田世領(lǐng)，張為堂，謝躍遠

（揚州鍛壓機床股份有限公司，江蘇 揚州 225128）

1 引言

機械壓力機是金屬成形領(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，如：日本小松（KOMATSU）H1F 系列的肘桿式伺服壓力機；日本會田（AIDA）低轉(zhuǎn)速大扭矩直接驅(qū)動伺服壓力機；國內(nèi)鍛壓機床生產(chǎn)企業(yè)研制的曲柄連桿式傳動結(jié)構(gòu)的伺服壓力機等。

本文就肘桿式伺服壓力機進行運動分析、扭矩分析，說明該結(jié)構(gòu)壓力機的優(yōu)越性，供相關(guān)設(shè)計人員參考和借鑒。

2 項目試驗

根據(jù)開式壓力機性能要求與試驗方法標準，對“公稱力與公稱力行程試驗”以及“連續(xù)行程有用功”兩個項目進行相關(guān)實驗。

2.1 公稱力與公稱力行程試驗

2.1.1 試驗方法

①壓力機說明書中未給出允許負荷曲線圖：開動壓力機，當滑塊向下運行到公稱力行程位置時，使液壓加載器（或以沖模沖裁鋼板的方式）對滑塊加載到公稱力。

②壓力機說明書中給出允許負荷圖：除按①的方法進行公稱力行程試驗外，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應(yīng)的允許負荷。

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

2.1.2 試驗次數(shù)

上述每次試驗均應(yīng)進行7 次。

2.1.3 實驗條件

①可用單次或連續(xù)規(guī)范進行試驗；

②能調(diào)速的壓力機可用低速進行試驗；

③摩擦離合器傳動的壓力機，試驗時氣壓應(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量和記錄

力和位移應(yīng)在試驗中同時檢測和記錄。

2.2 連續(xù)行程有用功試驗

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

2.2.1 試驗方法

壓力機應(yīng)以最高轉(zhuǎn)速、連續(xù)規(guī)范運行。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。此時，一次行程的加載功即為測到的連續(xù)行程有用功。

2.2.2 數(shù)據(jù)的測取

①飛輪最高轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。電測每次行程中飛輪的最高即時轉(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。無此趨勢時，繼續(xù)進行下面的試驗。

②輸入電動機的有功功率均方根值。測取輸入電動機的有功功率即時值隨時間變化的曲線，并計算出五個周期內(nèi)的均方根值。

③一次行程的加載功。電測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 電動機額定輸入功率的確定

以電動機的額定功率除以樣本上給出的電動機滿載效率確定。當使用高轉(zhuǎn)差率電動機時，額定功率應(yīng)取Fc＝100%時的功率額定值。

2.2.4 附加說明

若壓力機參數(shù)中規(guī)定有單次行程的有用功時，則應(yīng)按其規(guī)定的開動率準時地接通單次行程，用與上述相同的方法實測單次行程最大有用功。說明書中以曲線或函數(shù)表達單次行程開動率及其對應(yīng)的有用功時，則需取至少三個均布點或特征點進行試驗。

3 目前現(xiàn)狀

標準條文中多次提及“液壓加載器”，從標準內(nèi)容上亦可得知該儀器是“公稱力與公稱力行程試驗”和“連續(xù)行程有用功”兩個項目檢測的關(guān)鍵所在。根據(jù)筆者掌握的資料，除了濟南鑄造鍛壓機械研究所曾經(jīng)自制儀器來檢測壓力機的公稱力與公稱力行程和連續(xù)行程有用功外，目前為止國內(nèi)同行業(yè)未見到用此類儀器來檢測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，而公稱力行程和連續(xù)行程有用功僅僅作為設(shè)計時的計算依據(jù)，無法檢測。為此我們設(shè)計了“壓力機連續(xù)工作行程有用功測定裝置”，用來檢測公稱力與公稱力行程、連續(xù)行程有用功等，并將實測值與規(guī)定值進行比較，從而為設(shè)計人員提供修改依據(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)自動排氣閥3 在系統(tǒng)油壓低于0.2MPa 時自動排出管內(nèi)的空氣，減少泵的噪聲，在系統(tǒng)油壓高于0.2MPa 時自動排氣閥自動關(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；另一路到達下一個單向閥7，旁通過載溢流閥8（設(shè)定測定油缸內(nèi)工作壓力）、蓄能器9（用于壓力機滑塊下行時撞擊油缸下降，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)的實時壓力，二是通過模擬信號傳輸?shù)絇LC 實時記錄某位置的實際壓力值），最后到達有用功測定油缸12（內(nèi)裝內(nèi)置式位移傳感器13，用于準確檢測壓力機的公稱力行程）。

測定壓力機連續(xù)工作行程有用功的方法：用壓力機滑塊的壓力機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。

壓力機連續(xù)工作行程有用功的計算方法：

W=PASg

式中：W——壓力機連續(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)位移傳感器檢測出的壓力機的公稱力行程，m。

5 電氣控制

整個電氣檢測系統(tǒng)有可編程控制器、變頻驅(qū)動器、電力檢測儀器、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)動器主要對壓力機進行速度控制，電力檢測儀器對壓力機的主電動機的輸入電壓、電流、功率、能量和功率因數(shù)等進行測量。壓力傳感器對液壓系統(tǒng)的做功液壓油缸的壓力進行測量，此壓力作為壓力機的工作負載。而機械壓力機的做功行程位移量的測量采用BALLUFF 的線性位移傳感器。

可編程控制器對檢測數(shù)據(jù)進行分析運算，在操作顯示屏上顯示出所測的數(shù)據(jù)，如壓力機的輸入功、輸出功、工作效率等。最后，檢測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理后通過打印機打印出檢測數(shù)據(jù)報表。

6 結(jié)束語

本曲柄壓力機連續(xù)工作行程有用功測定裝置的設(shè)計和使用，有效解決了目前壓力機連續(xù)行程時，公稱力行程范圍內(nèi)用公稱力進行加壓所產(chǎn)生的能量無法檢測的現(xiàn)狀，同時還可以通過測出的數(shù)據(jù)來計算傳動效率。通過本公司一年多的使用，裝置性能穩(wěn)定，測定方法簡單、可靠、準確。

[1]JB/T 6580.2-2008.開式壓力機性能要求與試驗方法.

[2]何德譽．曲柄壓力機．北京：機械工業(yè)出版社，1981.

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

[4]章宏甲，黃 誼．液壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，1998．

[5]成大先．機械設(shè)計手冊（第四版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.