风电叶片模具翻转机构动力学分析及优化设计
风力发电系统中叶片设计的最优化研究
风力发电系统中叶片设计的最优化研究随着人们对环境保护意识的提高，新能源领域的发展也日渐受到关注。
其中，风力发电作为一种干净、可再生的能源形式，一直受到人们的追捧。
然而，对于风力发电系统来说，风力机叶片的设计是非常关键的一步。
因此，对风力机叶片进行最优化研究，将会对风力发电的发展产生积极的影响。
一、叶片的基本知识及近年来的发展趋势风力机叶片作为风力发电系统中的重要组成部分，其工作质量决定了风力机的工作效率与经济效益。
基本叶片设计参数和关键技术包括风轮直径、叶片数目、叶片型线、叶片长度以及夹角等。
在过去的几十年里，叶片的设计不断更新，许多新的技术被引入并应用于制造实践中。
例如，吸收晶须增强技术、复合材料和3D打印技术等。
尤其是近年来，机器学习技术也被用于叶片设计，进一步提高了叶片的效率。
二、叶片设计的最优化研究叶片的设计最优化是指找到使其性能和造价达到最合理化的叶片几何参数的过程。
此外，叶片设计还需要考虑一些其他因素，例如可靠性和安全性。
在实际情况下，叶片类型和尺寸的选择取决于风电机组的性能、成本和可靠性需要。
因此，需要综合考虑多种因素来确定最合适的叶片设计。
以下是一些最优化研究的方法。
1. 传统方法传统方法一般采用试错或经验公式，并通过实验或现有叶片的数据来进行验证。
这种方法的优点在于成熟、实用性较高，而缺点则在于其计算效率较低，质量难以保证，并且叶片形状的可塑性较差。
2. 优化算法随着计算机的应用，一些优化算法的出现，如遗传算法、蚁群算法等，被广泛应用于叶片的最优化研究。
这些方法通过大量的计算和模拟，使得叶片设计更准确、更节能、更环保。
三、叶片设计的影响因素风力机叶片的设计是非常复杂的，涉及多个因素，包括但不限于下列内容。
1. 叶片材料叶片材料直接决定了叶片的可靠性、经济性和使用寿命，一般设计中多采用复合材料。
2. 叶片形状叶片形状决定了风能转化效率和风轮的空气动力特性，需进行流场分析。
3. 叶片长度叶片长度影响风轮直径和面积，进而影响到风轮的产生风能的能力，即是否依据本地风速实时可控产生的风能。
风力发电机组的叶轮设计优化与性能分析
风力发电机组的叶轮设计优化与性能分析1. 引言风力发电作为一种可再生能源的重要形式，被广泛应用于电力供应系统。
叶轮作为风力发电机组中的核心部件，直接影响着发电机组的性能和效率。
本文旨在通过对风力发电机组叶轮的设计优化与性能分析，提出一种能够提高发电效率的叶轮设计方案。
2. 风力发电机组的工作原理风力发电机组利用风能将风动能转化为机械能，然后通过发电机将机械能转化为电能。
叶轮作为风力发电机组中的核心部件，承担着捕捉和利用风能的重要任务。
叶轮优化设计的目标是最大化风能的转化效率，提高发电机组的发电量。
3. 叶轮设计优化3.1 叶片数目和形状设计叶片数目和形状直接影响着风力发电机组的功率转化性能。
一般而言，叶片数目越多，转化效率越高。
然而，叶片数目过多会增加制造成本并增加风力发电机组的重量。
因此，需要综合考虑叶片数目和形状的设计，找到一个平衡点。
3.2 叶片长度和宽度设计叶片长度和宽度的设计也是叶轮设计中的重要因素。
叶片长度越长，捕捉风能的面积越大，风力发电机组的转化效率越高。
然而，过长的叶片会增加风力发电机组的叶轮重量，并对叶轮结构造成一定的负荷。
因此，需要对叶片长度和宽度进行优化设计。
3.3 叶片材料选择叶轮受到来自空气流动的巨大压力和弯曲力的影响，因此在叶片材料的选择上需要考虑其强度、轻量化和耐腐蚀性。
目前常用的叶片材料有玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）等。
在叶片材料的选择中，需要综合考虑材料的力学性能和经济性，以实现叶轮结构的优化设计。
4. 叶轮性能分析4.1 基于流体动力学的模拟分析通过建立风力发电机组的叶轮流体动力学模型，可以对叶轮的流场分布和压力分布进行模拟分析，了解叶轮在风力作用下的性能表现。
这可以为叶轮的优化设计提供有力的依据。
4.2 发电机组的发电量模拟叶轮是风力发电机组中能量转化的关键部件，其性能的优化直接影响发电机组的发电效率。
通过基于叶轮性能和风能资源的数据，可以进行发电量的模拟计算，评估叶轮优化设计的效果。
风力发电机的叶片设计优化报告
