曲柄壓力機連續工作行程有用功測定裝置

田世領，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域使用最為廣泛的一種鍛壓設備。近年來，隨著交流伺服控制技術的成熟和發展，先后出現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）低轉速大扭矩直接驅動伺服壓力機；國內鍛壓機床生產企業研制的曲柄連桿式傳動結構的伺服壓力機等。

本文就肘桿式伺服壓力機進行運動分析、扭矩分析，說明該結構壓力機的優越性，供相關設計人員參考和借鑒。

2 項目試驗

根據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“連續行程有用功”兩個項目進行相關實驗。

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的允許負荷。

③壓力機說明書中給出允許偏心載荷參數：除按①、②的規定進行試驗外，還應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

上述每次試驗均應進行7 次。

2.1.3 實驗條件

①可用單次或連續規范進行試驗；

②能調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，試驗時氣壓應調到說明書規定的下限。

2.1.4 加載力和滑塊位移的測量和記錄

力和位移應在試驗中同時檢測和記錄。

2.2 連續行程有用功試驗

連續行程有用功系指壓力機在連續行程規范下運行時，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

壓力機應以最高轉速、連續規范運行。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速出現連續下降趨勢。此時，一次行程的加載功即為測到的連續行程有用功。

2.2.2 數據的測取

①飛輪最高轉速的穩定性。電測每次行程中飛輪的最高即時轉速，連續記錄1min。比較各次行程的最高轉速，判定其是否有連續下降的趨勢。無此趨勢時，繼續進行下面的試驗。

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。當使用高轉差率電動機時，額定功率應取Fc＝100%時的功率額定值。

2.2.4 附加說明

若壓力機參數中規定有單次行程的有用功時，則應按其規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表達單次行程開動率及其對應的有用功時，則需取至少三個均布點或特征點進行試驗。

3 目前現狀

標準條文中多次提及“液壓加載器”，從標準內容上亦可得知該儀器是“公稱力與公稱力行程試驗”和“連續行程有用功”兩個項目檢測的關鍵所在。根據筆者掌握的資料，除了濟南鑄造鍛壓機械研究所曾經自制儀器來檢測壓力機的公稱力與公稱力行程和連續行程有用功外，目前為止國內同行業未見到用此類儀器來檢測公稱力與公稱力行程和連續行程有用功的。通常公稱力用噸位儀來檢測，而公稱力行程和連續行程有用功僅僅作為設計時的計算依據，無法檢測。為此我們設計了“壓力機連續工作行程有用功測定裝置”，用來檢測公稱力與公稱力行程、連續行程有用功等，并將實測值與規定值進行比較，從而為設計人員提供修改依據。

4 裝置的液壓原理

圖1 液壓原理圖

本系統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，結構緊湊。其液壓原理是：液壓電機2 通電，高壓齒輪泵工作，泵經過吸油口過濾器1從油箱內吸油，泵出口分為兩路：一路旁通經自動排氣閥3 在系統油壓低于0.2MPa 時自動排出管內的空氣，減少泵的噪聲，在系統油壓高于0.2MPa 時自動排氣閥自動關閉，使系統油壓能快速上升；另一路經過單向閥4 后再分為兩路：一路旁通先導式溢流閥5 調整系統的壓力，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（設定測定油缸內工作壓力）、蓄能器9（用于壓力機滑塊下行時撞擊油缸下降，吸收油缸內排出的高壓油）、二位二通電磁球閥10（放油閥）、電子式數顯壓力傳感器11（有兩種功能：一是顯示油缸內的實時壓力，二是通過模擬信號傳輸到PLC 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（內裝內置式位移傳感器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，油缸內壓力的設定由安全閥8 來調整，由電子式數顯壓力傳感器11 檢測輸出到PLC，公稱力行程靠油缸12 內的內置式位移傳感器13 檢測。

壓力機連續工作行程有用功的計算方法：

W=PASg

式中：W——壓力機連續工作行程有用功，J；

P——電子式數顯壓力傳感器檢測出的油缸內壓力，Pa；

A——油缸活塞面積，m2；

Sg——油缸內位移傳感器檢測出的壓力機的公稱力行程，m。

5 電氣控制

整個電氣檢測系統有可編程控制器、變頻驅動器、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、能量和功率因數等進行測量。壓力傳感器對液壓系統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據進行分析運算，在操作顯示屏上顯示出所測的數據，如壓力機的輸入功、輸出功、工作效率等。最后，檢測系統進行數據處理后通過打印機打印出檢測數據報表。

6 結束語

本曲柄壓力機連續工作行程有用功測定裝置的設計和使用，有效解決了目前壓力機連續行程時，公稱力行程范圍內用公稱力進行加壓所產生的能量無法檢測的現狀，同時還可以通過測出的數據來計算傳動效率。通過本公司一年多的使用，裝置性能穩定，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：機械工業出版社，1981.

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

[4]章宏甲，黃 誼．液壓傳動．北京：機械工業出版社，1998．

[5]成大先．機械設計手冊（第四版）．北京：化學工業出版社，2002.