高能离合器式螺旋压力机打击性能研究

1、高能离合器式螺旋压力机打击性能研究杨育林谭文锋 郭世英(燕山大学)(沈阳重型机器厂)摘要系统地研究了高能离合器式螺旋压力机惯性控制系统的工作原理及控制特性，建立了快速脱开阀调定油压与离合器脱开力之间的逻辑关系。导出了快速脱开阀调定油压与锻件变形功及锻击终锻力之间的解析关系式，为高能离合器式螺旋压力机结构强度设计及打击力控制提供了必要的理论依据。关键词螺旋压力机离合器打击性能study on blow performance of high energyclutch screw pressyang yulintan wenfengguo shiying(yanshan university)(s

2、henyang heavy machinery works)abstractin this paper,principle of work and control character of inertial control system for high energy clutch screw press was systematically excogitated.the logical relational expression between setup oil pressure of rapid cut-off valve and disjunction force of clutch

3、 was established.the analytical relational expression among the setup oil pressure of rapid out-off valve,forging deformation work and finish-forging force was derived.necessary theoretical foundation was provided for structure strength design and blow force control of the high energy clutch screw p

4、ress.key wordsscrew press,clutch,blow performance1前言高能离合器式螺旋压力机是1979年由德国siempelkamp公司研制成功并获得专利的新型模锻压力机。它克服了传统螺旋压力机的缺点，吸收了机械压力机与液压机的优点，在结构上具有新的突破。这种压力机与传统螺旋压力机的根本区别是水平布置的飞轮围绕压力机中心线连续地朝一个方向旋转。滑块下行时飞轮经摩擦离合器与主螺杆接通，将需要的扭矩可靠地传给螺杆传动机构。当锻击力到达预选值时，离合器自动断开，回程油缸及床身的弹性回弹能使滑块迅速返回到初始位置。这种压力机的主要优点是：有效工作能量大；滑块行程稳定，

5、几乎可在任意点发挥最大锻击力和最大能量；可以无级选择锻击力，实现连续打击；冷击平安性能好。高能离合器式螺旋压力机1985年被引进我国。对高能离合器式螺旋压力机关键技术的研究及国产化工作，国内目前还处于起步阶段，对离合器惯性控制系统的研究还很不充分。文献2，5研究了离合系统的特性但没有建立打击过程中终锻力及锻件变形能与离合系统的关系。本文应用能量原理分析了惯性控制系统的工作原理及控制特性，导出了打击力与主螺杆角减速度之间的关系式，建立了快速脱开阀调定油压p与离合器脱开力pt之间的关系式。并通过与力能关系式联立，给出了快速脱开阀调定油压p与锻件变形功a及锻击终锻力pu之间的解析关系。从而为高能离合

6、器式螺旋压力机离合器惯性控制系统的参数设计提供了必要的理论依据。2力能关系根据文献1的结果式中pu锻击终锻力；pt离合器脱开时的锻击力，简称离合器脱开力；a锻件变形能。那么式(1)成为式(3)为高能离合器式螺旋压力机的力能关系表达式。3打击力控制高能离合器式螺旋压力机与传统螺旋压力机比拟，其主要特点之一是在不改变飞轮初动能的条件下可预选打击力，在打击过程中，打击力到达离合器脱开力时，离合器自动将飞轮与主螺杆脱开，打击力在主螺杆和滑块剩余动能作用下到达预选的终锻力。因此，深入研究打击力控制特性和控制方法对于高能离合器式螺旋压力机的设计研制工作是十分必要的。3.1打击力与主螺杆角减速度在打击过程中

7、，由于工作变形抗力的作用，传动系统将产生速度降，瞬时角减速度与打击力有关。传动系统动力学计算简图如图1所示，传动系统运动微分方程为jc0(m1+m2)-md(4)式中jc0传动系统当量转动惯量/kg*m2；主螺杆角减速度/rad*s-2；m1推力轴承摩擦力矩/n*m；m2螺旋副摩擦力矩/n*m；md电机输入扭矩/n*m。图 1动力学计算简图fig.1dynamical diagram1离合器工作油缸；2返回弹簧；3离合器；4飞轮；5止推轴承；6回程油缸；7滑块由文献1可知m1k1p(5)m2k2p(7)将式(5)、(7)代入式(4)，得式中p瞬时打击力/n。上式说明了瞬时打击力与传动系统角减速

