曲柄壓力機(jī)悶車現(xiàn)象的分析與對策

1、收稿日期:19980814曲柄壓力機(jī)悶車現(xiàn)象的分析與對策221002徐州鍛壓機(jī)床廠周文摘要闡述了曲柄壓力機(jī)悶車臨界角的概念及其意義,介紹了悶車臨界角的計(jì)算方法、悶車的防止和解除,提出了對薄板沖裁壓力機(jī)設(shè)計(jì)必須核算悶車臨界角以及在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)增加設(shè)置悶車解除裝置規(guī)定的建議。敘詞曲柄壓力機(jī)悶車臨界角1概述對于曲柄壓力機(jī)來說,悶車通常是指當(dāng)滑塊運(yùn)行至下死點(diǎn)附近時(shí),由于某種原因而停止,致使曲柄連桿機(jī)構(gòu)在機(jī)身應(yīng)力作用下自鎖的現(xiàn)象。悶車可由多種原因?qū)е?。如在下死點(diǎn)附近作業(yè)時(shí)人為停車(按下緊急停止按鈕,或在保持角內(nèi)松開雙手按鈕,或寸動(dòng)調(diào)模等,或在下死點(diǎn)附近由于作業(yè)的劇烈振動(dòng)使某些電器元件觸點(diǎn)異常動(dòng)作而停車,

2、或由于離合器氣壓異常降低而導(dǎo)致扭矩能力下降,或由于負(fù)載扭矩超過離合器扭矩容量致使離合器打滑而停車。一旦停車發(fā)生在下死點(diǎn)附近(具體位置本文將分析,且曲柄連桿機(jī)構(gòu)承受負(fù)載,則會(huì)發(fā)生悶車現(xiàn)象。一般可以把悶車分為兩類:打滑悶車(離合器超載導(dǎo)致的悶車和制動(dòng)悶車(離合器脫開導(dǎo)致的悶車。悶車現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)在機(jī)身應(yīng)力作用下的自鎖。2悶車臨界角我們很容易注意到,悶車往往發(fā)生在距下死點(diǎn)很近的位置。此時(shí),機(jī)身彈性變形的回復(fù)力將產(chǎn)生使曲柄連桿機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離下死點(diǎn)的趨勢。這種趨勢能否使曲柄連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生遠(yuǎn)離下死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),取決于此時(shí)曲柄壓力角與臨界角的關(guān)系。如果曲柄壓力角大于臨界角,則機(jī)構(gòu)在機(jī)身變形力的壓迫下遠(yuǎn)離下死點(diǎn)

3、。如果曲柄壓力角小于臨界角,則機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖即悶車。其情形就如同在一個(gè)傾斜角小于摩擦角的斜坡上物體不會(huì)因重力作用而下滑一樣。該臨界角不妨稱之為悶車臨界角。下面就根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的臨界自鎖條件來求解悶車臨界角。圖1顯示了結(jié)點(diǎn)正置的曲柄連桿機(jī)構(gòu)在臨界自鎖條件下的各構(gòu)件的位置和受力情況。圖1中鉸鏈A、B處的圓為靜摩擦圓。根據(jù)機(jī)械原理的分析可知,由于摩擦的存在,連桿A B所受的力P A B不再沿連桿軸心線A B方向,而是沿靜摩擦圓A和B的公切線方向。圖1中曲柄OA 在機(jī)身變形力的作用下圖1有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢,所以連桿A B相對于曲柄OA有逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢,滑塊相對于連桿A B有順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢,并且由于

4、連桿所受的力為壓力,所以力P A B應(yīng)沿圖1所示的內(nèi)公切線方向。連桿力P A B對于圓心A所造成的摩擦力矩有阻止曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。連桿力P A B對于圓心B所造成的摩擦力矩有阻止滑塊相對于連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的臨界自鎖條件,可知連桿力P A B與曲柄頸O處的靜摩擦圓相切。此時(shí)由連桿力P A B造成的促使曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩剛好等于阻止曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的靜摩擦力矩。根據(jù)圖1所示的幾何關(guān)系,就可求解悶車臨界角。設(shè)該公切線與圓O切于點(diǎn)C,與圓A切于點(diǎn)D,與圓B切于點(diǎn)E,由點(diǎn)A向線O C作垂線交于點(diǎn)K,則有:O K=O C+CK=O C+A DR sin(+-=(r O+r A(1式中R曲柄長

