CN108246952B - 一种用于锻造操作机的液压缸位移求解器的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锻造操作机液压缸位移求解器的实现方法，该方法主要针对一种平行连杆式的锻造操作机悬挂机构，所述悬挂机构主要是由夹钳、前吊杆、前摆臂、后摆臂、连杆、后吊杆、第一、二液压缸构成；所述方法包括：确定求解器的基本结构参数、输入参数与输出参数：针对第一步的结构参数，基于结构的位置运动关系，建立求解器内部运算过程：在前两步的基础上，基于c语言，对位移求解器进行编程封装，建立可视化界面：所述位移求解器主要由输入设备、显示设备、内部求解程序、数据处理设备组成；所述位移求解器的操作界面主要由基本参数输入窗口、输入信号显示窗口、输出信号显示窗口和操作按钮组成。

Description

一种用于锻造操作机的液压缸位移求解器的实现方法

技术领域

本发明属于锻造设备领域，尤其涉及一种用于锻造操作机液压缸位移求解器的实现方法。

背景技术

锻造操作机的液压缸是设备中的执行元件，通过驱动执行机构动作来完成夹钳的运动要求。锻造操作机液压缸的位移变化影响夹钳的运动轨迹，位移值影响夹钳的目标位置，进而影响锻打锻件的外形尺寸，因此锻造操作机液压缸的位移及其变化对于夹钳位置的准确定位和轨迹精确控制具有重要意义。由于执行机构的存在，锻造操作机液压缸的位移和夹钳位置之间存在非线性关系，推导或调整液压缸位移与夹钳位置间的非线性关系，对于编程人员或操作工人来说技术难度大，操作繁琐且易出错。目前，锻造操作机中液压缸的位移是通过与夹钳位置的线性简化方法间接判断的，这种线性简化方法主要参考液压缸行程和夹钳工作行程之间的尺度比例获得，公式简单、操作简便、技术要求低，但同时存在计算精度低、求解结果偏差一致性差等缺点，且无法根据夹钳的运动轨迹准确求解液压缸的位移变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锻造操作机液压缸位移求解器的实现方法，该求解器具有计算精度高、操作简便和通用性强，而且可以实现可视化等特点，利用该求解器可以根据夹钳的动作要求快速准确获得液压缸的位移及其位移变化，进而提高锻造操作机的控制性能和精度。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于锻造操作机液压缸位移求解器的实现方法，所述位移求解器针对一种平行连杆式的锻造操作机吊挂机构，所述吊挂机构主要是由夹钳1、前吊杆2、前摆臂3、后摆臂4、连杆5、后吊杆6、第一液压缸7和第二液压缸8构成；a、b、i、h为机架的四个固定铰接点，该四个固定铰接点的坐标已知；夹钳1与前吊杆2在e点铰接，与后吊杆6在f点铰接；前吊杆2与前摆臂3在c点铰接，后吊杆6与后摆臂4在d点铰接；前摆臂3与连杆5在k点铰接，后摆臂4与连杆5在n点铰接；第一液压缸7与前摆臂3在j点铰接，第二液压缸8与前吊杆2在g点铰接；所述位移求解器的适用对象的吊挂机构中具有两个平行四边形，分别是□bnak和□bdac；

