機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探究

包 鈺

（靖江市規(guī)劃局，靖江 214500）

一直以來，連桿機構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用十分廣泛，將六連桿機構(gòu)應(yīng)用在機械壓力機中，可以實現(xiàn)較小的偏心距，并形成較大的滑塊。在工件的塑性變形區(qū)，滑塊工作速度較低，能有效防止裂紋產(chǎn)生，延長模具使用壽命，防止生產(chǎn)時因為沖擊造成的振動與噪音。機械壓力機六連桿機構(gòu)和連桿機構(gòu)之間的運動規(guī)律相似，參數(shù)中呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，想要讓機械壓力機六連桿機構(gòu)得到優(yōu)化尤為艱難，需要從多個角度計算，實現(xiàn)高精度優(yōu)化。

1 機械壓力機的性能要求

機械壓力機有低速鍛沖特性，想要讓機械壓力機的滑塊獲得允許范圍內(nèi)的最大速度，鍛沖階段的工作速度應(yīng)小于最大速度，應(yīng)用板材拉延工藝使，不同的材質(zhì)會有不同的最大速度，如低碳鋼的速度為400mm/s，不銹鋼每秒190mm/s，純鋁800mm/s；機械壓力機有急回特性，零件在工廠內(nèi)被大批量生產(chǎn)時，滑塊行程次數(shù)也是技術(shù)性能參數(shù)，由于機械壓力機有不同的規(guī)格，滑塊運行時行程次數(shù)也會不同，有的是每分鐘十幾次，有的是每分鐘幾千次，機械壓力機的生產(chǎn)率與滑塊行程次數(shù)之間呈現(xiàn)正比例關(guān)系，工件塑性變形時，機械壓力機滑塊低速運行中，滑塊下行時間增加，想要保證機械壓力機滑塊行程次數(shù)不會因此降低，就要縮短機械壓力機滑塊向上回程的時間，并提高速度，所以，機械壓力機的性能要求中也有急回特性[1]。

2 機械壓力機六連桿機構(gòu)的運動分析

2.1 位移分析

在本文對機械壓力機六連桿機構(gòu)的運動分析中，機構(gòu)如圖1所示，首先探究該機械壓力機六連桿機構(gòu)的位移運動情況，0是整個坐標(biāo)軸的原點，X軸為水平方向，Y軸為垂直方向，E點的坐標(biāo)就是（a,b），OA桿和垂直的Y軸之間有個夾角，我們設(shè)定夾角為θ，桿的長度為R1，A點的坐標(biāo)為（R1sinθ，R1cosθ），經(jīng)過計算得知當(dāng)夾角為180°時，四點共線，AE與X軸之間負方向的夾角為arcsin((YAYE)/LAE)，這個時候ABE形成一個三角形，從三角形的公式中可以計算出BE與AE之間的夾角，并由此分析出B點的坐標(biāo)公式如下：XB=XE+R2cos∠BEX；YB=YE+R2sin∠BEX，∠ BAY=arccos（（YB-YA）/L1），桿 AC和 Y軸之間的夾角公式為∠CAY=∠BAY+∠BAC。因此，C點的坐標(biāo)公式為：XC=XA-L2sin∠ CAY；YC=YA-L2cos∠ CAY， 最 終 分 析機械壓力機六連桿位移時，D點在Y軸上的坐標(biāo)公式為YD=R1(1+cosθ)+L2(1-cos ∠ CAY）+L3（1-cos ∠ CDY）。

圖1 機械壓力機六連桿機構(gòu)

2.2 速度分析

探究機械壓力機六連桿機構(gòu)的速度運動情況，依舊從圖1上尋找已知參數(shù)，OA圍繞著坐標(biāo)軸的原點進行運動，A的速度方向與OA桿呈現(xiàn)垂直關(guān)系，BE桿繞著坐標(biāo)軸上的E點運動，B的速度和方向與BE垂直，ABC速度瞬心坐標(biāo)公式如下：XABCVC=XA(bXB+aYB)/(XAYB+XAb+aYA-YAXB）；YABCVC=YA(bXB+aYB)/(XAYB+XAb+aYA-YAXB)，坐標(biāo)軸的原點和ABC速度瞬心在AB的側(cè)面，ABC轉(zhuǎn)動的方向和OA方向一樣[2]。

3 機械壓力機六連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究

想要使機械壓力機六連桿機構(gòu)得到優(yōu)化設(shè)計，在得知機械壓力機六連桿機構(gòu)運動規(guī)律的同時，還要采用建模的方式實現(xiàn)，并使機械壓力機六連桿機構(gòu)的運動可以符合鍛沖要求，鍛沖階段條件下，機械壓力機滑塊的運行速度應(yīng)最小，生產(chǎn)企業(yè)在施工過程中會以經(jīng)濟效益為主，盡可能提高經(jīng)濟收入，保證機械壓力機各個桿之間長度最小，機械壓力機的滑塊行程次數(shù)高于機械壓力機六連桿機構(gòu)設(shè)計要求，無論是機械壓力機的滑塊行程，還是傳動角都要符合機械壓力機六連桿機構(gòu)的設(shè)計要求。假如機械壓力機滑塊的最大行程是1000mm，傳動角不應(yīng)該大于18°。機械壓力機六連桿機構(gòu)在進行優(yōu)化設(shè)計時，首先要做好設(shè)定的目標(biāo)工作，因為在機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化時，直接降低機械壓力機的滑塊速度降低，或者將機械壓力機中各個桿的長度減小是無法得到準確結(jié)果的。建議選取優(yōu)化目標(biāo)時可以用加權(quán)系數(shù)，這樣機械壓力機的滑塊速度和連桿長度是不同的，數(shù)量級也不一樣，機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化時，數(shù)量級較大的機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)就會太過強勢，得到的結(jié)果可能不會令人滿意。

如果從經(jīng)濟角度思考機械壓力機六連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以盡可能減少機械壓力機上各個桿的長度和，但這樣會對機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化算法的搜索方向造成一定影響，無法得到合理的機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案，因此，本文就使用如下方法完成機械壓力機六連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。使用SiPESC.OPT作為方法對機械壓力機六連桿機構(gòu)進行優(yōu)化求解，這是一種軟件系統(tǒng)，使用的是面向?qū)ο蠓椒ǎ瑧?yīng)用插件技術(shù)，為機械壓力機六連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計構(gòu)建了一個可以實現(xiàn)通用的優(yōu)化軟件，能夠用在解決多個目標(biāo)或非線性機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化問題，設(shè)計的變量有連續(xù)型，也有離散型。如果機械壓力機六連桿機構(gòu)的優(yōu)化模型屬于非線性，可以使用SLP和SQP作為優(yōu)化算法，先解決局部問題，再解決整體問題[3]。

4 總結(jié)

總而言之，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，工業(yè)生產(chǎn)中不僅重視經(jīng)濟效益的增長，更需要重視生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，機械壓力機六連桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，首先要從實際問題中建立科學(xué)合理的機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化模型，如果問題屬于非線性優(yōu)化問題，可以根據(jù)算法的特點，使用SLP和SQP等方法相結(jié)合，得到預(yù)期的優(yōu)化結(jié)果，對實際的機械壓力機六連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有所幫助。