CN101450367A - 高稳定性重载夹钳 - Google Patents

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Abstract

一种高稳定性重载夹钳，由推杆1，连杆2，钳臂3、钳头4、机架5和拉杆6组成。其中钳臂3、钳头4、机架5和拉杆6构成一个平行四边形机构，当钳口张开量变化时，钳头4始终保持水平位置，限制锻件在垂直夹持时的偏角，从而提高夹钳的夹持稳定性；该夹钳的拉杆6承担锻件大部分载重力矩，降低实际工作张力，相对提高夹钳的承载能力达一倍以上；该夹钳利用反作用力响应盲区的特性提高夹钳的承载能力达29％；该夹钳利用结构平衡使前臂部分(前臂3、夹钳4、拉杆6)和后臂部分(后臂3、连杆2)产生的离心力相互抵消，避免离心力对预紧夹持力的削弱，因而，该夹钳不但能保证夹持稳定性，而且能快速旋转，加快重载锻造操作机的操作速度，提高生产效率。

Description

高稳定性重载夹钳
技术领域
本发明涉及一种高稳定性重载夹钳，它是大型锻压操作机、装出料机的执行部件，主要用于夹持锻压件来配合锻压机完成锻压工艺，也可用于坯料的装出炉、运输和堆放，以及夹持模具或工具进行操作。
背景技术
夹钳是大型重载操作装备中的关键部分之一，要求在时变重载工况下，保证大型构件抬升和转动过程中夹持的稳定性。因此，对大型夹钳机构进行承载能力、承载空间和稳定性的综合分析，并对夹钳机构进行尺寸和结构优化，发明新型高稳定性重载夹钳尤为重要。
图1为夹钳刚夹住放置在工作台上的锻压件时的预紧夹持示意图。由图2可知，当夹钳抬起后，夹钳由夹持预紧状态变为夹持工作状态，夹持机构在工作张力的作用下，产生反向微动，各运动副摩擦力方向改变，其反力方向也发生改变。致使工作张力P工超过预紧夹持力P预后，所需的液压缸推力P0不变，直到工作张力P工超过临界工作张力Pec时，所需的液压缸推力P0才随工作张力P工增加而增加。计算得知Pec-P预>0。因此，我们将P工∈(P预，Pec)称为夹持机构的反作用力响应盲区。
设反映响应盲区大小的盲区特性系数为：λ＝(Pec-P预)/P预。
由图3和图4知，夹钳的预紧夹持力、临界工作张力和响应盲区特性系数均随钳口张开量减小而增大；且响应盲区特性系大于0.29，即可提高29％的承载能力。
反作用力响应盲区对重载夹钳的承载能力和夹持稳定性有很大影响：
当冲击载荷超过P预而小于Pec时，不须增加液压缸的推力，机构自动通过变换各运动副的反力的摩擦角或其与摩擦圆相割的距离，保持液压缸的推力与工作张力的平衡，从而保持了钳口的张开量不变，或变化很小。
当冲击载荷超过P预而小于Pec时，由机构封闭环完全承担了冲击载荷，不会对液压缸产生冲击破坏。即使冲击载荷超过临界工作张力，反作用力响应盲区减小冲击载荷对液压缸的冲击强度，减小程度即为响应盲区特性系数大小。
现有夹钳机构存在的主要问题是夹持不稳定甚至夹持失效，主要原因如下：
图5为夹钳垂直夹持时的示意图，当两钳口上实际工作张力的平均值P直大于预紧夹持力P预时，由于机构弹性变形，钳口张开量就会增加，致使锻件产生下坠偏角
Figure A200710192489D00031
设钳口张开量增加2％，由图5可得：
Figure A200710192489D00032
过大的偏角致使锻件在夹钳提升加和旋转时的偏角持续加大而失效。
图6为夹钳水平夹持时的示意图，由于水平夹持和垂直夹持时，钳口处实际平均工作张力不相等；又因为水平夹持和垂直夹持时钳口偏转刚度不一样，导致使锻件的偏角不一致，当夹钳旋转时，锻件质心的惯性力波动，致使夹持不稳定。
另外，夹钳的旋转速度过大，夹持机构各构件特别是钳头产生很大的离心力，减小预紧夹持力而使夹持失效。
发明内容：
根据现有技术的不足，本发明提供一种高稳定性重载夹钳，本发明利用反作用力响应盲区的特性，对夹钳机构进行尺寸和结构优化，从而达到提高夹钳承载能力、承载空间和夹持稳定性的目的。
该夹钳由推杆1，连杆2，钳臂3、钳头4、机架5和拉杆6组成，见图7。其中钳臂3、钳头4、机架5和拉杆6构成一个平行四边形机构，并且拉杆6和夹钳4之间的铰链留有一定的间隙，这样既能保证钳头4水平位置，增加了钳口的垂直偏转刚度，又能使钳口有一定的活动度，以适应刚开始夹持时锻件的放置位置。