所述实现方法包括如下步骤：

第一步，确定所述位移求解器的基本结构参数、输入参数和输出参数：l_aj、l_ac、l_cj、l_cg、l_ce、l_fe、l_bd分别为各铰点之间的杆件长度，l_aj为铰点a和铰点j之间的杆件长度，l_ac为铰点a和铰点c之间的杆件长度，l_cj为铰点c和铰点j之间的杆件长度，l_cg为铰点c和铰点g之间的杆件长度，l_ce为铰点c和铰点e之间的杆件长度，l_fe为铰点f和铰点e之间的杆件长度，l_bd为铰点b和铰点d之间的杆件长度，其值均为常量；l_ij0、l_hg0分别为第一液压缸和第二液压缸处于初始位置时的长度；δ₁表示∠caj是个定值，θ₁表示杆件ac与水平方向的夹角，θ₂表示夹钳末端e点坐标与原点a点的连线与水平方向的夹角，θ₃表示∠cae，θ₄表示aj两点连线与水平方向的夹角；上述位置坐标、长度、角度参量为锻造操作机吊挂机构的基本结构参数，即为所述位移求解器的基本结构参数；夹钳末端指示点m的坐标(x_m、y_m)是夹钳的期望坐标，作为所述位移求解器的输入，通过一系列锻造操作机吊挂机构的位置运动变化分析，计算得出第一液压缸和第二液压缸的位移x₁、x₂，最后将其作为所述位移求解器的输出进行储存和显示；

第二步，针对第一步的结构参数，基于结构的位置运动关系，建立所述位移求解器的内部运算过程：

对于确定的锻造操作机吊挂机构，a点是原点坐标，l_aj、l_ac、l_cj都是确定的杆长，所以δ₁表示的∠caj是一个定值，表达式为：

通过给定的夹钳期望位置坐标(x_m、y_m)得出夹钳末端e点的坐标(x_e,y_e)，即

x_e＝f₁(x_m)＝x_m-L_x

y_e＝f₂(y_m)＝y_m-L_y (2)

通过(2)式得到的e点坐标可以得到l_ae与水平线的夹角θ₂：

同时通过l_ac、l_ce、l_ae可以得到∠cae的值θ₃：

通过θ₂和θ₃的值可以计算出θ₁的值：

θ₁＝f₅(θ₂,θ₃)＝θ₂-θ₃ (5)

通过(5)式θ₁的值已知，杆ac的长度l_ac的值也已知，可以得到c点的坐标(x_c,y_c)和θ₄的值，其中

x_c＝f₆(θ₁)＝l_ac·cosθ₁

y_c＝f₇(θ₁)＝-l_ac·sinθ₁ (6)

且

θ₄＝f₈(θ₁)＝θ₁+δ₁ (7)

而通过θ₄和aj两点连线的长度l_aj可以得到j点的坐标(x_j,y_j)，即

x_j＝f₈(θ₄)＝l_aj·cosθ₄

y_j＝f₉(θ₄)＝-l_aj·sinθ₄ (8)

i点的位置是固定的，所以i点的坐标(x_i,y_i)已知，而且第一液压缸的初值l_ij0也已知，可以得到第一液压缸的位移x₁，即

由于c点的坐标已经被求出，l_ce的长度也是固定的，通过长度比例关系可以得到g点的坐标(x_g,y_g)，即

又因为h点的位置固定，所以h点的坐标(x_h,y_h)确定，而且l_hg0的长度也是确定的，所以可以计算得到第二液压缸的位移x₂，即

经过上述的过程就可以求解出所给定的期望的夹钳位姿坐标所对应的两个液压缸的位移；

第三步，在前二步的基础上，基于c语言，对所述位移求解器进行编程封装，建立可视化界面：

所述位移求解器由输入设备、显示设备、内部求解程序、数据处理设备组成；所述位移求解器的操作界面由基本参数输入窗口、输入信号显示窗口、输出信号显示窗口和操作按钮组成；首先将夹钳末端指示点m的期望位移坐标(x_m、y_m)输入到所述位移求解器中作为输入值，然后结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机吊挂机构参数值进行两个液压缸的位移求解，最后将求解的第一、第二液压缸位移x₁、x₂通过数值输出显示，以供作业人员对第一和第二液压缸进行精确控制，从而实现对夹钳位姿的准确控制。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种用于锻造操作机液压缸位移求解器的实现方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：

(1)利用锻造操作机夹钳目标的期望位移坐标，根据夹钳的运动轨迹准确求解液压缸的位移变化，来间接计算得到锻造操作机执行机构的第一、第二液压缸的精确位移，有利于保证夹钳位姿的精度；

