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基于操作机夹持机构的锻件受力感知及预测方法研究

基于操作机夹持机构的锻件受力感知及预测方法研究

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作者：尹燕斌燕山大学

学位级别：硕士

制造业是立国之本、兴国之器、强国之基。自由锻造是制造业的重要组成部分,是大型锻件的主要生产手段。锻造操作机主要用于完成自由锻造工件的夹持和进给等操作,包括单操作机锻造生产模式和双操作机锻造生产模式。在锻造生产过程中,锻... 详细信息

制造业是立国之本、兴国之器、强国之基。自由锻造是制造业的重要组成部分,是大型锻件的主要生产手段。锻造操作机主要用于完成自由锻造工件的夹持和进给等操作,包括单操作机锻造生产模式和双操作机锻造生产模式。在锻造生产过程中,锻件因变形产生的变形抗力以及双机运动不协调导致的耦合力等外力作用都将传递到操作机本体上,导致锻件形变方向发生改变,甚至操作机本体发生破坏失效,这就需要控制系统引入主动力控提供必要的缓冲。主动力控的关键是如何获取外力作为反馈输入,因此需研究一种在恶劣工况下实现外力感知的方法,并且实现外力矢量预测。本文针对锻造操作机在锻造过程中外力作用无法直接测量的问题,以燕山大学“5MN快锻油压机组中试平台”的20k N锻造操作机为研究对象,对锻件受力进行力感知及预测方法研究,旨在为自由锻造的协调柔顺控制提供理论和技术支撑。本文主要研究内容如下:(1)以锻造操作机夹持机构为对象,推导出锻件夹持端直径与各构件位姿的映射关系;基于夹钳水平和竖直两种特殊夹持状态,分析了任意夹持状态下锻件重力与驱动液压缸输出力之间的映射关系;根据受力平衡关系建立了锻件受力至夹持机构铰点力的映射关系,综合构建出基于夹持机构表征的锻件受力感知模型。(2)基于锻件受力感知模型,研究了锻件直径、夹钳旋转角度以及锻件受力变化时夹持机构铰点力的变化规律,分析了各铰点力对锻件受力的响应敏感度,进而选择出铰点力感特征点;进一步建立了夹持机构等比例缩小试验样机和ADAMS静力学仿真模型,综合试验成果和静力学仿真结果验证了力感知模型的正确性和有效性。(3)基于支持向量机回归预测算法,建立了锻件受力预测模型,为提高回归预测准确度,加入了网格搜索与交叉验证相结合的预测算法参数寻优方法;以力预测准确度为衡量指标,对力感特征点不同组合方式进行了力预测研究,实现了最少力感检测点的高准确度力预测。

关键词：锻造操作机夹持机构锻件受力间接感知外力预测

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