风力发电机的叶片设计优化报告一、引言风力发电作为可再生能源的重要组成部分，在能源产业中发挥着重要的作用。
风力发电机的叶片设计直接影响发电效率和风能利用效果。
为了实现更高的能量转化效率和更稳定的性能，对风力发电机叶片的设计进行优化是必要的。
二、参数选择在设计优化之前，需要考虑以下几个重要的参数：叶片翼型、叶片长度和叶片数目。
这些参数对叶片的性能和发电效率都有着重要的影响。
1. 叶片翼型叶片翼型的选择是风力发电机叶片设计中的关键决策。
不同的翼型具有不同的气动特性和流体阻力特性。
我们选择了NACA 4412翼型作为基准翼型，并与其他常用翼型进行比较，例如NACA 0012、NACA 2412等。
2. 叶片长度叶片长度决定了叶片的承载能力和发电机的输出功率。
较长的叶片可以捕捉更多的风能，并产生更高的输出功率。
然而，过长的叶片也会增加系统的重量和成本。
因此，在设计中需要权衡叶片长度与功率输出之间的关系。
3. 叶片数目叶片数目对于整个风力发电机的性能也是至关重要的。
较多的叶片数目可以提供更稳定的转动和更高的转速。
然而，叶片数目过多会增加系统的复杂性和成本。
在设计中需要找到合适的平衡点。
三、叶片优化设计方法在叶片的设计优化过程中，采用了以下的方法和步骤：1. 数值模拟基于CFD（Computational Fluid Dynamics）方法，采用Fluent软件进行数值模拟。
通过模拟计算，可以得出叶片的流场分布、气动力分布等关键参数。
2. 响应面优化使用响应面方法进行叶片的优化设计。
在给定的参数范围内，通过建立数学模型，采用响应面法对风力发电机叶片的设计参数进行优化，以实现最佳的发电性能。
3. 结构优化在叶片气动优化的基础上，进行结构优化设计。
通过有限元分析方法，优化叶片的结构，以提高抗风荷载能力和减小结构质量。
四、优化结果与分析通过数值模拟和优化设计，得到了优化后的叶片设计方案，并进行了性能评估和分析。
1. 气动性能优化后的叶片在不同风速下的气动性能进行了评估。
风力发电系统中风机叶片优化设计
风力发电系统中风机叶片优化设计随着环境保护意识的不断提高，清洁能源已经成为了人们必须关注和逐渐转向的方向。
其中，风力发电作为清洁能源的重要形式之一，其在全球范围内有着广泛的应用。
而风力发电系统中叶片作为重要的能量转换部件，在系统的工作中发挥了至关重要的作用。
如今，不断有人在致力于改进叶片设计的同时，以期望获得更高的转换效率和更好的成本效益。
本文将重点探讨风力发电系统中风机叶片优化设计方面的相关内容。
1. 风机叶片的工作原理风机叶片是风力发电机组的一个重要部件，其主要负责将风能转化为机械能，使发电机旋转产生电能。
在风力发电系统中，风机叶片是通过风的作用力将叶片转动，进而带动转子旋转，最终实现发电的。
因此，风机叶片在转化风能的过程中起着举足轻重的作用。
2. 风机叶片优化设计的目的为了提高风机叶片的效率和性能，近年来人们一直在努力优化风机叶片的设计。
风机叶片的优化设计是指通过一系列的改进和优化措施，逐步提高风机叶片的性能、降低系统的成本和维护成本，并在节能环保方面做出贡献。
风机叶片优化设计的主要目的包括：提高风机叶片的转换效率、提高风能的利用率、增长风机叶片产生的动力、降低噪声污染等等。
3. 风机叶片优化设计的方法3.1 变叶片数目通过改变叶片的数量，可以调节风机的转速、功率和桨距等参数。
变叶片数的技术是根据风场的变化，在保持通用性和可靠性的基础上，提高风机的效率，并且可以自动适应变化的风速。
3.2 叶片弯度设计叶片弯度设计是指在保证强度和刚度的前提下，通过调整叶片剖面，轮廓和断面曲线等参数，实现风机叶片优化设计的目标。
在叶片弯度设计中，需要考虑的是叶片的剖面，以及长度、厚度、弯曲等参数的调整。
在叶片的设计中，叶片的RPM、长度，材料的选择，厚度，弯曲等因素都对性能有着深刻的影响。
3.3 叶尖形状设计叶尖形状是叶片的重要结构之一，其形状对叶片的振动、噪音和气动性能有着非常重要的影响。
因此，针对不同转速区间，需要设计最佳的叶尖形状，以达到最佳的性能和效益。
风力发电机叶片的动力学分析
风力发电机叶片的动力学分析1.叶片受风力作用的力学模型在风力作用下，叶片受到了来自风力的气动力和离心力的作用。
气动力是指风力对叶片产生的力，主要由气动阻力和升力组成；离心力则是由于叶片运动过程中产生的离心加速度而产生的力。
叶片受到的气动力和离心力可以用以下力学模型表示：F=FL+FA+FC其中，F表示总力；FL表示升力；FA表示阻力；FC表示离心力。