5、度r O曲柄頸半徑r A曲柄銷半徑軸承的當(dāng)量靜摩擦系數(shù)、的意義如圖1所示。由點(diǎn)B向線A D作垂線交于點(diǎn)F,則有:sin=A D+D FA B=A D+B EA B22鍛壓機(jī)械2 1999sin =(r A +r B L(2式中r B 球頭或連桿銷軸的半徑L 連桿長度在OA B 中,由正弦定理得:OA sin =A Bsin Rsin =Lsin (3在式(1和式(3中,對于具體的一個(gè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)來說,只有和是未知的,因此,聯(lián)立二式可求解悶車臨界角。我們還可以采用如下所述的近似方法求解悶車臨界角。將線段A D 延長至與線OB 交于點(diǎn)G 。由于角度-極小,我們近似地認(rèn)為A G OB 。又由于線段O

6、 G 比B G 小得多,故可近似得到D G =O C ,那么就有:sin A D +O C OA=(r O +r A Rarcsin(r O +r A R(4計(jì)算實(shí)例表明,用式(4解得的悶車臨界角誤差一般僅有百分之一、二,其精度非常令人滿意。需要說明的是式(1、(2及(4中當(dāng)量靜摩擦系數(shù)的取值。對于跑合的徑向滑動(dòng)軸承,其系數(shù)應(yīng)取為相應(yīng)的平面摩擦副摩擦系數(shù)的1127倍1,2。例如,摩擦副材料為鋼青銅,的取值應(yīng)為:=1127× 0式中0靜摩擦系數(shù)0=01100115(有潤滑時(shí)2=01127011905圖2的取值大小與摩擦副表面狀況及潤滑狀況有關(guān),一般計(jì)算中可取=0115。對于無連桿的曲柄

7、滑塊機(jī)構(gòu)(或稱正弦機(jī)構(gòu)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu),或稱雙滑塊機(jī)構(gòu)的悶車臨界狀態(tài),可作如圖2所示的受力分析。圖2中鉸鏈O 、A 處的圓為靜摩擦圓。曲柄OA 在機(jī)身變形力的作用下有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢,所以方活靈(橫行滑塊相對于曲柄OA 有逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢,并且由于曲柄OA 所受的力為壓力,所以曲柄OA 給方活靈的力P OA 應(yīng)沿圖2所示的內(nèi)公切線方向。根據(jù)方活靈處于向左側(cè)滑動(dòng)的臨界狀態(tài)可知,力P OA 與方活靈摩擦平面的法線之間的夾角應(yīng)等于該摩擦副的靜摩擦角。根據(jù)圖2所示的幾何關(guān)系即可求解無連桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的悶車臨界角。設(shè)該內(nèi)公切線與圓O 切于點(diǎn)C ,與圓A 切于點(diǎn)D 。由點(diǎn)A 向線O C 作垂線交于點(diǎn)B ,則

8、有:OB =O C +B C =O C +A DR sin (-=(r O +r A =+arcsin(r O +r A R(5式中方活靈與滑塊之間的靜摩擦角,其值為=arctg 0對于有潤滑的鋼青銅摩擦副,其靜摩擦系數(shù)為011001152。相應(yīng)的靜摩擦角約為6°8°。比較式(4和式(5可以看出,當(dāng)r O 、r A 、R 及取值相同時(shí),無連桿的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)其悶車臨界角比曲柄連桿機(jī)構(gòu)的悶車臨界角要大出一個(gè)靜摩擦角(約為6°8°。3悶車臨界角的意義在提出了悶車臨界角的概念之后,就可以定量地描述悶車發(fā)生的條件了。當(dāng)曲柄在悶車臨界角以內(nèi)停止時(shí),如果滑塊承受著負(fù)載