(2)通过编程，建立可视化界面，使得操作简单、明了，易于现场工人操作；

(3)具有通用性，通过更改求解器的基本参数的数据，可适用于不同承载能力、同种机械构型的锻造操作机。

本发明可在不改动现有设备结构的基础上精确且直观的得到夹钳末端目标点期望位置所对应的执行液压缸的位移，使锻造操作机的操作精度更高，同时也更加便捷与通用。

附图说明

图1为一种平行连杆式锻造操作机吊挂机构简图；

图2为本发明的设备组成图；

图3为本发明的操作界面示意图；

图1中：1-夹钳、2-前吊杆、3-前摆臂、4-后摆臂、5-连杆、6-后吊杆、7-第一液压缸、8-第二液压缸。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述：

本发明的一种用于锻造操作机液压缸位移求解器的实现方法，所述位移求解器针对如图1所示的一种平行连杆式的锻造操作机吊挂机构，所述吊挂机构是由夹钳1、前吊杆2、前摆臂3、后摆臂4、连杆5、后吊杆6、第一液压缸7、第二液压缸8构成；a、b、i、h为机架的四个固定铰接点，该四个固定铰接点的坐标已知；夹钳1与前吊杆2在e点铰接，与后吊杆6在f点铰接；前吊杆2与前摆臂3在c点铰接，后吊杆6与后摆臂4在d点铰接；前摆臂3与连杆5在k点铰接，后摆臂3与连杆5在n点铰接；第一液压缸7与前摆臂3在j点铰接，第二液压缸8与前吊杆2在g点铰接。特别注意的是，所述位移求解器适用对象的悬挂机构中具有两个平行四边形，分别是□bnak和□bdac；

所述实现方法包括如下步骤：

第一步，确定所述位移求解器的基本结构参数、输入参数与输出参数：l_aj、l_ac、l_cj、l_cg、l_ce、l_fe、l_bd分别为各铰点之间的杆件长度，l_aj为铰点a和铰点j之间的杆件长度，l_ac为铰点a和铰点c之间的杆件长度，l_cj为铰点c和铰点j之间的杆件长度，l_cg为铰点c和铰点g之间的杆件长度，l_ce为铰点c和铰点e之间的杆件长度，l_fe为铰点f和铰点e之间的杆件长度，l_bd为铰点b和铰点d之间的杆件长度，其值均为常量；l_ij0、l_hg0分别为第一液压缸7和第二液压缸8处于初始位置时的长度；δ₁表示∠caj是个定值，θ₁表示杆件ac与水平方向的夹角，θ₂表示夹钳1末端e点坐标与原点a点的连线与水平方向的夹角，θ₃表示∠cae，θ₄表示aj两点连线与水平方向的夹角；上述位置坐标、长度、角度参量为锻造操作机悬挂机构的基本结构参数，即为所述位移求解器的基本结构参数。夹钳1末端指示点m的坐标(x_m、y_m)是夹钳的期望坐标，作为所述位移求解器的输入，通过一系列锻造操作机吊挂机构的位置运动变化分析，计算得出第一液压缸7和第二液压缸8的位移x₁、x₂，最后将其作为所述位移求解器的输出进行储存和显示。

第二步，针对第一步的结构参数，基于结构的位置运动关系，建立所述位移求解器的内部运算过程：

对于确定的锻造操作机吊挂机构，a点是原点坐标，l_aj、l_ac、l_cj都是确定的杆长，所以δ₁表示的∠caj是一个定值，表达式为

通过给定的夹钳1期望位置坐标(x_m、y_m)得出夹钳末端e点的坐标(x_e,y_e)，即

x_e＝f₁(x_m)＝x_m-L_x

y_e＝f₂(y_m)＝y_m-L_y (13)

