基于UG的液压式步进翻转冷床运动仿真分析

□杨 梅

太重煤机有限公司太原030032

基于UG的液压式步进翻转冷床运动仿真分析

□杨 梅

太重煤机有限公司太原030032

通过UGNX8.5对液压式步进翻转冷床进行运动仿真分析，在验证性能的同时，对运动过程中出现的问题提出合理化建议，从而实现翻钢功能，达到对钢坯冷却和矫直的目的。

翻转冷床是连铸车间小方坯开坯生产线中用于冷却来自轧机的钢坯的重要设备，钢坯经过轧机轧制后由输出辊道运输至翻转冷床进行冷却和矫直，而后再至火焰切割机切割成所要求尺寸的铸坯[1-3]。该翻转冷床使用两个举升油缸和两个横移油缸，通过液压式步进驱动完成工作，要求承载能力强，运行轨迹精度高。生产中对翻转冷床的要求是，既要使钢坯尽快均匀冷却，又要保证在冷却过程中不产生弯曲形变，且通过齿形的相互作用，起到一定的矫直作用[4-7]。因此，验证冷床的通过性能是设计之前的一项重要工作。

1 建模与装配

液压式步进翻转冷床主要由动齿条、静齿条、移动架、移动梁、倾斜底座和纵梁等组成，二维装配图如图1所示。

2 运动仿真分析

运动仿真软件是一种综合分析机构空间布置合理性的可视化计算机产品，可用于设计时对复杂机械系统的运动性能分析[8-9]。通过UGNX 8.5运动仿真软件，实现翻钢功能，观察机构运动是否连续，是否存在干涉、方钢从辊上是否顺利进入齿条，每进入一个齿隙是否成功翻转90°等情况。若无法实现，则需要调整油缸行程和齿形。

翻转冷床三维装配图如图2所示。将翻转冷床各零件建模并装配好后，即可进入运动仿真。由于该设备为对称机构，模型大，零件数量多，计算时间长，因此只装配一半机构进行仿真即可。将驱动移动梁行走的平轮、槽轮，以及和油缸连接的轴与底座等处作为旋转副；凡两两接触的物体作为3D接触；移动架、移动梁、举升油缸、横移油缸分别作为滑动副[10]。驱动由举升油缸和横移油缸两个滑动副实现，应用运动函数中的STEP（x,x0,h0,x1,h1）函数进行编程[11]。最后将方钢的端面平均分为四种颜色，以便于观察方钢在行走过程中是否成功翻转90°。

图1 翻转冷床二维装配图

已知举升油缸的行程为730 mm，横移油缸的行程为425 mm，设油缸一个行程需要3 s完成，函数图如图3所示。

3 结果

通过对翻转冷床机构进行建模和装配，检查出二维图纸上的诸多问题并及时修改。通过方钢在翻转冷床上的行走过程可以看出，平轮和槽轮分别在移动梁和倾斜底座上运动时容易脱轨，十分危险，建议加长移动梁和倾斜底座的轨道长度，以保证运行安全。运动过程连续、稳定，没有干涉，方钢也可以顺利被动齿条从辊上送至静齿条上，并成功翻转90°，起到了冷却和矫直的作用。方钢运动过程中某时刻情况如图4所示。

4 结束语

通过对运动参数的变化情况进行运动学和动力学分析，以验证运动机构设计的合理性，指导对零件的结构设计，达到运动机构的最优化[12]。通过利用UGNX8.5运动仿真软件，验证液压式步进翻转冷床的通过性能，由此可以降低人力、物力和时间成本，提高工作效率，并为日后与用户交流奠定了良好的基础。

图2 翻转冷床三维装配模型图

图3 油缸举升和平移函数图

图4 方钢运动过程中某一时刻情况

[1]王鑫.铸坯翻转冷床的设计与研究［J］.中国新技术新产品，2015（24）：74.

[2]成大先.机械设计手册［M］.4版.北京：化学工业出版社，2004.

[3]王知行，邓宗全.机械原理［M］.2版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]赵勋亚，彭诚，阎建武.液压式步进翻转冷床的设计和有限元分析[J].中国重型装备，2011（3）：18-21.

[5]周峰，许震.方坯连铸翻转冷床的改造与实践[J].南方金属，2003（6）：30-32.

[6]杨振，樊瑜瑾，周巍，等.基于UML的母线冲压机床需求分析与建模[J].机械制造，2015，53（9）：29-31.

[7]张建国，周西康.液压式中厚板步进冷床的结构设计与应用[J].装备机械，2013（4）：43-46.

[8]北京兆迪科技有限公司.UG NX 8.5运动分析教程［M］.北京：机械工业出版社，2014.

[9]罗旭，赵明宇.Femap&NX Nastran基础及高级应用［M］.北京：清华大学出版社，2009.

[10]李春亭.NX CAE应用实战案例精粹［M］.北京：电子工业出版社，2009.

[11]陈正水，邓益民.基于UG的STEP运动仿真函数对运动时间的控制分析［J］.宁波大学学报（理工版），2012，25（4）：103-106.

[12]张晋西，张甲瑞，郭雪琴.UG NX/Motion机构运动仿真基础及实例［M］.北京：清华大学出版社，2009.

By motion simulation analysis of hydraulic stepping flip cooling bed by UGNX 8.5,rationalization proposals on issues that arise during moving process were set forth while verifying the performances.As a result, steel manipulation function can be realized toachieve the purpose of cooling and straightening.

液压式步进翻转冷床；运动仿真分析；软件；应用

Hydraulic Stepping Flip Cooling Bed；Motion Simulation Analysis；Software；Application

TH122;TH137.3

A

1672-0555（2016）03-059-03

2016年5月

杨梅（1985—），女，本科，工程师，主要从事计算机辅助工程分析工作