壓力機平衡器風壓的計算

王領，王蔓，張成爽

(1.濟南二機床集團有限公司，山東濟南250022; 2.濟南大學機械工程學院，山東濟南250022;3.山東森德數控機械有限公司，山東濟南250330)

隨著生產技術的不斷進步，材料沖壓成形技術向著低誤差、高精度、高合格率的需求方向發展［1］，平衡器對于壓力機的作用顯得特別重要。平衡器主要作用是通入壓縮空氣后平衡壓力機往復運動件的重力，從而提高滑塊運動的平穩性，減少制動器發熱，使傳動系統的間隙保持在非受力面上，保證壓力機工作時的精度，可以防止制動器失靈及連桿意外折斷、滑塊自重下落時可能發生的安全事故［2］。

1 平衡器的結構

圖1 是某公司采用的平衡器典型結構，由缸體、活塞、活塞桿、支架等構成，缸體通常裝在橫梁兩端或左右立柱上，活塞桿有支架與滑塊相連，缸體下端通過管路與儲氣罐連通，從活塞桿上淌下來的潤滑油經接油盒流回油箱，進入平衡器的氣壓大小可由左前立柱內的組合閥來調節。

圖1 平衡器的典型圖

2 平衡器風壓的計算公式

2.1 平衡器風壓的估算公式

用戶購買了某公司生產的壓力機，在設計初期做方案時，首先要進行壓力機風壓的估算，估算出平衡器的風壓是否大于用戶提供的進氣氣源壓力，如果大于此壓力，需要增壓。下面介紹設計初期的平衡器風壓估算公式:

式中: mc為平衡質量，kg; ms為滑塊部件質量，kg;mud為上模質量，kg; mr為連桿導柱等質量，kg; mp為平衡器運動質量，kg; me為偏心體質量，kg; pca為最大計算平衡壓力，MPa; Dcp為平衡器缸體內徑，mm; Dcs為平衡器活塞桿直徑，mm; Nc為平衡器個數。

2.2 調整設定壓力的計算

設計員在設計好各個部件之后，運動部件的重力肯定會和之前估算的重力有出入，一般不大，但仍要重新計算壓力機的調整設定壓力，應用新的計算公式，平衡器調整設定壓力pt是在滑塊上死點位置進行，設定壓力與計算壓力pca有一定的差異，如圖2所示。

圖2 設定壓力和計算壓力比較

設定壓力的計算如下:

(1) 傳統的計算方法

式中: Q 為儲氣罐容積，m3; Nqc為共用一個儲氣罐的平衡器個數; sstr為滑塊行程長度，mm; Dcp為平衡器缸體內徑，mm; Dcs為平衡器活塞桿直徑，mm。

(2) 新的計算方法

其中: G 為壓力機自身需平衡重力(104N) ; K 為1/2 行程造成的風壓波動量; A 為平衡器總面積。

對比兩個公式: 主要區別是風壓波動量的計算發生了變化，這兩個公式的計算都涉及到平衡重力的計算。對于偏心式和銷軸式壓力機計算比較簡單，但是對于多連桿壓力機計算比較困難，靜態計算不準確。解決辦法是建立多連桿桿系13 個獨立變量參數的不同組合以及多約束優化數學模型; 通過ADAMS 參數化設計及模擬仿真分析，確定八連桿機構的重力，如圖3 所示，并且對于不同參數的壓力機，每次只需更改多連桿的參數即可仿真，不用每次都建立模型［3－4］。

圖3 ADAMS 中仿真的多連桿圖形

3 實驗驗證

推導出上面的公式之后，在公司做了大量的實驗去驗證。首先對設計好的壓力機，通過上面的公式算出理論值，然后在廠內試車的壓力機上通過PLC 分析軟件AUTEM PLC-ANALYZER pro 5 測試一些數據，整理之后做出如圖4 的折線圖，從中得出風壓的實驗值為0.475 MPa，與理論計算值非常接近，誤差2%，在接受范圍之內。

圖4 風壓與上下行程電流關系曲線

4 結論

準確計算出壓力機的風壓值，不僅對沖裁、彎曲、成形、淺拉深、校正等冷沖壓工序有著很大影響，而且能提高高檔模具的使用壽命。文中論述的平衡器風壓計算方法，計算出的風壓值能很好地滿足生產的需要，已在很多家沖壓生產企業中應用，得到了合作方的認可。

在計算壓力機風壓的過程中，應用了工程仿真軟件真軟件ADAMS。在工程機械設計與研究中，虛擬樣機技術的應用是一種發展趨勢，可大大提高設計計算過程和準確性，是今后計算的發展方向［5］。

［1］夏春風，鐘康民，楊麗琴．基于同步齒形帶與滾動螺旋－鉸桿增力機構的伺服壓力機設計［J］．機械設計與研究，2012(4) :31－37．

［2］濟南第二機床廠．曲柄壓力機設計［M］．濟南:濟南第二機床廠，1973．

［3］李增剛．ADAMS 入門詳解與實例［M］．北京: 國防工業出版社，2006．

［4］鄒昌平．基于ADAMS 的新型六桿擺動機構的研究［J］．機床與液壓，2007，35(3) :37－42．

［5］王洪倫，龔烈航，肖斌安．基于虛擬樣機技術的工程機械仿真分析與應用研究［J］．機床與液壓，2008，36(7) :140－163．