大噸位精整壓力機(jī)快速返程時(shí)慣性沖擊原因分析及對(duì)策

張新國，韓 杰，孫 林，馮 濤

（揚(yáng)州捷邁鍛壓機(jī)械有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

大噸位精整壓力機(jī)快速返程時(shí)慣性沖擊原因分析及對(duì)策

張新國，韓 杰，孫 林，馮 濤

（揚(yáng)州捷邁鍛壓機(jī)械有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

精整壓力機(jī)主要用于零件校平、整形等工序。由于工序特點(diǎn)需要，精整壓力機(jī)都具有快速下降、等速壓制和快速返程的特性。小噸位多連桿壓力機(jī)在實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)特性曲線時(shí)，快速返程的慣性沖擊問題并不突出。但在大噸位多連桿壓力機(jī)工作時(shí)，快速返程時(shí)的慣性沖擊已對(duì)設(shè)備性能的可靠性和穩(wěn)定性構(gòu)成了較大影響。本文即針對(duì)大噸位多連桿結(jié)構(gòu)壓力機(jī)工作時(shí)的慣性沖擊進(jìn)行分析研究，從而有效抑制壓力機(jī)工作時(shí)的慣性沖擊，效果良好。

機(jī)械制造；慣性沖擊；精整壓力機(jī)；快速返程；雙作用平衡缸

0 前言

校正整形大都是在沖裁、彎曲和拉深工序之后進(jìn)行的，主要是把工件的不平度、形狀、角度或圓角半徑加以精整，從而達(dá)到零件精度要求。校正整形工序的特點(diǎn)是變形量小，對(duì)模具精度和粗糙度要求高，所用壓力機(jī)也需要具有較高的精度和剛性，能夠滿足高負(fù)荷工作的要求，這是傳統(tǒng)壓力機(jī)難以達(dá)到和完成的。精整壓力機(jī)就是應(yīng)這種特殊的工藝要求而產(chǎn)生的。本文所述精整壓力機(jī)是一種精密、高速、高效的精密整形拉深壓力機(jī)，設(shè)備采用六連桿機(jī)構(gòu)并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使該設(shè)備既具有類似于液壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性曲線，又具有較快的行程次數(shù)，設(shè)計(jì)行程次數(shù)達(dá)到35min-1。使該設(shè)備既可完成傳統(tǒng)工藝中需液壓機(jī)才能完成的工藝，又具有較高的節(jié)拍速度以便在連線生產(chǎn)時(shí)滿足快速節(jié)拍生產(chǎn)的需要。但是，由于設(shè)備公稱噸位大，行程次數(shù)高，在為滿足特定的運(yùn)動(dòng)曲線而采用多連桿式結(jié)構(gòu)后，壓力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的慣性沖擊超出了國標(biāo)限定范圍。本文即針對(duì)精整壓力機(jī)工作時(shí)的慣性沖擊進(jìn)行分析，提出采用雙作用平衡缸方案進(jìn)行控制，并通過實(shí)踐得到驗(yàn)證。

1 精整壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性分析

精整壓力機(jī)采用六連桿機(jī)構(gòu)。六連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式為在傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)之前增設(shè)一套四連桿機(jī)構(gòu)，因此在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，可以先按傳統(tǒng)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分析方法求得從動(dòng)桿的角速度ω3，再用ω3替換傳統(tǒng)曲柄連桿運(yùn)動(dòng)分析中的ω值，即可得到六連桿壓力機(jī)的行程s、速度v及加速度a值特性曲線。

按照鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析公式：

得到ω3后，即可按照傳統(tǒng)的壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)計(jì)算辦法，求得滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的s、v、a值：