2.叶片动力学方程在叶片运动过程中，通过分析和推导可以得到叶片的动力学方程。
一般来说，叶片的动力学方程可以分为平动和转动两个方向的运动方程。
平动方向的运动方程可以表示为：ma = F - mg其中，m表示叶片的质量；a表示叶片的加速度；g表示重力加速度。
转动方向的运动方程可以表示为：Iα=M其中，I表示叶片的转动惯量；α表示叶片的角加速度；M表示叶片所受的扭矩。
3.叶片运动的特性分析通过对叶片动力学方程的分析，可以得到叶片运动的一些重要特性。
首先，叶片的运动速度和加速度是随风速和叶片位置的变化而变化的。
当风速较大时，叶片的运动速度和加速度较大；当风速较小时，叶片的运动速度和加速度较小。
其次，叶片的运动也与叶片的质量和刚度有关。
叶片质量越大，惯性力就越大，叶片的运动速度和加速度也会随之增大；叶片刚度越大，叶片的弯曲程度就越小，叶片的运动速度和加速度也会随之减小。
另外，叶片的机械结构和几何形状也会影响叶片的运动特性。
例如，增加叶片的长度和宽度可以增加叶片的弯曲刚度，减小叶片的弯曲程度，从而减小叶片的运动速度和加速度。
最后，叶片的动力学特性还与风力发电机系统的特性相互关联。
例如，当风力发电机系统的负荷增加时，风力发电机叶片所受的力和扭矩也会增加，从而改变叶片的运动特性。
综上所述，风力发电机叶片的动力学分析是对叶片在风力作用下的运动规律和力学特性进行研究的过程。
通过对叶片受力和运动方程的分析，可以了解叶片运动的特性和影响因素，从而为风力发电机叶片的设计和优化提供指导。
风电叶片液压模具翻转控制分析
今日制造与升级 45自动化技术与应用风力发电以基建周期短、装机规模灵活，以及清洁可再生能力在我国发展十分迅速。
风力发电叶片将风能转化为电能，以巨大蕴量保证发电系统的正常运行。
随着经济水平的增加，对风力发电装机功率和叶片尺寸的要求也越来越高，因此需要大型的风电叶片模具。
大型风力发电叶片机组模具长度在70m 以上，因此对翻转系统翻转同步稳定性和承载负荷能力的要求也更加严格。
目前传统行车机械式翻转系统对于大型风力发电叶片模具的要求已经难以满足。
当前以PLC 控制比例开口度对油泵输出油量进行调整，从而控制3个或以上的翻转臂液压翻转系统，这种方式为目前国内外普遍采用的方式。
这种方式因为模具长度较长以及模具自重较大，因此在翻转过程中以及模具开合过程中对翻转臂的同步性产生一定影响，严重影响模具的使用期限。
文章对基于变频电机实施闭环调速的多翻转臂液压自动开合模控制系统进行介绍，基于多翻转机构系统，对翻转机构的翻转油缸工作原理进行分析，对液压电气系统进行改进和设计，采用PID 闭环控制模式，对翻转过程中翻转角度同步性和平稳性等难题进行有效解决[1]。
1 液压翻转系统的工作原理和结构1.1 翻转系统结构翻转结构包括翻转油缸、支撑油缸、旋转机架、固定机架、旋转中心轴；风电叶片模具构成包括固定面和运动面，也就是背风ss 面和迎风ps 面，多个液压翻转机构架和模具分别实施刚性连接。
1.2 分析翻转系统工作原理由于多个翻转机架结构和模具翻转过程中有类似动作，因此对分析其中一个翻转机构。
图1中液压翻转油缸II 和I 下方的铰接点通过销轴连接与翻转机架底座固定，液压翻转油缸2和1上处的铰接点翻转机架可翻转，a1、b1、a2、b2分别为其对应位置。
o 表示液压翻转机翻转部位的中心轴，d1为液压翻转机固定部位铰接点与o 之间的距离，d2为翻转机架中心轴与o 之间的距离，r2、r1表示翻转机架可翻转部位与液压翻转油缸和中心轴的距离。
风力发电系统的性能分析与优化设计
风力发电系统的性能分析与优化设计随着对环保意识的不断提高，可再生能源的应用越来越普及，其中风力发电系统的发展也成为了一种新型的能源形式。
因此，本文将从风力发电系统的性能分析与优化设计两个方面进行探究。
一、风力发电系统的性能分析1. 系统构造风力发电系统的构造主要由叶片、轴、发电机、塔架、控制系统以及电缆等组成。
其中，叶片是风力发电系统中最重要的组成部分，其质量及形状对风能的转化效率起着至关重要的作用。
2. 技术参数风力发电系统的技术参数主要包括功率、转速、转矩、维护间隔等。
其中功率是风力发电系统最基本的技术参数之一，它取决于叶片形状和风速等因素，通常以千瓦为单位。
转速和转矩是反映风力发电机输出功率的两个重要参数，转速越高，输出功率越大；转矩越大，输出功率越高。
