機械壓力機強度剛度測試分析

王軍領，詹俊勇，仲太生，羅素萍（揚力集團股份有限公司 項目科，江蘇 揚州 225127）

機械壓力機強度剛度測試分析

王軍領，詹俊勇，仲太生，羅素萍
（揚力集團股份有限公司 項目科，江蘇 揚州 225127）

利用專業(yè)儀器對開式單點壓力機進行靜態(tài)和動態(tài)強度剛度測試，測試機床在液壓加載器250t靜態(tài)載荷下機身的應力分布情況，再用經(jīng)應變片標定過的鐵墩進行210t動態(tài)載荷測試，測出機身動應力分布情況，最后利用表式傳感器分別采集滑塊和下模板表面在250t靜態(tài)載荷和205t動態(tài)載荷下的位移。測試結果一方面可驗證機床精度好壞，另一方面可為以后的機床有限元仿真分析提供參考依據(jù)。

強度；剛度；靜態(tài)載荷；動態(tài)載荷；動應力；位移測試

為了研究開式單點壓力機強度和剛度狀況，對其進行靜、動態(tài)應力、變形測試。機床動態(tài)載荷工況下的動態(tài)特性、測試儀器設備及其測量范圍精度如表1所示。

表1 設備和檢測范圍精度

1 測試方法理論

1.1 靜態(tài)應力測試

對于靜態(tài)測試主要采用YE2539高速靜態(tài)應變儀采集貼在機床上的Br120-2AA電阻應變片電阻的變化，并將電阻應變片組成測量電橋，當橋臂電阻變化時，電橋就輸出一個和其變化大小成線性關系的電壓。通過對該電壓進行放大，并對電阻應變片的靈敏系數(shù)K進行歸一化，就能使輸出的電壓大小和實際應變大小相對應，進而測試機床在靜態(tài)加載時各測點的應變值。應變儀的放大器對電橋的輸出信號進行放大以便記錄器記錄變化的數(shù)據(jù)。其中應變片采用單向應變片，電橋采用1/4橋路（公共補償片）的橋路形式。所述靈敏系數(shù)K為電阻應變片的電阻變化率與試件的最大主應變之比。

1.2 動態(tài)應力測試

在動態(tài)應力測試中，機身的變形帶動電阻應變片形狀的變化，進而引起電阻變化，用靈敏的惠斯頓電橋測出電阻值的變化，由足夠高增益的KD6005應變放大器對電阻變化值放大，并由AZ308數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集其放大的信號，最后由CRAS V7.0振動及動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)顯示在PC機并進行處理分析，根據(jù)讀取結果和動應力標定值計算出動應力值。

1.3 位移測試

靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷下位移測試，由表式傳感器YBD-10型對滑塊和下模板表面進行位移采集，傳感器將位移信號轉化成電阻信號，并將電阻變化組成電橋，由足夠高增益的KD6005應變放大器對電阻變化值放大，并由AZ308數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集其放大的信號，最后由CRAS V7.0振動及動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)顯示在PC機并進行處理分析，根據(jù)讀取結果和位移標定值計算出位移值。

2 應力和位移測試

2.1 應力測點分布圖

左側板應力測點分布如圖1所示，其中Rw、Rz、Rn分別為該處三塊焊接板的中間位置。右側板應力測點分布如圖2所示。

圖1 左側板應力測點分布圖

圖2 右側板應力測點分布

工作臺應力測點分布如圖3所示，橫梁應力測點分布如圖4所示，工作臺下方喉口應力測點分布如圖5所示。

圖3 工作臺應力點分布

圖4 橫梁應力點分布

2.2 靜應變測試

當機床滑塊處于下死點時，將液壓加載器放在滑塊和下模板之間對壓力機進行靜態(tài)載荷加載，載荷為250t，并測試載荷作用下機床各測點靜應變?nèi)绫?所示。正號為受拉，負號為受壓。

