曲柄壓力機(jī)連續(xù)工作行程有用功測(cè)定裝置

田世領(lǐng)，張為堂，謝躍遠(yuǎn)

（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225128）

1 引言

機(jī)械壓力機(jī)是金屬成形領(lǐng)域使用最為廣泛的一種鍛壓設(shè)備。近年來，隨著交流伺服控制技術(shù)的成熟和發(fā)展，先后出現(xiàn)了多種不同形式的伺服壓力機(jī)，如：日本小松（KOMATSU）H1F 系列的肘桿式伺服壓力機(jī)；日本會(huì)田（AIDA）低轉(zhuǎn)速大扭矩直接驅(qū)動(dòng)伺服壓力機(jī)；國(guó)內(nèi)鍛壓機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)研制的曲柄連桿式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的伺服壓力機(jī)等。

本文就肘桿式伺服壓力機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、扭矩分析，說明該結(jié)構(gòu)壓力機(jī)的優(yōu)越性，供相關(guān)設(shè)計(jì)人員參考和借鑒。

2 項(xiàng)目試驗(yàn)

根據(jù)開式壓力機(jī)性能要求與試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)“公稱力與公稱力行程試驗(yàn)”以及“連續(xù)行程有用功”兩個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

2.1 公稱力與公稱力行程試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)方法

①壓力機(jī)說明書中未給出允許負(fù)荷曲線圖：開動(dòng)壓力機(jī)，當(dāng)滑塊向下運(yùn)行到公稱力行程位置時(shí)，使液壓加載器（或以沖模沖裁鋼板的方式）對(duì)滑塊加載到公稱力。

②壓力機(jī)說明書中給出允許負(fù)荷圖：除按①的方法進(jìn)行公稱力行程試驗(yàn)外，還應(yīng)在曲線上給出的最大行程位置，按①中的加載方法加載到最大行程位置所對(duì)應(yīng)的允許負(fù)荷。

③壓力機(jī)說明書中給出允許偏心載荷參數(shù)：除按①、②的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)外，還應(yīng)將加載裝置并加載到允許的最大偏心載荷進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1.2 試驗(yàn)次數(shù)

上述每次試驗(yàn)均應(yīng)進(jìn)行7 次。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)條件

①可用單次或連續(xù)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)；

②能調(diào)速的壓力機(jī)可用低速進(jìn)行試驗(yàn)；

③摩擦離合器傳動(dòng)的壓力機(jī)，試驗(yàn)時(shí)氣壓應(yīng)調(diào)到說明書規(guī)定的下限。

2.1.4 加載力和滑塊位移的測(cè)量和記錄

力和位移應(yīng)在試驗(yàn)中同時(shí)檢測(cè)和記錄。

2.2 連續(xù)行程有用功試驗(yàn)

連續(xù)行程有用功系指壓力機(jī)在連續(xù)行程規(guī)范下運(yùn)行時(shí)，滑塊在一次行程中對(duì)被壓物件所能做的最大功值。

2.2.1 試驗(yàn)方法

壓力機(jī)應(yīng)以最高轉(zhuǎn)速、連續(xù)規(guī)范運(yùn)行。在滑塊向下行程中壓液壓加載器做功，逐漸增加液壓加載器的加載功值；或在滑塊每次行程中使飛輪的最高轉(zhuǎn)速出現(xiàn)連續(xù)下降趨勢(shì)。此時(shí)，一次行程的加載功即為測(cè)到的連續(xù)行程有用功。

2.2.2 數(shù)據(jù)的測(cè)取

①飛輪最高轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。電測(cè)每次行程中飛輪的最高即時(shí)轉(zhuǎn)速，連續(xù)記錄1min。比較各次行程的最高轉(zhuǎn)速，判定其是否有連續(xù)下降的趨勢(shì)。無(wú)此趨勢(shì)時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行下面的試驗(yàn)。

②輸入電動(dòng)機(jī)的有功功率均方根值。測(cè)取輸入電動(dòng)機(jī)的有功功率即時(shí)值隨時(shí)間變化的曲線，并計(jì)算出五個(gè)周期內(nèi)的均方根值。

③一次行程的加載功。電測(cè)加載力隨加載器活塞位移而變化的曲線，積分出加載功值。

2.2.3 電動(dòng)機(jī)額定輸入功率的確定

以電動(dòng)機(jī)的額定功率除以樣本上給出的電動(dòng)機(jī)滿載效率確定。當(dāng)使用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)時(shí)，額定功率應(yīng)取Fc＝100%時(shí)的功率額定值。

2.2.4 附加說明

若壓力機(jī)參數(shù)中規(guī)定有單次行程的有用功時(shí)，則應(yīng)按其規(guī)定的開動(dòng)率準(zhǔn)時(shí)地接通單次行程，用與上述相同的方法實(shí)測(cè)單次行程最大有用功。說明書中以曲線或函數(shù)表達(dá)單次行程開動(dòng)率及其對(duì)應(yīng)的有用功時(shí)，則需取至少三個(gè)均布點(diǎn)或特征點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。

