 车 翻 转具 有 振 动大 、 生产 效 率 低 、 全 性 差 等 缺 点 ， 解 决 这 些 问 题 ， 用 液 压 为 动 力 设 计 模 具 翻 转机 构 ， 安 为 采 并对 液 压 翻 转 机 构 进 行 动 力 学 的分 析 和 优 化 ，为 随 后 的液 压 控 制 系统 和 电控 部 分 的设 计 打 下 了理 论 基 础 。 关 键 词 ：液 压 翻 转 机 构 ； 动 力 学 ；复 合 形 法 ；优 化 设 计
风 电叶片模 具 翻 转机 构 动力 学分 析及 优 化设 计
王 宗 伟
（ 蒙古 ５ 业 大 学 ， 内蒙 古 呼和 浩特 内 ２ ００５） １０ １
摘 要 ： 转机 构 是 大 型 风 电叶 片 成 形 中 的 重要 工 艺装 备 ， 来 实 现 叶 片 成 形 过 程 中模 具 的合 模 与开 模 。 统 机 翻 用 传
讫∈［ ＋２ 丌－ａｃａ （ ｒｔｎ
２ 翻转 机构 动力 学分析 翻转 机构 翻转 架与 叶片旋转模 固定连 接 ，Ｇ点 为 旋 转模重 心 ， 转模 全重 ２ 。由图 １可知 ， 旋 ７ｔ 当液压 缸 Ａ 或 Ｂ运 动通 过旋 转轴心 ｃ时 ， 出现 奇异 现象—— 会
收稿 日期 ：２ １—４２ ；修 回 日期 ：２ １—７１ ０ ００ —７ ０ ００ —３
第 ６期 （ 第 １ ３ ） 总 ６期
２１ ０ ０牟 ｌ 月 ２
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎ ｏ． ６
Ｄｅ ． Ｃ
文 章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ０ ０— ０３０ １ ７—４ ３ ２ １ ）６０ １ —２
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ＴＫ８ Ｈ１ ２： ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
活 塞杆铰 点 的力 的方 向与运 动方 向垂直 。此 时机构会 产 生 冲击 和振 动 ，更 有可 能发生 “ 顶死 ”现 象 。为使 翻转 机构 能够顺 利 翻转 模具 ，当模 具重 心与 点 同侧 时 ，液 压缸 Ａ输 出动力 ，缸 Ｂ随 动 ；当模 具重 心与 Ｂ 点 同侧时 ，缸 Ｂ输 出动力 ，缸 Ａ 随动 。
Ｉ ｌ ￣ ａ ｌｎ ４ ｓ ｌ
￡ｄ
式 中 ： １ （１Ｉ ８ ０ ＋ ７ ０ａ （ 一‰ｉ ｏ （ 一 一［ － １ ０ ） ５ ｔｎ Ｇ － ｓ ）ｃ
‰ 。） 。
ｉ １一 ３ｓ ｅ ４ｎ Ａ
—７
翻转机构液压缸铰点位置 的优化设计 ， 即以
式 ： ［－ ｉ号 ａａ 中讫 ‰＇ ＋ｒｎ ∈ ｎ ＋ ｃ（ ‰ ｔ
其 推力力 臂 。模 具重 心与 点 同侧 时 ，旋转 模重 力力 臂 为 ｃ；模具 重心 与 Ｂ点 同侧 时 ，重 力力臂 为 ｚ 。 。
２ １ 液 压 缸 动 力 分 析 ．
由三 角形定 理可 得 ：
作 者 简 介 ：王 宗 伟 （９ ５） 男 ， 南 鹤 壁 人 ， 读 硕 士研 究 生 ， 要 研究 方 向 ： 电一 体 化 。 １ ８一 ， 河 在 主 机
、
风 电叶片是 风力发 电机组 有效捕 获风 能的 核心部 件 ，在叶 片的制造 过程 中 ，叶片模具 开合模 过程 的运 动平稳 和位 置准确 直接关 系到模 具 的安全和 叶 片制 造 的成功 与否 ，所 以 ，解决 大型模 具两半 模 的开合模 翻
转技术 ，装备 稳定 可靠 的开合模 翻转机 构 ，是 叶片制 造过程 的关 键 问题之 一 。本 文研究 的大 型风 电叶 片模 具 开合模 液压 翻转机 构 ，替 代 了传 统 的机 械行 车 吊装 翻转 ，具 有振 动小 、安全 可靠 、生产效 率高 、生产成 本 低等优 点 ，对于风 电叶 片的生产 具有 实际意 义 。 １ 翻转机 构模 型 翻转机 构采用 液压 为动力 ，每个 机构上 对称 布置 ４个液 压缸 ，通 过 ４ 液 压缸 的联合 动作 实 现模具 合 个 模与 分模过 程 中上 模 的 １ ０ 翻转 。 １为 翻转机 构正 ８。 图 面示意 图 ， 另有 两缸 在机构 背面与 液压缸 Ａ、 Ｂ对称 布