式中，ω以ω3代入，α以φ3代入，即可求得精整壓力機(jī)的s、v、a值。其曲線如圖1所示。

六連桿機(jī)構(gòu)精整壓力機(jī)滑塊的s、v、a曲線放大展開圖分別如圖2、3、4所示。

圖4 六連桿機(jī)構(gòu)精整壓力機(jī)滑塊加速度a曲線

圖5 傳統(tǒng)壓力機(jī)滑塊的s、v、a曲線

在相同的行程和行程次數(shù)下，傳統(tǒng)曲柄連桿壓力機(jī)滑塊的s、v、a運(yùn)動(dòng)曲線如圖5所示。

傳統(tǒng)壓力機(jī)計(jì)算分析時(shí)，ω以恒定值對(duì)待（實(shí)際上傳統(tǒng)的壓力機(jī)工作過程中ω也是隨著飛輪的轉(zhuǎn)速變化而變化的）。在進(jìn)行多連桿傳動(dòng)分析時(shí)，用ω3替換了傳統(tǒng)曲柄連桿運(yùn)動(dòng)分析中的ω值，ω就不再恒定，因此所得到的s、v、a運(yùn)動(dòng)曲線（圖1）也就不同于傳統(tǒng)壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)曲線（圖5）。由此可根據(jù)成形工藝需要對(duì)多連桿壓力機(jī)的s、v、a曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。

從圖 1、2、3、4 的精整壓力機(jī) s、v、a 曲線可以看出，經(jīng)過桿系優(yōu)化后，滑塊的運(yùn)動(dòng)曲線幾近完美。在圖2行程曲線上，曲柄轉(zhuǎn)角從177°到182°滑塊保持在下死點(diǎn)位幾乎不動(dòng)，在此區(qū)間的行程變化量?jī)H在0.15mm以內(nèi)，這是傳統(tǒng)壓力機(jī)難以做到的。同時(shí)可以看出，精整壓力機(jī)工作時(shí)，在下死點(diǎn)位置附近，滑塊的速度接近為恒速，滑塊的加速度也基本維持在0值附近，s、v、a運(yùn)動(dòng)曲線完全可以滿足精整工藝的要求。

2 運(yùn)動(dòng)沖擊分析

設(shè)備樣機(jī)制造完成后，在進(jìn)行試車時(shí)，壓力機(jī)在工作位置的狀態(tài)表現(xiàn)非常理想，但在壓力機(jī)滑塊回程到接近上死點(diǎn)位置附近時(shí)，沖擊非常大，設(shè)備幾乎有“躍起”感。此問題不解決，即使壓力機(jī)在下死點(diǎn)的工作位置特性多優(yōu)良，設(shè)備依然不能正常使用。

通過對(duì)傳統(tǒng)壓力機(jī)加速度曲線與六連桿機(jī)構(gòu)精整壓力機(jī)加速度曲線的比較可以看出，采用傳統(tǒng)的曲柄結(jié)構(gòu)壓力機(jī)，滑塊的加速度峰值為1.2m/s2；采用多連桿機(jī)構(gòu)的精整壓力機(jī)，滑塊的加速度峰值達(dá)到了5.8m/s2，約為傳統(tǒng)壓力機(jī)加速度峰值的4.8倍。同時(shí)經(jīng)過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，沖擊發(fā)生的位置與計(jì)算出的加速度峰值出現(xiàn)的位置很吻合，都是發(fā)生在滑塊回程到接近上死點(diǎn)位置附近。由此判定，沖擊是由于設(shè)備的工作行程次數(shù)高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的加速度峰值隨之也增高，加速度峰值與滑塊重量合作生成的慣性力超出了壓力機(jī)自身的平衡能力所致。

3 精整壓力機(jī)的慣性平衡方案

根據(jù)分析結(jié)果判斷得出沖擊原因后，如何平衡滑塊的慣性力沖擊就成了壓力機(jī)正常工作的首要問題。經(jīng)過幾次試驗(yàn)，最終采用雙作用平衡缸方案獲得成功。

