高速壓力機的振動分析與控制

談 宇 申建磊 王昊誠

揚州鍛壓機床股份有限公司

高速壓力機的振動分析與控制

談 宇 申建磊 王昊誠

揚州鍛壓機床股份有限公司

隨著制造業的飛速發展，鍛壓機械作為機床中的一個重要分支，在現代化生產中的作用越來越重要。而高速機械壓力機作為鍛壓機械中的一種，因其具有速度快、精度好、自動化程度高、安全性好等優點，在現代金屬沖壓加工作業中應用日益廣泛。但是與普通壓力機相比，高速壓力機的振動問題更加嚴重，劇烈的振動不僅會影響產品的加工質量，而且其本身也會出現螺栓松動、零件損傷、電氣元件失效、模具異常磨損等不良現象，更會激起基礎振動，并向地表傳播，傳至鄰近的辦公區域或居民區，影響人們的正常生活。因此本文主要就對高速壓力機的振動分析與控制進行簡要分析和探討。

高速壓力機；振動分析；控制

1 高速壓力機產生振動的因素分析

1.1 壓力機自身影響因素

由于高速壓力機的工作部分主要就是曲柄滑塊結構，主要由飛輪作為儲能元件，飛輪質量分布不均時，在高速運轉中必然會產生不平衡的慣性力，即為引起飛輪系統振動的干擾力，造成飛輪系統的振動，再經過支承傳遞給機身，引起整機的振動。

1.2 曲柄滑塊機構

曲柄滑塊機構在一個工作循環中，其速度和加速度分別按正弦、余弦規律變化，因此曲柄滑塊機構在運動中要產生不斷變化的慣性力，速度越大，這種慣性力及其變化也越大。此慣性力是屬于運動系統的內干擾力，也會引起壓力機的振動。實踐證明，這種振動往往還很嚴重，不僅影響曲柄滑塊機構中零件的強度，而且對機身、軸承、壓力機的精度均有影響。

1.3 沖壓作業中加工力

對于高速壓力機來講，其公稱壓力行程比較小，其比實際的工作行程通常都小，所以壓力機在對零件完成沖壓之后往往在短時間內容產生高峰負荷、長時空載的脈沖沖擊負荷特征。沖裁開始時，沖頭與板料接觸要有沖擊，板料沖穿后會產生失荷沖擊，這些均要引起強烈的振動。根據研究數據，當沖入厚度達到板料厚度的45%左右時，沖裁力升到最大峰值，此時機身、曲柄滑塊機構在封閉力系作用下，均要產生彈性變形，其彈性變形量與沖裁力呈線性關系。而在沖裁的高峰負荷階段，壓力機將積蓄一定的彈性勢能，當板料被剪斷的一瞬間，沖頭突然失荷，壓力機積蓄的彈性勢能將在極短時間內釋放出來而導致壓力機產生強烈的振動。

1.4 壓力機啟動過程及停止過程引起的振動

壓力機的啟動及停止，是通過離合器與制動器交替結合與分離來實現的。當離合器結合時，要驅使靜止的曲柄滑塊機構加速運動，此時曲柄滑塊機構的慣性力即為飛輪系統的運轉阻力，即干擾力，此干擾力必然會引起壓力機的振動。當制動時，從動部分的慣性力對制動器固定盤會產生干擾力，同樣會引起壓力機的振動，尤其是緊急制動時，這種振動更加明顯。

2 高速壓力機的振動控制

2.1 自身因素的振動控制

在這當中，對于飛輪的不平衡通常可以采用動平衡校正來消除；對曲軸偏心部分及滑塊往復運動的不平衡，一般是通過在曲軸偏心曲拐處增加平衡塊來抵消。至于高速壓力機，要實現平穩的運動，最好對往復運動部分的質量進行平衡，簡單的平衡裝置采用對向滑塊式結構，復雜的采用搖動式結構。并且動平衡機構也能夠采用減小或消除壓力機在啟動過程及停止過程中回轉部件加速、減速引起的振動。平衡機構一般會增加回轉部分的慣性矩，因而會破壞機床的停止性能，所以在平衡方案設計時需要加強重視。

2.2 對加工力引起的振動控制

在實際的沖壓當中，振動力的大小和壓力機的剛度以及綜合間隙有一定的關聯。壓力機的剛度大，各連接、運動部分的綜合間隙小，則振動小，因此高速壓力機一般來說比普通壓力機剛度大、綜合間隙小。由于沖壓作業是一種苛刻的作業，對一般板材(沖入率38%～60%)進行沖壓時，如果考慮到滑塊的加速度，可算出其反向負荷約為壓力機公稱力的30%。因此，在沖壓作業時，沖裁力最好不要超過公稱力的70%，這樣可大大降低壓力機的振動。

2.3 采取相應的隔振系統

在完成沖壓的瞬間起彈性勢能能夠及時的釋放，這樣就會造成很大的震動，若是采用相關方式將壓力機在瞬間所遇到的相關阻尼作用確保其彈性勢能較緩慢的釋放，將會大大減小振動。實踐證明在壓力機上采用隔振器對減少振動的效果很好。高速壓力機上常采用的隔振器有彈簧阻尼隔振器、橡膠隔振器、空氣彈簧隔振器、液壓緩沖器等。彈簧阻尼隔振器是目前工程中使用較為普遍的一種隔振元件，它由螺旋鋼彈簧及抗老化的阻尼液和金屬殼體、固定墊板、調平鋼板等部件構成。彈簧能為壓力機在工作狀態時提供給緩沖，降低系統固有頻率。阻尼液能在壓力機受到振動干擾和過共振區的情況下瞬間吸收振動能量。因此彈簧阻尼隔振器具有良好的減振和降噪性能。

結語：

通過本文的分析，首先，高速壓力機的激振力主要為曲柄滑塊結構的慣性力和加工力，一般情況下前者大于后者，但激振頻率是前者小于后者。研究表明，當隔振系統的固有頻率和慣性激振力頻率之比小于1/姨2時，對慣性激振力會有隔振效果，對加工力自然更有隔振效果。為獲得更好的隔振效果，可使隔振系統的固有頻率盡可能降低。第二，高速壓力機的行程次數在200～1000次/分鐘之間，對于不同的行程次數，應考慮采用不同的隔振方法。第三，高速壓力機隔振是一個比較復雜的問題，在隔振處理時，要根據實際情況，選用合理的隔振方法。

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