维护间隔则是反映风力发电系统的耐用性和可靠性的重要参数之一。
3. 性能指标风力发电系统的性能指标主要包括轴功率、输入功率和发电效率等。
其中，轴功率指的是风力发电机输出的电力，输入功率指的是叶片所吸收的风能，发电效率则是反映风力发电系统利用风能转化为电能的能力。
二、风力发电系统的优化设计1. 叶片设计叶片是风力发电系统中最重要的组成部分，其质量及形状对风能的转化效率起着至关重要的作用。
因此，在进行优化设计时，需要从材料的选择、形状的设计、数量的优化等方面进行考虑。
2. 塔架设计塔架是风力发电系统的支撑结构，其高度和稳定性决定了风力发电系统的输出功率。
因此，在进行优化设计时，需要从塔架高度、材质、重量等方面进行考虑。
3. 发电机设计发电机是风力发电系统中另一个重要的组成部分，它需要具备高效率、稳定性和可靠性等特点。
在进行优化设计时，需要从制造工艺、材料选用、维护成本等方面进行考虑。
4. 控制系统设计控制系统是风力发电系统中非常重要的一个部分，它需要对系统的运行状态进行监测，可通过实时仪器传感器获取数据，并进行数据分析，通过控制算法对系统进行调节和优化，以达到最优的发电效率。
风力发电机叶片的动力学分析
风力发电机叶片的动力学分析□冯锦飞□顾永强□贾宝华□朱文彬内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010摘要：旋转是叶片的主要工作方式，叶片轴向力与切向力的大小随叶片的旋转而时刻发生变化，导致重力对叶片每个旋转位置有不同程度的影响。
应用A N S Y S 软件建立旋转状态下叶片的有限元模 型，对其进行动力学分析。
分析结果表明：叶片的最大变形量为0.327 mm ，位于叶尖附近，远小于玻璃钢 叶片的最大弯曲变形要求;叶片的最大应力值为1.04 MPa ，远小于玻璃钢的抗拉强度。
通过分析确认，重 力对风力发电机叶片的整体力学性能影响较小。
关键词:风力发电机叶片动力学分析中图分类号:T H 113.2;T M 315 文献标志码：B文章编号：1000-4998(2019)12-0056-04Abstract ： Rotation is the main working mode of the blade. The axial force and tangential force of the blade are changing with the rotation of the blade, which causes the gravity to have different degrees of influence on each rotating position of the blade. The finite element model of the blade in the rotating state was established by ANSYS software, and the kinetic analysis was carried out. The analysis results show that the maximum deformation of the blade is 0.327 mm, which is located near the tip of the blade, which is much smaller than the maximum bending deformation requirement of the FRP blade. The maximum stress value of the blade is 1.04 MPa, which is much smaller than the tensile strength of FRP. It is confirmed by analysis that gravity has little effect on the overall mechanical properties of the blade of wind turbine.Key W ords ： Wind Turbine Blade Kinetics Analyses1研究背景能源危机席卷全球，环境保护迫在眉睫，新型清洁 能源的发展势在必行。
风机叶片结构设计与优化