傳統(tǒng)壓力機(jī)平衡缸的作用是提高滑塊運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。由于滑塊及上模重量較大，當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，飛輪負(fù)荷增加，尤其在向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其重量使運(yùn)動(dòng)部分加速，引起“超前”，導(dǎo)致傳動(dòng)部分撞擊。增加平衡裝置后，能使滑塊運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。其平衡力曲線見圖6。

針對(duì)精整壓力機(jī)回程時(shí)的沖擊問題，根據(jù)前述分析采取雙作用平衡缸方案。通過電磁閥控制，使平

衡缸的控制電磁閥在曲柄轉(zhuǎn)角的θ角位得電換向，從而得到如圖7所示的平衡力曲線。其中θ角的位置就是滑塊運(yùn)動(dòng)加速度最大點(diǎn)的位置。θ角之前為壓力機(jī)的正常工作區(qū)間，在此區(qū)間電磁閥不做控制動(dòng)作，平衡缸作用力的方向?yàn)橄蛏系耐辛?，其作用與常規(guī)壓力機(jī)平衡缸的作用相同。從最大加速度發(fā)生的θ角位開始，通過電磁閥的控制，平衡缸的作用力開始反向向下，對(duì)滑塊進(jìn)行反向向下的壓制，以克制滑塊向上的慣性沖擊力；當(dāng)滑塊回程到上死點(diǎn)位置時(shí)，對(duì)平衡缸的控制解除，壓力機(jī)的平衡缸恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

圖6 普通平衡缸平衡力曲線

圖7 雙作用平衡缸平衡力曲線

采用上述雙作用平衡缸方案后,精整壓力機(jī)回程時(shí)的沖擊得到有效控制,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大噪聲由115db降到83db,完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)最大噪聲值要求。

4 結(jié)束語

對(duì)于一般的普通型壓力機(jī)，由于滑塊的質(zhì)量較小，加速度的峰值也較小，壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度影響并不明顯。但是對(duì)于快速多連桿壓力機(jī)而言，由于滑塊重量的加大和加速度峰值的提高，加速度的影響已不容忽視，這在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行桿系優(yōu)化時(shí)就要給予足夠的重視。本文介紹的雙作用平衡缸在快速多連桿機(jī)構(gòu)壓力機(jī)上的成功運(yùn)用，也為快速多連桿機(jī)構(gòu)壓力機(jī)的加速度平衡做了一次大膽嘗試。實(shí)踐證明采用雙作用平衡缸方案對(duì)滑塊的加速度沖擊進(jìn)行抑制是完全可行的。

[1] 趙升噸，張學(xué)來，高長(zhǎng)宇，等.高速壓力機(jī)慣性力平衡裝置及其特性研究.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2005，（4）.

[2] 阮衛(wèi)平，劉 強(qiáng)，吳殿軍.高速曲柄壓力機(jī)的動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)探討.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，（6）.

[3] 成大先，主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[4] 何德譽(yù)，主編.曲柄壓力機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

Reason analysis and countermeasure on big ton sizing press quick return inertia attack

ZHANG Xinguo,HAN Jie,SUN Lin,FENG Tao
（Yangzhou JFMMRI Metalforming Machinery Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

Sizing press is mainly used on the bending and drawing parts'face lifting and flat parts'equalization ect..Because the characteristic need of working procedure,the sizing press have the characteristics of quickly approach the parts,fastly work to realize face lifting and quickly return.When the small ton multi-link press realize the upper move characteristic curve,the problem of quick return inertia attack is not distinct.But when the big ton multi-link press work,quick return attack have big infection on the machine reliability and stability.The text do research and analysis on the big ton multi-link press working inertia attack,thereby effectively control the press working inertia attack,and get good result.

Multi-link sizing press machine;Quick return;Inertia attack reason analysis;Countermeasure

TG315.5+3

A

1672－0121（2012）02－0014－03

2011-12-27

張新國（1965-），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事壓力機(jī)等研發(fā)設(shè)計(jì)