圖5 工作臺下方喉口應力點分布

表2 各測點靜應變

2.3 靜應力換算值

根據(jù)胡克定律，對于承受單向拉伸或壓縮的情況，其應力計算公式為

式中：ε——測得的應變；

E——材料彈性模量，取E=210GPa。

通過計算可得壓力機在靜態(tài)載荷下的應力值，如表3所示。正號為拉應力，負號為壓應力。

2.4 動應力測試

將鐵樁放在機床的滑塊和下模板之間，進行動態(tài)沖壓測試，選取部分應力較大的測點，測試其在動態(tài)載荷下的應力變化情況，根據(jù)讀取結果和動應力標定值計算出各測點動應力如表4所示。其中鐵墩經(jīng)應變片標定，測得壓力機動態(tài)測試載荷為205t。

2.5 位移測試

表3 各測點靜應力

表4 各測點動應力

將液壓加載器放在滑塊和下模板之間對壓力機進行加載，當加載到250t后卸載，整個過程利用表式傳感器對滑塊和下模板表面進行位移采集，得到從左到右各測點位移量分布如表5所示。

將鐵墩放在機床的滑塊和下模板之間，進行動態(tài)沖壓測試，選取同樣測點，整個過程利用表式傳感器對滑塊和下模板表面進行位移采集，得到從左到右各測點位移量分布如表6所示，其中鐵墩經(jīng)應變片標定，測得壓力機動態(tài)測試載荷為210t。

表5 靜態(tài)加載時各測點變形量

表6 動態(tài)時各測點變形量

3 結論

（1）由于機床結構左右基本對稱，機床左右兩側測得的靜應力和動應力基本一致。

（2）動態(tài)載荷205t下的應力值普遍比靜態(tài)載荷250t下的應力數(shù)值大，動態(tài)載荷210t下的位移值普遍比靜態(tài)載荷250t下的位移數(shù)值大，說明機床精度不能完全依靠機床在靜態(tài)載荷下的剛度和剛度值決定，由于存在振動等情況，動態(tài)載荷下機床的精度評定更復雜，因素更多。

（3）機床喉口位置三塊鋼板，即中間為機身主板厚60mm，外側為外輔板厚40mm，內(nèi)側為內(nèi)輔板厚100mm。三塊板雖然都承受沖壓時機身的變形，但應力存在差別，內(nèi)輔板應力較小，外輔板和主板次之。

（4）機床動態(tài)和靜態(tài)剛度強度測試結果一方面反映機床的沖壓精度，另一方面為機床的有限元仿真分析提供參考依據(jù)。

[1] 王軍領，鄭 翔，吳 煥.圓柱滾子軸承動靜態(tài)有限元分析[J].揚州大學學報：自然科學版，2012，（2）：43-46.

[2] 王軍領，詹俊勇，仲太生，等.組合式大型壓力機橫梁強度剛度分析[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，（6）：26-29.

[3] 王軍領，鄭 翔，姚菁琳.高速壓力機機身減振的研究[J].制造技術與機床，2013，（9）：72-76.

[4] 王軍領，詹俊勇，仲太生.高速壓力機齒輪嚙合強度分析[J].機械工程與自動化，2015，（3）：96-100.

[5]王軍領.高速壓力機下死點重復精度分析與控制研究[D].揚州：揚州大學，2012：9-27.

[6]王軍領，詹俊勇，仲太生.傳動間隙對高速壓力機下死點重復精度影響分析與測試[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，（3）：19-22.

Test analysis of strength and rigidity for mechanical press

WANG Junling,ZHAN Junyong,ZHONG Taisheng,LUO Suping
（Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The test of static and dynamic strength and rigidity has been conducted to the single-point press by use of special instrument.The stress distribution of press frame has been tested under 250 tons of static load through hydraulic loader.Then dynamic stress distribution has been tested under 210 tons of dynamic load through the iron block calibrated by strain gauge.Finally the displacement of slider's and lower plate's surface has been collected respectivelyunder 250 tons static load and205 tons dynamic load through table type sensor.The text results can not only validate the accuracy of press,but also provide reference for the finite element simulation analysis in the future.

Strength and rigidity;Static load;Dynamic load;Dynamic stress;Displacement test

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.001

1672-0121（2017）02-0006-03

2017-01-20；

2017-02-28

王軍領（1985-），男，工程師，碩士，從事機械結構自動化設計等研究。E-mail：w756251@163.com