风机叶片结构设计与优化随着现代工业的快速发展，风力发电作为一种可再生的可持续能源形式也逐渐成为了人们关注的焦点。
而在风力发电的核心部件，风能转换系统中，风机叶片的设计和优化也十分关键。
风机叶片的结构设计风机叶片是风力发电机组的重要部分，主要作用是将风能转化为机械能，进而驱动发电机发电。
对于风机叶片的结构设计，需要考虑到以下几个方面。
首先，要充分考虑风速和风向的变化，以及风场的特性，从而设计出符合实际工作环境的叶片结构。
在设计叶片的根部、中部和尖部等位置时，还需要根据不同的受力情况进行合理的加强设计。
其次，叶片的长度和宽度也需要充分考虑。
如果叶片长度过短，那么就不能充分利用风能进行转换，从而影响到风力发电机组的发电效率。
而如果叶片长度过长，对于材质和生产成本的要求将会更高，也会带来更大的制造难度。
此外，叶片的形状也是设计的重要方面。
对于一般的三叶片风机叶片来说，需要考虑到叶片弯曲度、扭曲度、翼型等因素。
这些因素将直接影响到叶片的起飞速度、最大风速以及噪音等问题。
风机叶片的优化针对风机叶片的结构设计，优化也是设计的一个重要方面。
对于现有的风机叶片，需要进行深入的研究和优化，以提高风力发电机组的整体效率。
首先，要优化叶片的气动性能。
通过研究叶片的气动流场等问题，可以进一步改善叶片的气动性能，提高叶片的起飞速度和最大功率输出。
此外，还可以利用附面效应和扭曲设计等技术手段，改善叶片的空气动力学特性。
其次，要针对叶片的材质和结构进行优化。
目前常用的叶片材料主要为玻璃钢、碳纤维复合材料等。
但是，在复杂环境中，这些材料容易受到外界环境和受力情况的影响，导致叶片的损坏和破坏。
因此，需要对叶片的材料进行深入研究，开发出更加适合风力发电场景下的叶片材料。
最后，还需要对叶片的生产和装配进行优化。
对于现有的生产和装配工艺来说，需要考虑到生产成本、制造难度和效率等因素，进一步提高叶片的生产效率和质量水平。
结语风机叶片的结构设计和优化是风力发电系统中重要的研究内容。
水平轴风力发电机叶片结构设计与优化
水平轴风力发电机叶片结构设计与优化引言水平轴风力发电机作为一种可再生能源发电设备，近年来受到了广泛关注和应用。
而叶片作为水平轴风力发电机的核心组成部分，其结构设计和优化对于提高发电效率和性能至关重要。
本文将探讨水平轴风力发电机叶片结构设计与优化的相关问题，旨在为该领域的研究者和工程师提供一些有益的指导和思路。
叶片设计原则水平轴风力发电机的叶片设计需要考虑多个因素，包括气流特性、风速、轴转速等。
首先，叶片的形状和尺寸应该能够最大程度地捕捉风力，并将其转化为机械能。
其次，叶片应该具备一定的强度和刚度，以抵抗外界风力的作用。
最后，叶片的设计还应该考虑制造成本和可维护性。
叶片结构优化方法在水平轴风力发电机叶片的结构优化过程中，采用计算机辅助工程（CAE）方法可以显著提高效率和准确性。
常见的CAE方法包括有限元分析、计算流体力学、参数化设计等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过将叶片分割成有限数量的小元素，对其进行力学和流体力学分析。
这种方法可以帮助工程师评估叶片的应力和变形情况，并根据结果进行结构调整。
通过优化有限元模型，可以使叶片更加均匀地承受载荷，从而提高其强度和稳定性。
计算流体力学方法可以模拟风力对叶片的作用，预测叶片的气动性能。
通过对流场的数值模拟，可以研究叶片在不同风速和攻角下的气动特性，进而优化叶片的形状和构造。
此外，计算流体力学方法还可以预测叶片的阻力和升力系数，以更好地预测水平轴风力发电机系统的性能。
参数化设计是一种基于数学模型的设计方法，通过定义一组变量和参数，对叶片的形状和结构进行系统地优化。
这种方法可以帮助工程师在设计的过程中快速评估多个设计方案，并根据预先设定的优化目标选择最佳方案。
参数化设计方法的优势在于能够显著减少设计和优化的时间成本，提高设计效率。
结论水平轴风力发电机叶片的结构设计和优化是提高发电效率和性能的关键。
合理的叶片设计应考虑气流特性、风速、轴转速等多个因素，并采用计算机辅助工程方法进行优化。
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第6期(总第163期)2010年12月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo.6Dec.