通过(13)式得到的e点坐标可以得到l_ae与水平线的夹角θ₂：

同时通过l_ac、l_ce、l_ae可以得到∠cae的值θ₃：

通过θ₂和θ₃的值可以计算出θ₁的值：

θ₁＝f₅(θ₂,θ₃)＝θ₂-θ₃ (16)

通过(16)式θ₁的值已知，杆ac的长度l_ac的值也已知，可以得到c点的坐标(x_c,y_c)和θ₄的值，其中

x_c＝f₆(θ₁)＝l_ac·cosθ₁

y_c＝f₇(θ₁)＝-l_ac·sinθ₁ (17)

且

θ₄＝f₈(θ₁)＝θ₁+δ₁ (18)

而通过θ₄和杆aj的长度l_aj可以得到j点的坐标(x_j,y_j)，即

x_j＝f₈(θ₄)＝l_aj·cosθ₄

y_j＝f₉(θ₄)＝-l_aj·sinθ₄ (19)

i点的位置是固定的，所以i点的坐标(x_i,y_i)已知，而且第一液压缸的初值l_ij0也已知，可以得到第一液压缸7的位移x₁，即

由于c点的坐标已经被求出，l_ce的长度也是固定的，通过长度比例关系可以得到g点的坐标(x_g,y_g)，即

又因为h点的位置固定，所以h点的坐标(x_h,y_h)确定，而且l_hg0的长度也是确定的，所以可以计算得到第二液压缸8的位移x₂，即

经过上述的过程就可以求解出给定期望的夹钳位姿坐标所对应的两个液压缸的位移；

第三步，在前两步的基础上，基于c语言，对所述位移求解器进行编程封装，建立可视化界面：

本发明中所述位移求解器组成结构如图2简图所示，由输入设备、显示设备、内部求解程序、数据处理设备组成；所述位移求解器的操作界面如图3所示，由基本参数输入窗口、输入信号显示窗口、输出信号显示窗口和操作按钮组成；首先将夹钳1末端指示点m的期望位移坐标(x_m、y_m)输入到所述位移求解器中作为输入值，然后结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机吊挂机构参数值进行第一液压缸7和第二液压缸8的位移求解，最后将求解的第一液压缸7和第二液压缸8位移x₁、x₂通过数值输出显示，以供作业人员对第一和第二液压缸进行精确控制。

Claims (1)

1.一种用于锻造操作机的液压缸位移求解器的实现方法，所述位移求解器针对一种平行连杆式的锻造操作机吊挂机构，所述吊挂机构是由夹钳(1)、前吊杆(2)、前摆臂(3)、后摆臂(4)、连杆(5)、后吊杆(6)、第一液压缸(7)和第二液压缸(8)构成；a、b、i、h为机架的四个固定铰接点，该四个固定铰接点的坐标已知；夹钳(1)与前吊杆(2)在e点铰接，与后吊杆(6)在f点铰接；前吊杆(2)与前摆臂(3)在c点铰接，后吊杆(6)与后摆臂(4)在d点铰接；前摆臂(3)与连杆(5)在k点铰接，后摆臂(4)与连杆(5)在n点铰接；第一液压缸(7)与前摆臂(3)在j点铰接，第二液压缸(8)与前吊杆(2)在g点铰接；所述位移求解器的适用对象的吊挂机构中具有两个平行四边形，分别是□bnak和□bdac；