3 目前現(xiàn)狀

標(biāo)準(zhǔn)條文中多次提及“液壓加載器”，從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容上亦可得知該儀器是“公稱力與公稱力行程試驗(yàn)”和“連續(xù)行程有用功”兩個(gè)項(xiàng)目檢測(cè)的關(guān)鍵所在。根據(jù)筆者掌握的資料，除了濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所曾經(jīng)自制儀器來檢測(cè)壓力機(jī)的公稱力與公稱力行程和連續(xù)行程有用功外，目前為止國(guó)內(nèi)同行業(yè)未見到用此類儀器來檢測(cè)公稱力與公稱力行程和連續(xù)行程有用功的。通常公稱力用噸位儀來檢測(cè)，而公稱力行程和連續(xù)行程有用功僅僅作為設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算依據(jù)，無(wú)法檢測(cè)。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了“壓力機(jī)連續(xù)工作行程有用功測(cè)定裝置”，用來檢測(cè)公稱力與公稱力行程、連續(xù)行程有用功等，并將實(shí)測(cè)值與規(guī)定值進(jìn)行比較，從而為設(shè)計(jì)人員提供修改依據(jù)。

4 裝置的液壓原理

圖1 液壓原理圖

本系統(tǒng)采用高壓小流量定量齒輪泵作為動(dòng)力源，泵安裝形式為立式安裝，所有控制閥都集中安裝在同一塊閥板上，結(jié)構(gòu)緊湊。其液壓原理是：液壓電機(jī)2 通電，高壓齒輪泵工作，泵經(jīng)過吸油口過濾器1從油箱內(nèi)吸油，泵出口分為兩路：一路旁通經(jīng)自動(dòng)排氣閥3 在系統(tǒng)油壓低于0.2MPa 時(shí)自動(dòng)排出管內(nèi)的空氣，減少泵的噪聲，在系統(tǒng)油壓高于0.2MPa 時(shí)自動(dòng)排氣閥自動(dòng)關(guān)閉，使系統(tǒng)油壓能快速上升；另一路經(jīng)過單向閥4 后再分為兩路：一路旁通先導(dǎo)式溢流閥5 調(diào)整系統(tǒng)的壓力，由壓力表6 顯示；另一路到達(dá)下一個(gè)單向閥7，旁通過載溢流閥8（設(shè)定測(cè)定油缸內(nèi)工作壓力）、蓄能器9（用于壓力機(jī)滑塊下行時(shí)撞擊油缸下降，吸收油缸內(nèi)排出的高壓油）、二位二通電磁球閥10（放油閥）、電子式數(shù)顯壓力傳感器11（有兩種功能：一是顯示油缸內(nèi)的實(shí)時(shí)壓力，二是通過模擬信號(hào)傳輸?shù)絇LC 實(shí)時(shí)記錄某位置的實(shí)際壓力值），最后到達(dá)有用功測(cè)定油缸12（內(nèi)裝內(nèi)置式位移傳感器13，用于準(zhǔn)確檢測(cè)壓力機(jī)的公稱力行程）。

測(cè)定壓力機(jī)連續(xù)工作行程有用功的方法：用壓力機(jī)滑塊的壓力機(jī)中心撞擊油缸的活塞桿部，油缸內(nèi)壓力的設(shè)定由安全閥8 來調(diào)整，由電子式數(shù)顯壓力傳感器11 檢測(cè)輸出到PLC，公稱力行程靠油缸12 內(nèi)的內(nèi)置式位移傳感器13 檢測(cè)。

壓力機(jī)連續(xù)工作行程有用功的計(jì)算方法：

W=PASg

式中：W——壓力機(jī)連續(xù)工作行程有用功，J；

P——電子式數(shù)顯壓力傳感器檢測(cè)出的油缸內(nèi)壓力，Pa；

A——油缸活塞面積，m2；

Sg——油缸內(nèi)位移傳感器檢測(cè)出的壓力機(jī)的公稱力行程，m。

5 電氣控制

整個(gè)電氣檢測(cè)系統(tǒng)有可編程控制器、變頻驅(qū)動(dòng)器、電力檢測(cè)儀器、位移傳感器、壓力傳感器、操作顯示屏組成，如圖2 所示。

變頻器驅(qū)動(dòng)器主要對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行速度控制，電力檢測(cè)儀器對(duì)壓力機(jī)的主電動(dòng)機(jī)的輸入電壓、電流、功率、能量和功率因數(shù)等進(jìn)行測(cè)量。壓力傳感器對(duì)液壓系統(tǒng)的做功液壓油缸的壓力進(jìn)行測(cè)量，此壓力作為壓力機(jī)的工作負(fù)載。而機(jī)械壓力機(jī)的做功行程位移量的測(cè)量采用BALLUFF 的線性位移傳感器。

可編程控制器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算，在操作顯示屏上顯示出所測(cè)的數(shù)據(jù)，如壓力機(jī)的輸入功、輸出功、工作效率等。最后，檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后通過打印機(jī)打印出檢測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表。

6 結(jié)束語(yǔ)

本曲柄壓力機(jī)連續(xù)工作行程有用功測(cè)定裝置的設(shè)計(jì)和使用，有效解決了目前壓力機(jī)連續(xù)行程時(shí)，公稱力行程范圍內(nèi)用公稱力進(jìn)行加壓所產(chǎn)生的能量無(wú)法檢測(cè)的現(xiàn)狀，同時(shí)還可以通過測(cè)出的數(shù)據(jù)來計(jì)算傳動(dòng)效率。通過本公司一年多的使用，裝置性能穩(wěn)定，測(cè)定方法簡(jiǎn)單、可靠、準(zhǔn)確。

[1]JB/T 6580.2-2008.開式壓力機(jī)性能要求與試驗(yàn)方法.

[2]何德譽(yù)．曲柄壓力機(jī)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[3]楊 群，譯． 機(jī)械壓力機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)． 北京：電子工業(yè)出版社，1990.

[4]章宏甲，黃 誼．液壓傳動(dòng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998．

[5]成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.