文章编号:1672-6413(2010)06-0013-02风电叶片模具翻转机构动力学分析及优化设计王宗伟(内蒙古工业大学,内蒙古 呼和浩特 010051)
摘要:翻转机构是大型风电叶片成形中的重要工艺装备,用来实现叶片成形过程中模具的合模与开模。传统机械行车翻转具有振动大、生产效率低、安全性差等缺点,为解决这些问题,采用液压为动力设计模具翻转机构,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;优化设计中图分类号:TH122∶TK83 文献标识码:A
收稿日期:2010-04-27;修回日期:2010-07-13作者简介:王宗伟(1985-),男,河南鹤壁人,在读硕士研究生,主要研究方向:机电一体化。
0 引言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个液压缸的联合动作实现模具合模与分模过程中上模的180o翻转。图1为翻转机构正面示意图,另有两缸在机构背面与液压缸A、B对称布置。图1中,ABC为固定支撑架,CDE为翻转架;A、B为液压缸尾部铰点,C点为翻转轴,D、E为液压缸头部铰点;F点为D、E连线的中点,翻转机构处于0o(开模)或180o(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。设CF长度为l1,OC为l2,AC为l3,CE为l4。0o时液压缸A初始长度AE为la,液压缸B初始长度BD为lb;∠OCA=∠OCB=,∠ECF=∠DCF=。运动过程中,AE′为la′,BD′为lb′,∠ACE′= 1,∠BCD′= 2。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,旋转模全重27t。由图1可知,当液压缸A或B运动通过旋转轴心C时,会出现奇异现象——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A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。
图1 翻转机构示意图若现场布置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,单缸承重即为6.75t。设Fa、Fb分别为液压缸A、B的推力,ea、eb分别为其推力力臂。模具重心与A点同侧时,旋转模重力力臂为lG1;模具重心与B点同侧时,重力力臂为lG2。2.1 液压缸动力分析由三角形定理可得:la′=l23+l24-2l3l4cos 1lb′=l23+l24-2l3l4cos 2。(1)………………ea=l3l4sin 1la′eb=l3l4sin 2lb′。(2)……………………………式中: 1∈[ min, min+!2+arctan(750l1+1800)]; 2∈[ min+!2-arctan(750l1+1800), min]; min=arccosl23+l24-l2a2l3l4。由力矩平衡定理可得:Fa=6.75×104×lG1eaFb=6.75×104×lG2eb。(3)……………………式中:lG1=[(l1+1800)+750tan( 1- min)]cos( 1- min);lG2=[(l1+1800)-750tan( 2- min)]cos( 2- min);l1=l4cos;=!2-- min;=arccosl2l3。2.2 液压缸计算初始设计数据为:l3=1849mm,l4=522mm,la=1630mm,lb=2174mm。由几何关系可以确定l1和l2,将数据代入式(3)中计算可得:运动过程中,Famax=3.15×105N,Fbmax=3.106×105N。则液压缸推力应不小于3.15×105N。若取液压系统工作压力为25MPa,查机械设计手册,选择UY系列缸径为∀140mm的油缸,其最小安装长度为(775+S)mm,S为油缸行程。3 翻转机构液压缸铰点位置优化由于液压缸A的最大推力比液压缸B的大,以液压缸A的铰点位置为优化目标,由上述求解过程可以得出,液压缸A的最大推力出现在翻转过程中的某个位置,且依结构尺寸不同而异。设其最大推力出现时的力臂长为eamin。由式(2)可以看出,假定l3、l4为定值,则ea是la′的函数,将ea对la′求导得:deadla′=-l3l4sin 1la′2+cos 11-(l23+l24-la′22l3l4)2。……(4)…………………………………………………令deadla′=0,利用MATLAB计算可以得到la′的解,此时有 *1=arccosl23+l24-la′22l3l4,将其代入式(2)得:eamin
=l3l4sin *1la′。(5)……………………………
则翻转机构运动过程中的最小起升力矩为:Mmin=Famax×eamin-6.75×104×lG1。式中:lG1=[(l1+1800)+750tan( *1- min)]cos( *1- min)。
