基于SolidWorks的冷轧管机动平衡仿真

0 前言

    周期式冷轧管机是获得高精度管材的重要设备，其变形量大、成材率高、表面质量好，而被广泛使用。周期式冷轧管机的工作机构可以简化为曲柄滑块机构，曲柄滑块机构不可避免地产生较大的惯性力，不利于实现高效轧制和提高设备的可靠性。为减小不平衡惯性力引起的附加动载荷和振动，必须进行惯性力的平衡计算，以确定附加平衡重量来消除由于结构特点引起的不平衡。通过建立三维模型，将建立的模型利用中Motion分析功能得到的仿真结果与理论计算结论是否一致。

1 机构运动学分析

    LG-220冷轧管机传动工作原理如图1中所示，轧机机架C点的运动描述如下：

    轧机机架C点水平位移方程为

    将式(2)和式(3)带入式(1)中可得

    由二项式展开，忽略高次项可得

    轧机机架C点的速度为

    轧机机架C点的加速度为

图1 LG-220曲轴传动机构简图

    垂直平衡重D点垂直位移方程为

    垂直平衡重D点的速度为

    垂直平衡重D点的加速度为

    通过受力分析，将各构件施加的力等效到曲轴上，然后对曲轴铰点A进行力学分析。设定力与X，Y轴正方向一致为正，力矩顺时针为负，逆时针为正。

    轧机机架C：质量m，；机架连杆：质量ml，质心位置a，连杆长度l，；曲轴：质量mq，质心位置q，曲柄半径R；垂直平衡重：质量mz；平衡重连杆：质量mp，质心位置b，连杆长度lp，错距，e；扇形块配重：质量ms，质心位置s；机架连杆与水平方向的夹角，β；平衡重连杆与垂直方向的夹角γ；机架连杆对机架的力与机架连杆对曲拐B点的力是一对平衡力。

    机架受力分析，机架连杆对机架的力为

    即

    机架连杆与水平方向的夹角为

    本文不考虑轧制力、摩擦力对平衡的影响。