其特征在于：所述实现方法包括如下步骤：

第一步，确定所述位移求解器的基本结构参数、输入参数和输出参数：l_aj、l_ac、l_cj、l_cg、l_ce、l_fe、l_bd分别为各铰点之间的杆件长度，l_aj为铰点a和铰点j之间的杆件长度，l_ac为铰点a和铰点c之间的杆件长度，l_cj为铰点c和铰点j之间的杆件长度，l_cg为铰点c和铰点g之间的杆件长度，l_ce为铰点c和铰点e之间的杆件长度，l_fe为铰点f和铰点e之间的杆件长度，l_bd为铰点b和铰点d之间的杆件长度，其值均为常量；l_ij0、l_hg0分别为第一液压缸和第二液压缸处于初始位置时的长度；δ₁表示∠caj是个定值，θ₁表示杆件ac与水平方向的夹角，θ₂表示夹钳末端e点坐标与原点a点的连线与水平方向的夹角，θ₃表示∠cae，θ₄表示aj两点连线与水平方向的夹角；上述位置坐标、长度、角度参量为锻造操作机吊挂机构的基本结构参数，即为所述位移求解器的基本结构参数；夹钳末端指示点m的坐标(x_m、y_m)是夹钳的期望坐标，作为所述位移求解器的输入，通过一系列锻造操作机吊挂机构的位置运动变化分析，计算得出第一液压缸和第二液压缸的位移x₁、x₂，最后将其作为所述位移求解器的输出进行储存和显示；

第二步，针对第一步的结构参数，基于结构的位置运动关系，建立所述位移求解器的内部运算过程：

对于确定的锻造操作机吊挂机构，a点是原点坐标，l_aj、l_ac、l_cj都是确定的杆长，所以δ₁表示的∠caj是一个定值，表达式为：

通过给定的夹钳期望位置坐标(x_m、y_m)得出夹钳末端e点的坐标(x_e,y_e)，即

x_e＝f₁(x_m)＝x_m-L_x

y_e＝f₂(y_m)＝y_m-L_y (2)

通过(2)式得到的e点坐标可以得到l_ae与水平线的夹角θ₂：

同时通过l_ac、l_ce、l_ae可以得到∠cae的值θ₃：

通过θ₂和θ₃的值可以计算出θ₁的值：

θ₁＝f₅(θ₂,θ₃)＝θ₂-θ₃ (5)

通过(5)式θ₁的值已知，杆ac的长度l_ac的值也已知，可以得到c点的坐标(x_c,y_c)和θ₄的值，其中

x_c＝f₆(θ₁)＝l_ac·cosθ₁

y_c＝f₇(θ₁)＝-l_ac·sinθ₁ (6)

且

θ₄＝f₈(θ₁)＝θ₁+δ₁ (7)

而通过θ₄和aj两点连线的长度l_aj可以得到j点的坐标(x_j,y_j)，即

x_j＝f₈(θ₄)＝l_aj·cosθ₄

y_j＝f₉(θ₄)＝-l_aj·sinθ₄ (8)

i点的位置是固定的，所以i点的坐标(x_i,y_i)已知，而且第一液压缸的初值l_ij0也已知，可以得到第一液压缸的位移x₁，即

由于c点的坐标已经被求出，l_ce的长度也是固定的，通过长度比例关系可以得到g点的坐标(x_g,y_g)，即

又因为h点的位置固定，所以h点的坐标(x_h,y_h)确定，而且l_hg0的长度也是确定的，所以可以计算得到第二液压缸的位移x₂，即

经过上述的过程就可以求解出所给定的期望的夹钳位姿坐标所对应的两个液压缸的位移；

第三步，在前二步的基础上，基于c语言，对所述位移求解器进行编程封装，建立可视化界面：

所述位移求解器由输入设备、显示设备、内部求解程序、数据处理设备组成；所述位移求解器的操作界面由基本参数输入窗口、输入信号显示窗口、输出信号显示窗口和操作按钮组成；首先将夹钳末端指示点m的期望位移坐标(x_m、y_m)输入到所述位移求解器中作为输入值，然后结合基本参数输入窗口中给定的锻造操作机吊挂机构参数值进行两个液压缸的位移求解，最后将求解的第一、第二液压缸位移x₁、x₂通过数值输出显示，以供作业人员对第一和第二液压缸进行精确控制，从而实现对夹钳位姿的准确控制。