本发明利用反作用力响应盲区的特性对该夹钳的连杆2的长度、后臂3的长度、前臂3的长度、上下连杆支架铰链的距离、上下钳臂支架铰链的距离及前后臂间的夹角进行优化，极大的提高夹钳的承载能力和承载空间。
该夹钳的前臂部分包括前臂3、夹钳4、拉杆6产生的离心力和后臂部分包括后臂3、连杆2产生的离心力相互抵消，避免离心力对预紧夹持力的削弱，保证夹钳的夹持稳定性。
对钳口夹角进行优化，选择合适的钳口夹角，使钳口在水平夹持和垂直夹持时的实际平均工作张力近似相等。
本发明有益效果是：利用辅助机构—平行四边形机构限制锻件在垂直夹持时的偏角，从而提高夹钳的夹持稳定性；利用拉杆6承担锻件大部分载重力矩，降低实际工作张力，提高夹钳的承载能力达一倍以上；利用反作用力响应盲区的特性提高夹钳的承载能力达29％，见图4；利用结构平衡，避免离心力对预紧夹持力的削弱，不但能保证夹钳的夹持稳定性，而且能快速旋转，加快重载锻造操作机的操作速度，提高生产效率。
附图说明
图1为夹钳机构预紧夹持时的受力分析图
图中，a、b、c分别代表前臂AB、后臂AB和连杆CD的长度，H为两钳口销轴中心间的距离，h为两钳臂与支架连接的两销轴中心间距离，RA和RA’、RB和RB’、RC和RC’、RD和RD’，分别代表A和A’、B和B’、C和C’、D和D’铰链处的反力。P，P’为两钳口的夹紧力，P0为液压缸推力。
图2为为夹钳机构工作夹持时的受力分析图
图中，P，P’为两钳口的临界工作张力，P0为液压缸推力，其他代号与图1相同。
图3为夹钳机构反作用力响应盲区示意图
图中，上下两条曲线分别表示临界工作张力与推力的比值和预紧夹持力与推力的比值随钳口张开量变化曲线；纵坐标表示比值，横坐标表示钳口张开量，单位为m。
图4夹钳机构反作用力响应盲区特性系数曲线图
图中，曲线表示反作用力响应盲区特性系数随钳口张开量变化曲线；纵坐标表示特性系数，横坐标表示钳口张开量，单位为m。
图5钳口在垂直位置时两钳口的实际工作张力分析图
图中，G代表锻件重量，L0代表锻件重心至钳口销轴中心的距离，H0为两钳口销轴中心间的距离，R1和R2为上下钳口对锻件的总反力，H’和H”分别代表反力R1和R2至H0中点的距离。
图6钳口在水平位置时两钳口的实际工作张力分析图
图中，G和l0代号与图5相同，l表示钳口宽度，N1和N2分别表示钳口上侧和下侧正压力的合力，R1和R2为钳口上侧和下侧对锻件的总反力，其垂直分力分别以R1y和R2y表示，y代表垂直分力R1y和R2y间的轴向距离。
图7是本发明的高稳定性重载夹钳
图中，1、推杆，2、连杆，3、钳臂，4、钳头，5、机架，6、拉杆。
图8为夹钳机构承载能力及承载空间综合分析图
图中，上中下三条曲线分别表示临界工作张力、实际工作张力和预紧夹持力随钳口张开量变化曲线；纵坐标表示力N，单位为m；横坐标表示钳口张开量，单位为m。
具体实施方式
本发明通过对夹钳的夹持机理及力流传递规律进行深入的研究，找出利用反作用力响应盲区提高夹钳承载能力、承载空间和夹持稳定性的方法；并通过对夹钳机构进行尺寸和结构优化，提供一种高稳定性重载夹钳。具体实施方式如下：
该夹钳采用辅助机构—由钳臂3、钳头4、机架5和拉杆6构成的平行四边形机构，见图7，当钳口张开量变化时，钳头4始终保持水平位置，限制锻件在垂直夹持时的偏角过大，使得实际平均工作张力P工大于大于预紧夹持力P预时，甚至超过临界工作张力，仍能保持夹持的稳定，实现极端承载。
该夹钳的平行四边形机构中的拉杆6还承担锻件大部分载重力矩，降低实际工作张力，相对提高夹钳的承载能力达一倍以上。
优化该夹钳的连杆2的长度、后臂3的长度、前臂3的长度、上下连杆支架铰链的距离、上下钳臂支架铰链的距离及前后臂间的夹角，使得实际工作张力曲线位于预紧夹持力之上、临界工作张力曲线之下，并且使实际工作张力随钳口张开量变化趋势与临界工作张力的变化趋势一致，见图4，提高夹钳的承载能力达29％。
优化夹钳整体结构尺寸，使前臂部分包括前臂3、夹钳4、拉杆6和后臂部分包括后臂3、连杆2产生的离心力相互抵消，避免离心力对预紧夹持力的削弱，不但能保证夹钳的夹持稳定性，而且能快速旋转，加快重载锻造操作机的操作速度，提高生产效率。
对钳口夹角进行优化，选择合适的钳口夹角，使钳口在水平夹持和垂直夹持时的实际平均工作张力近似相等，另外，该夹钳采用辅助的平行四边形机构，限制钳口在垂直方向上的偏转，增加了钳口的垂直偏转刚度，使得垂直夹持和水平夹持时钳口偏转刚度接近相等，使夹钳旋转平稳，进一步提高夹持的稳定性。