Ｅ Ｆ一 ＤＣ 。运 动 过 程 中 ， Ｃ Ｆ— ＡＥ 为 ， Ｄ Ｂ 为
“ ， ＣＥ 一 ， ＢＣＤ 一 。
图 １ 翻 转 机 构 示 蒽 图
若 现场 布置 ２台 翻转机构 ，则运 动过 程 中每一时
刻 同时有 ４个液压 缸输 出动力 ， 缸承重 即 为６ ７ 。 单 ． ５ｔ 设 Ｆ、 分别 为液 压缸 Ａ、Ｂ的推力 ，ｅ、ｅ 分别 为
置 。图 １中， Ｃ为 固定 支撑架 ， ＤＥ为 翻转架 ； ＡＢ Ｃ Ａ、 Ｂ 为液压 缸尾 部铰点 ， Ｃ点 为翻转 轴 ， Ｄ、 为液压 缸 Ｅ 头部铰点 ； Ｆ点为 Ｄ、 Ｅ连线 的 中点 ， 翻转 机构 处于 ０ 。
’ ’ 。
～
一
一
一
～
●
液压缸 Ｂபைடு நூலகம்
（ 开模 ） １ ０（ 或 ８ 。合模 ） 位置 时 ， ｃ点 、 Ｆ点及 旋转 模分 型 面均处 于同一 水平 面上 。 Ｃ 设 Ｆ长 度为 ，， Ｃ为 ， Ｏ ＡＣ 为 ， Ｅ为 ｚ。 。 液压缸 Ａ初 始长 度 ＡＥ为 ， 。Ｃ ０时 液 压 缸 Ｂ 初 始 长 度 Ｂ 为 ｚ； Ｏ Ａ一 Ｏ Ｂ＝ ａ Ｄ Ｃ Ｃ ，
・
１ ・ ４
机 械 工 程 与 自 动 化
２ ０年 第 ６期 ０１
一
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…
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…
…
… （） ５
一
则 翻转机构 运动 过程 中的最小起 升力矩 为 ：
Ｍ Ｆ ｉ一 ×Ｐ ６ ７ … 一 ． ５× １ × Ｚ １ 。 ０ Ｇ
风 电叶片模 具 翻 转机 构 动力 学分 析及 优 化设 计
王 宗 伟
（ 蒙古 ５ 业 大 学 ， 内蒙 古 呼和 浩特 内 ２ ００５） １０ １
摘 要 ： 转机 构 是 大 型 风 电叶 片 成 形 中 的 重要 工 艺装 备 ， 来 实 现 叶 片 成 形 过 程 中模 具 的合 模 与开 模 。 统 机 翻 用 传
讫∈［ ＋２ 丌－ａｃａ （ ｒｔｎ
２ 翻转 机构 动力 学分析 翻转 机构 翻转 架与 叶片旋转模 固定连 接 ，Ｇ点 为 旋 转模重 心 ， 转模 全重 ２ 。由图 １可知 ， 旋 ７ｔ 当液压 缸 Ａ 或 Ｂ运 动通 过旋 转轴心 ｃ时 ， 出现 奇异 现象—— 会
收稿 日期 ：２ １—４２ ；修 回 日期 ：２ １—７１ ０ ００ —７ ０ ００ —３
第 ６期 （ 第 １ ３ ） 总 ６期
２１ ０ ０牟 ｌ 月 ２
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴ１ ０Ｎ
Ｎ ｏ． ６
Ｄｅ ． Ｃ
文 章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ０ ０— ０３０ １ ７—４ ３ ２ １ ）６０ １ —２
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ＴＫ８ Ｈ１ ２： ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
活 塞杆铰 点 的力 的方 向与运 动方 向垂直 。此 时机构会 产 生 冲击 和振 动 ，更 有可 能发生 “ 顶死 ”现 象 。为使 翻转 机构 能够顺 利 翻转 模具 ，当模 具重 心与 点 同侧 时 ，液 压缸 Ａ输 出动力 ，缸 Ｂ随 动 ；当模 具重 心与 Ｂ 点 同侧时 ，缸 Ｂ输 出动力 ，缸 Ａ 随动 。