8、度之间的相互关系。当压力机结构参数及电机输入扭矩确定后，打击力只与主螺杆角减速度有关，而与锻件的种类无关。这样就为高能离合器式螺旋压力机打击力控制提供了理论依据。图 2惯性脱开机构工作原理fig.2the working principle of inertial out-off device1主螺杆；2推力轴承；3惯性盘座；4钢珠；5惯性盘；6阀杆；7阀芯；8阀体；9弹簧3.2惯性脱开机构工作特性分析惯性脱开机构工作原理如图2所示。打击过程中滑块与上模接触前惯性盘与惯性盘座以同角速度旋转。滑块与上模接触后，在工件变形抗力作用下，主螺杆产生角减速度。当角减速度到达一定数值时，惯性盘在惯性力作用

9、下与惯性盘座产生相对转动，钢珠沿槽倾角上滚，惯性盘上移，通过阀杆使快速脱开阀阀芯开启，离合器将飞轮与主螺杆脱开。3.2.1惯性盘动力学分析惯性盘上升阶段受力情况如图3所示。根据牛顿定律，惯性盘的运动方程为(10)图 3惯性盘计算简图fig.3inertial disc diagram式中f1钢珠对惯性盘槽面的正压力；f1脱 开阀顶杆对惯性盘的作用力；ff钢珠对惯性盘的摩擦力；r，i分别为钢珠分布半径及个数；1惯性盘槽倾角；1摩擦角；g重力加速度；1惯性盘瞬时角减速度；j1，m1分别为惯性盘转动惯量和质量。将式(10)整理后得式(11)说明了惯性盘运动规律与主螺杆角减速度之间的关系。3.2.2快

10、速脱开阀运动分析当脱开阀操纵力f2能克服其阻力时阀芯上移，离合器油缸的压力油被泄掉，飞轮与主螺杆迅速脱开。忽略泄漏、摩擦和液动力可得阀芯运动方程式中p脱开阀内油液压力；a0阀芯的有效面积；m2阀芯的质量；b0粘滞阻尼系数；k弹簧刚度；z0弹簧预压紧量。由分析可知，快速脱开阀的开启条件为即快速脱开阀开启的临界条件为将式(14)代入式(13)、(12)并整理得式(15)说明当主螺杆角减速度到达0时，快速脱开阀处于开启的临界条件。3.3打击力控制过程分析由式(15)可知，当惯性控制机构根本参数确定后，主螺杆角减速度0主要由快速脱开阀调定油压p所决定。调整快速脱开阀调定油压p可以改变主螺杆角减速度0。

11、将式(15)代入式(9)，可得pta+bp(16)式中a，b常量。pt即为离合器脱开力。由式(16)可见，离合器脱开力pt与调定油压p成线性关系。在打击过程中，打击力到达调定油压p所对应的打击力时快速脱开阀开启，离合器油缸压力油被泄掉，飞轮与主螺杆脱开。打击力在主螺杆和滑块剩余动能作用下到达预选的终锻值pu。将式(16)代入式(3)，得到式(19)即为高能离合器式螺旋压力机锻击终锻力pu、锻件变形功a与快速脱开阀调定油压p之间的关系式，是打击力控制的理论依据。根据式(19)可以绘制锻击终锻力pu与快速脱开阀调定油压p之间的关系曲线，简称pup曲线。如图4所示。在图4中只给出了a0的情形。由图4可见，pup曲线非常近似为直线，这为锻击终锻力pu的控制提供了便利条件。4结论(1) 本文所得到的锻击终锻力pu、锻件变形功a与快速脱开阀调定油压p之间的关系式，深刻地图 4pu-p曲线fig.4pu-p curve揭示了高能离合器式螺旋压力机打击力控制原理，为离合器惯性控制系统设计提供了理论依据。(2) 从pup曲线可以看到，调定油压p越高，锻击终锻力pu越大。根据不同锻件的需要(锻件变形功a的不同)，在不改变飞轮初动能的条件下，可以方便地选定最正确的打击力。参考文献1杨育林，谭文锋，唐庆远.高能离合器式螺旋压力机力能关系研究.重型机械，1993，(4