機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探究

包 鈺

（靖江市規(guī)劃局，靖江 214500）

一直以來，連桿機(jī)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(jī)構(gòu)應(yīng)用在機(jī)械壓力機(jī)中，可以實(shí)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(shí)因?yàn)闆_擊造成的振動(dòng)與噪音。機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似，參數(shù)中呈現(xiàn)出非線性關(guān)系，想要讓機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)得到優(yōu)化尤為艱難，需要從多個(gè)角度計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高精度優(yōu)化。

1 機(jī)械壓力機(jī)的性能要求

機(jī)械壓力機(jī)有低速鍛沖特性，想要讓機(jī)械壓力機(jī)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(huì)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(jī)械壓力機(jī)有急回特性，零件在工廠內(nèi)被大批量生產(chǎn)時(shí)，滑塊行程次數(shù)也是技術(shù)性能參數(shù)，由于機(jī)械壓力機(jī)有不同的規(guī)格，滑塊運(yùn)行時(shí)行程次數(shù)也會(huì)不同，有的是每分鐘十幾次，有的是每分鐘幾千次，機(jī)械壓力機(jī)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(shí)，機(jī)械壓力機(jī)滑塊低速運(yùn)行中，滑塊下行時(shí)間增加，想要保證機(jī)械壓力機(jī)滑塊行程次數(shù)不會(huì)因此降低，就要縮短機(jī)械壓力機(jī)滑塊向上回程的時(shí)間，并提高速度，所以，機(jī)械壓力機(jī)的性能要求中也有急回特性[1]。

2 機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

2.1 位移分析

在本文對機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析中，機(jī)構(gòu)如圖1所示，首先探究該機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的位移運(yùn)動(dòng)情況，0是整個(gè)坐標(biāo)軸的原點(diǎn)，X軸為水平方向，Y軸為垂直方向，E點(diǎn)的坐標(biāo)就是（a,b），OA桿和垂直的Y軸之間有個(gè)夾角，我們設(shè)定夾角為θ，桿的長度為R1，A點(diǎn)的坐標(biāo)為（R1sinθ，R1cosθ），經(jīng)過計(jì)算得知當(dāng)夾角為180°時(shí)，四點(diǎn)共線，AE與X軸之間負(fù)方向的夾角為arcsin((YAYE)/LAE)，這個(gè)時(shí)候ABE形成一個(gè)三角形，從三角形的公式中可以計(jì)算出BE與AE之間的夾角，并由此分析出B點(diǎn)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(diǎn)的坐標(biāo)公式為：XC=XA-L2sin∠ CAY；YC=YA-L2cos∠ CAY， 最 終 分 析機(jī)械壓力機(jī)六連桿位移時(shí)，D點(diǎn)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(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)

2.2 速度分析

探究機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的速度運(yùn)動(dòng)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(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)和ABC速度瞬心在AB的側(cè)面，ABC轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和OA方向一樣[2]。

3 機(jī)械壓力機(jī)六連桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

想要使機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)得到優(yōu)化設(shè)計(jì)，在得知機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的同時(shí)，還要采用建模的方式實(shí)現(xiàn)，并使機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可以符合鍛沖要求，鍛沖階段條件下，機(jī)械壓力機(jī)滑塊的運(yùn)行速度應(yīng)最小，生產(chǎn)企業(yè)在施工過程中會(huì)以經(jīng)濟(jì)效益為主，盡可能提高經(jīng)濟(jì)收入，保證機(jī)械壓力機(jī)各個(gè)桿之間長度最小，機(jī)械壓力機(jī)的滑塊行程次數(shù)高于機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，無論是機(jī)械壓力機(jī)的滑塊行程，還是傳動(dòng)角都要符合機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。假如機(jī)械壓力機(jī)滑塊的最大行程是1000mm，傳動(dòng)角不應(yīng)該大于18°。機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先要做好設(shè)定的目標(biāo)工作，因?yàn)樵跈C(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，直接降低機(jī)械壓力機(jī)的滑塊速度降低，或者將機(jī)械壓力機(jī)中各個(gè)桿的長度減小是無法得到準(zhǔn)確結(jié)果的。建議選取優(yōu)化目標(biāo)時(shí)可以用加權(quán)系數(shù)，這樣機(jī)械壓力機(jī)的滑塊速度和連桿長度是不同的，數(shù)量級也不一樣，機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，數(shù)量級較大的機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)就會(huì)太過強(qiáng)勢，得到的結(jié)果可能不會(huì)令人滿意。

如果從經(jīng)濟(jì)角度思考機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以盡可能減少機(jī)械壓力機(jī)上各個(gè)桿的長度和，但這樣會(huì)對機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)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(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，因此，本文就使用如下方法完成機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用SiPESC.OPT作為方法對機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)通用的優(yōu)化軟件，能夠用在解決多個(gè)目標(biāo)或非線性機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化問題，設(shè)計(jì)的變量有連續(xù)型，也有離散型。如果機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)中不僅重視經(jīng)濟(jì)效益的增長，更需要重視生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先要從實(shí)際問題中建立科學(xué)合理的機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)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(diǎn)，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(shí)際的機(jī)械壓力機(jī)六連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有所幫助。