金属板材滚动剪切复合连杆机构设计理论及其控制系统研究

传统曲轴连杆滚切剪技术存在结构复杂、重量大，制造、装配精度要求高，采购、使用维护成本高等问题。本项目提出了一种新型的复合连杆机构及机电液系统集成，来实现金属板材滚动剪切的新理论及装备技术。采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，建立复合连杆剪切机构的尺寸优化数学模型、非线性位置环方程、力学平衡矩阵方程进行机构尺度综合和机构学分析，定性给出机构参数变量对纯滚切轨迹、开口度、重叠量及剪切力能参数等关键技术指标的影响规律，并进行运动机构电液位置伺服控制系统的理论及实验研究，以实现系统稳态位置精度及动态性能，以满足运动机构剪切过程中重载力学特性和高精度滚切运动学特性的双重要求。本项目的研究，对形成用复合连杆机构来实现金属板材滚动剪切的机构设计理论和方法，形成具有自主知识产权的新型板材精密剪切装备与技术，具有非常重要的理论研究和工程实用价值。

本项目提出了一种新型的复合连杆机构及机电液系统集成技术，来实现金属板材滚动剪切的新理论及装备技术。. 研究中建立了液压缸驱动复合连杆机构的钢板滚动剪切新方法，通过建立PR-8R-PRⅢ级杆组剪切机构的优化数学模型，求解出了最佳的剪切机构及其几何参数尺寸。. 建立了液压滚切剪机的液压伺服系统及其控制方法，采用非对称伺服阀控制非对称液压缸方法，建立多变量解耦矩阵和多缸运动方程以及无节流损失的压力和位置双向精确控制方程，求解得到剪切机构电液伺服控制系统的数学模型，对剪切机构和剪切过程动力学特性和控制机理进行了系统分析研究，创新出液压滚切式钢板剪切机的液压系统，实现了重载荷、大行程及强冲击条件下多个伺服缸同步及协调运动的精确控制，解决了伺服液压缸重载推出和重载回退运动误差大难题。. 建立了一种液压滚切剪的电气控制方法，通过高速数据采集模块读取液压缸的位移和压力检测信号，精确计算出液压伺服阀零漂补偿量。针对液压剪切机重载，大流量，大行程的运动控制特点，建立了多缸协调运动的剪切机构系统传递函数，并实现了两缸或四缸滚动剪切轨迹的精确控制，获得宽厚板剪切控制模型。。. 基于上述理论和方法创新出了液压驱动复合连杆滚动剪切的整机结构和电气、液压控制系统，并进行了机电液系统集成，创造出3500×60mm及4300×50mm等多种型号大型液压滚切剪机，已应用于河北钢铁、华菱钢铁等大型钢铁企业5条生产线上，累计科研合同总额达5000余万元。该项目共发表论文10篇，SCI收录3篇，EI收录4篇，培养博士研究生1名，硕士研究生4名，申请国际发明专利1项，国内发明专利2项，获软件著作权7项，2012年获中国机械工业科学技术发明一等奖和山西省科学技术发明一等奖各1项。经鉴定，项目整体技术达到国际先进水平，其中“液压缸直驱复合连杆的滚动剪切方法与机构处于国际领先水平”。