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式 中 ： １ （１Ｉ ８ ０ ＋ ７ ０ａ （ 一‰ｉ ｏ （ 一 一［ － １ ０ ） ５ ｔｎ Ｇ － ｓ ）ｃ
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ｉ １一 ３ｓ ｅ ４ｎ Ａ
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翻转机构液压缸铰点位置 的优化设计 ， 即以
式 ： ［－ ｉ号 ａａ 中讫 ‰＇ ＋ｒｎ ∈ ｎ ＋ ｃ（ ‰ ｔ
其 推力力 臂 。模 具重 心与 点 同侧 时 ，旋转 模重 力力 臂 为 ｃ；模具 重心 与 Ｂ点 同侧 时 ，重 力力臂 为 ｚ 。 。
２ １ 液 压 缸 动 力 分 析 ．
由三 角形定 理可 得 ：
作 者 简 介 ：王 宗 伟 （９ ５） 男 ， 南 鹤 壁 人 ， 读 硕 士研 究 生 ， 要 研究 方 向 ： 电一 体 化 。 １ ８一 ， 河 在 主 机
、
风 电叶片是 风力发 电机组 有效捕 获风 能的 核心部 件 ，在叶 片的制造 过程 中 ，叶片模具 开合模 过程 的运 动平稳 和位 置准确 直接关 系到模 具 的安全和 叶 片制 造 的成功 与否 ，所 以 ，解决 大型模 具两半 模 的开合模 翻
转技术 ，装备 稳定 可靠 的开合模 翻转机 构 ，是 叶片制 造过程 的关 键 问题之 一 。本 文研究 的大 型风 电叶 片模 具 开合模 液压 翻转机 构 ，替 代 了传 统 的机 械行 车 吊装 翻转 ，具 有振 动小 、安全 可靠 、生产效 率高 、生产成 本 低等优 点 ，对于风 电叶 片的生产 具有 实际意 义 。 １ 翻转机 构模 型 翻转机 构采用 液压 为动力 ，每个 机构上 对称 布置 ４个液 压缸 ，通 过 ４ 液 压缸 的联合 动作 实 现模具 合 个 模与 分模过 程 中上 模 的 １ ０ 翻转 。 １为 翻转机 构正 ８。 图 面示意 图 ， 另有 两缸 在机构 背面与 液压缸 Ａ、 Ｂ对称 布
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“ ， ＣＥ 一 ， ＢＣＤ 一 。
图 １ 翻 转 机 构 示 蒽 图
若 现场 布置 ２台 翻转机构 ，则运 动过 程 中每一时
刻 同时有 ４个液压 缸输 出动力 ， 缸承重 即 为６ ７ 。 单 ． ５ｔ 设 Ｆ、 分别 为液 压缸 Ａ、Ｂ的推力 ，ｅ、ｅ 分别 为
置 。图 １中， Ｃ为 固定 支撑架 ， ＤＥ为 翻转架 ； ＡＢ Ｃ Ａ、 Ｂ 为液压 缸尾 部铰点 ， Ｃ点 为翻转 轴 ， Ｄ、 为液压 缸 Ｅ 头部铰点 ； Ｆ点为 Ｄ、 Ｅ连线 的 中点 ， 翻转 机构 处于 ０ 。
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液压缸 Ｂபைடு நூலகம்
（ 开模 ） １ ０（ 或 ８ 。合模 ） 位置 时 ， ｃ点 、 Ｆ点及 旋转 模分 型 面均处 于同一 水平 面上 。 Ｃ 设 Ｆ长 度为 ，， Ｃ为 ， Ｏ ＡＣ 为 ， Ｅ为 ｚ。 。 液压缸 Ａ初 始长 度 ＡＥ为 ， 。Ｃ ０时 液 压 缸 Ｂ 初 始 长 度 Ｂ 为 ｚ； Ｏ Ａ一 Ｏ Ｂ＝ ａ Ｄ Ｃ Ｃ ，
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机 械 工 程 与 自 动 化
２ ０年 第 ６期 ０１
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则 翻转机构 运动 过程 中的最小起 升力矩 为 ：
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