翻转机构液压缸铰点位置的优化设计,即以l3、l4、la为设计变量,求翻转机构最小起升力矩Mmin
为最大,
或f(X)=f(x1,x2,x3)=f(l3,l4,la)=-Mmin为最小。目标函数f(X)受到机构的几何条件、现场工作条件等方面的限制,其约束条件如下:(1)杆长约束:g1(X)=x1-lamax<0;g2(X)=x2-lamax<0;g3(X)=x3-lamax
<0;
g4(X)=lamax-x1-x2
<0。
(2)技术要求约束:g5(X)=x1+x2-2x3+700<0;g6(X)=x1sin-750<0;g7(X)=x2cos-750<0;g8(X)=150-x2cos<0。(3)几何条件约束:
h1(X)= max- min-!2=0;h2(X)=arccosx21+x22-x232x1x2+arccosx21+x23-x222x1x3+arccosx22+x23-x212x2x3-!=0。可以看出,这是一个带约束非线性优化问题,故考虑选择复合形法进行优化。根据复合形法原理采用MATLAB编制优化程序,优化后得到尺寸为l3=1838,l4=635,la=1638。经计算可得:Famax=2.865×105N,Fbmax=2.593×105N。优化后液压缸A的最大推力减小了9.05%,液压缸B的最大推力减小了16.5%。查机械设计手册,选择UY系列缸径为∀125mm的油缸即可满足推力要求,其最小安装长度为(700+S)mm。优化后的液压缸行程为835mm,则其最小安装长度应为1535mm,机构尺寸满足油缸长度要求。4 结束语(1)通过动力计算,得出液压缸A最大推力出现在运动过程中,其出现时的翻转角度依机构尺寸不同而不同,在实际工程中应注意此点位的控制。(2)通过两液压缸运动过程中的主、随动切换,避免了奇异现象的发生,从而在完成翻转动作的前提下保证了运动平稳。(3)采用优化设计方法,通过改变液压缸铰点位置,降低了液压缸的推力,减小了油缸缸径,具有现实意义。(参考文献和英文摘要转第17页)
・14・ 机械工程与自动化 2010年第6期 113V峰值的要求[5]。图5 单相整流输出电路5 结论通过对焊接电源主电路的设计和仿真得出以下几点结论:(1)380V的三相交流电压经过整流和滤波电路输出了近似于540V的直流电压。(2)514V的直流电压经过逆变和谐振电路输出了近似于有效值为446V的单相交流电压。(3)50V的单相交流电压经过整流电路输出了近似于直流70V的直流电压。(4)在试验中不消耗实际的元器件,所需元器件的种类和数量不受限制,试验成本低、速度快、效率高。
图6 单相整流输出电路负载电阻R3的电压仿真波形参考文献:[1] 黄智伟,李传奇.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2008.[2] 周慧潮,孙晓峰.常用电子器件及典型应用[M].北京:电子工业出版社,2007.[3] 黄智伟,李传奇.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2008.[4] 王皖贞.电子技术[M].北京:国防工业出版社,2003.[5] 黄石生.弧焊电源及其数字化控制[M].北京:机械工业出版社,2006.
SimulationofMainCircuitofInverterWeldingPowerSourcewithMultisim
PANHong-lei1,ZHANGZhen-song1,WUZhi-sheng1,GUOJian-ye2(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024China;2.TaiyuanNebulaWeldingEquipmentCo.,Ltd.,Taiyuan030024China)Abstract:Invariousarcweldingpowersourcecircuits,theinverterweldingpowersourcecircuitisusedmostwidely.Studyoninverterweldingpowersourcecircuitisofgreatsignificance.ThepaperdesignedamaincircuitofinverterweldingpowersourcewithMultisimsimulationsoftware,whichmainlyincludedthree-phasebridgerectifiercircuit,invertercircuitandsingle-phaseoutputrectifiercircuit.Thesimulationondesignedcircuitwascarriedouttoobtainoutputcircuitwaveform.Keywords:invertercircuit;Multisim;circuitsimulation;arcweldingpowercource