翻板机构的分析及其理论计算

发布时间：2022-03-12 15:19:59 浏览数：次

(内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头 014010)
摘要：文章通过对翻板运动机构的分析和翻板力学模型的建立，用数学分析的方法通过理论推导计算，给出了翻板各参数的计算公式，并根据实例分析了翻板的使用范围。
关键词：翻板机构；分析；计算
中图分类号：TH237^＋.402.3 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)20—0117—02
1 翻板机构的运动分析

图1是翻板机构简图，支承钢管的若干个翻板通过连杆联在一起，在油缸（或气缸）推力的作用下，翻板以ω的角速度绕00′做旋转运动，翻板的斜面在旋转运动中的轨迹是一个锥角为2a的圆锥面。当翻板的角速度为ω时，翻板的斜面与水平面的夹角为a,b,c。β为翻板的几何尺寸。翻板的转角变化使其高度发生变化，从而使翻板上的钢管获得位能，而这个位能正是钢管沿翻板斜面滚动的动力。当翻板在旋转过程中有3个关键位置：
当ωt＝Ψ₁时，翻板与钢管接触。
当ωt＝Ψ₂时，钢管开始沿翻板斜面滚动。
当ωt＝Ψ₃时，钢管沿翻板斜面运动结束。
由图1可得：

由式(1)，(2)，(3)，(4)得:
tgβ＝sin(ωt)tgα (5)

由(5)可知,β与α和ωt有关，与翻板的几何尺寸无关。
2 翻板机构的受力分析
图2是钢管在翻板斜面上的受力模型图，根据平面力系平衡关系〔1〕:

式m为钢管质量，r为钢管半径，g为重力加速度，N为翻板斜面对钢管的支反力，μk 为滚动磨擦因数〔2〕。由式(6)，(7)得:


由(8)可知,β值可由滚动磨擦因数μ_k和钢管半径r求得。

3 翻板机构的参数分析
3.1 Ψ₁的确定

Ψ₁与翻板的几何尺寸无关，而与翻板初始位置到翻板的距离h有关，由图1可知:


其中h可根据钢管的直线度和翻板的制造安装精度确定，工程实践经验值为20～30mm，翻板最大回转半径可根据相邻设备相关件的几何尺寸确定。
3.2 Ψ2的确定
由式(5)，(8)得:

由(10)可知，当ωt＝Ψ2钢管开始滚动，所以：

Ψ₂与钢管的半径尺寸r和翻板的轨迹锥角α有关。
3.3 Ψ₃的确定

该参数与钢管在翻板斜面上滚动的速度有关，即与生产车间的工艺要求有关，也就是与工艺产量和生产节奏有关, 工程实践经验值为60°～90°，如果生产节奏要求快，取大值，反之取小值。
3.4 推力的确定

由图1，根据平面力系平衡关系1有：

由图1，根据(13)可知：当ωt=Ψ₁时，F的值最大：


F是翻板机构设计计算时的载荷计算依据。
4 翻板机构的应用及其使用范围 

在包钢管加工厂所使用的翻板机构的设计中，根据上述分析公式所计算的参数如下：ω＝0. 39rad/s；R=0.45m；Ψ1=3.8°；c=0.48m；a=0.31m；b=0.174m；L=0.84m；α＝9.22°；油缸按推力选型号。由以上数据可知，在钢管的横移过程中采用翻板机构具有结构简单、投资少的优点。当工艺对钢管纵向位移要求不严、运动精度不高且横移距离不大时，采用翻板机构既合理又经济。

翻板在横移钢管过程中钢管有纵向位移，若工艺对此有要求，应采用步进移钢机构；翻板在横移钢管时钢管的落差通常为300mm左右，若工艺要求落差大于300mm，应采用惠斯顿机构；翻板在横移钢管时钢管的横移距离通常为600mm左右，若工艺要求距离大于600mm，应采用链式机构。综上所述，在石油套管的加工生产过程中，应根据工艺的要求充分利用惠斯顿、步进移钢、链式和翻板各机构的优点来实现钢管的各种横移运动。

翻板机构在包钢钢管加工厂多处使用，收到良好的使用效果，受到用户的好评。
［参考文献］
［1］孙桓.机械原理［M］．北京：高等教育出版社，2000.
［2］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

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