Claims (4)

1.一种高稳定性重载夹钳，由推杆(1)，连杆(2)，钳臂(3)、钳头(4)、机架(5)和拉杆(6)组成。其特征在于其中钳臂(3)、钳头(4)、机架(5)和拉杆(6)构成一个平行四边形机构，当钳口张开量变化时，钳头4始终保持水平位置，限制锻件在垂直夹持时的偏角过大，使得实际平均工作张力P工大于大于预紧夹持力P预时，甚至超过临界工作张力，仍能保持夹持的稳定。另外，平行四边形机构中的拉杆(6)还承担锻件大部分载重力矩，降低实际工作张力，相对提高夹钳的承载能力达一倍以上。
2.根据权利要求1所述的夹钳，其特征在于利用反作用力响应盲区的特性优化该夹钳的连杆(2)的长度、后臂(3)的长度、前臂(3)的长度、上下连杆支架铰链的距离、上下钳臂支架铰链的距离及前后臂间的夹角，使得实际工作张力曲线位于预紧夹持力之上、临界工作张力曲线之下，并且使实际工作张力随钳口张开量变化趋势与临界工作张力的变化趋势一致，提高夹钳的承载能力和承载空间。
3.根据权利要求1所述的夹钳，其特征在于利用平衡结构使前臂部分：包括前臂(3)、夹钳(4)、拉杆(6)和后臂部分：后臂(3)、连杆(2)产生的离心力相互抵消，避免离心力对预紧夹持力的削弱，不但能保证夹钳的夹持稳定性，而且能快速旋转，加快重载锻造操作机的操作速度，提高生产效率。
4.根据权利要求1所述的夹钳，其特征在于对钳口夹角进行优化，选择合适的钳口夹角，使钳口在水平夹持和垂直夹持时的实际平均工作张力近似相等，另外，该夹钳采用辅助的平行四边形机构，限制钳口在垂直方向上的偏转，增加了钳口的垂直偏转刚度，使得垂直夹持和水平夹持时钳口偏转刚度接近相等，使夹钳旋转平稳，进一步提高夹持的稳定性。
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