9、,那么,就可以認(rèn)為發(fā)生了悶車(自鎖。還可以在悶車臨界角這一概念的基礎(chǔ)上提出不發(fā)生打滑悶車的條件,即公稱壓力角大于悶車臨界角。對這一命題,可做簡單的證明。首先,為了簡化分析,假定在壓力機(jī)負(fù)載超過公稱力時(shí),壓力機(jī)即發(fā)生超載保護(hù)動(dòng)作,從而使曲柄連桿機(jī)構(gòu)卸載。顯然,在曲柄進(jìn)入悶車臨界角前是不會(huì)發(fā)生悶車現(xiàn)象的,而當(dāng)曲柄進(jìn)入悶車臨界角以后,由于悶車臨界角小于公稱壓力角,此時(shí)離合器所能提供的扭矩已能克服超過公稱力的負(fù)載。也就是說,此時(shí)只可能發(fā)生沖壓力超載從而使曲柄連桿機(jī)構(gòu)卸載的情況,而不可能發(fā)生離合器扭矩超載的情況,因此也就不會(huì)發(fā)生打滑悶車。如果公稱壓力角小于悶車臨界角,那么,當(dāng)曲柄已進(jìn)入悶車臨界角而尚未進(jìn)

10、入公稱壓力角時(shí),則有可能發(fā)生沖壓力尚未過載而離合器扭矩已超載的情況。也就是說,在曲柄轉(zhuǎn)角(曲柄與下死點(diǎn)之間的夾角小于悶車臨界角而大于公稱壓力角時(shí),有可能發(fā)32鍛壓裝備曲柄壓力機(jī)悶車現(xiàn)象的分析與對策生打滑悶車。由于悶車時(shí)曲柄轉(zhuǎn)角大于或等于公稱壓力角(由于機(jī)構(gòu)的慣性及各構(gòu)件變形等因素的影響,打滑悶車后曲柄轉(zhuǎn)角略小于公稱壓力角的情況也可能出現(xiàn),故打滑悶車一般較淺,比較容易解除。顯然,公稱壓力角等于悶車臨界角是不發(fā)生打滑悶車的臨界條件。以上分析是基于沖壓力超載時(shí)即卸荷的假設(shè)而進(jìn)行的,事實(shí)上情況要復(fù)雜一些。由于過載保護(hù)裝置存在一個(gè)保護(hù)精度(液壓過載保護(hù)裝置的保護(hù)精度一般為公稱力的105%110%,鋼質(zhì)剪

11、切塊為100%125%,鑄鐵剪切塊為100%143%,沖壓力超載時(shí)并不一定卸荷,使得曲柄進(jìn)入公稱壓力角時(shí)不一定卸荷。若此時(shí)離合器尚未超載,曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至進(jìn)入悶車臨界角時(shí)才終因離合器扭矩超載而打滑,即發(fā)生悶車現(xiàn)象。這使得打滑悶車現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)率增加了。這是公稱壓力角大于悶車臨界角的壓力機(jī)發(fā)生打滑悶車的原因之一(另一個(gè)原因是離合器氣壓異常降低等因素導(dǎo)致離合器達(dá)不到額定扭矩。對于采用剪切塊式過載保護(hù)裝置的壓力機(jī),這種現(xiàn)象較顯著。由于剪切塊按疲勞抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì),因此建議采用抗疲勞性能較好的材料(如45鋼調(diào)質(zhì)制做,以減小設(shè)計(jì)剪切力與公稱力的比值。用調(diào)質(zhì)的45鋼制作的剪切塊該比值為1125,如果同時(shí)取離合器的

12、儲(chǔ)備系數(shù)=1125或略高一些,那么,仍可維持上述命題,即公稱壓力角大于悶車臨界角的壓力機(jī)不會(huì)發(fā)生打滑悶車(因離合器扭矩能力異常降低而導(dǎo)致的打滑悶車除外。根據(jù)以上分析,建議在進(jìn)行曲柄壓力機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)核算其公稱壓力角是否大于悶車臨界角,以判斷是否應(yīng)設(shè)計(jì)悶車解除裝置。計(jì)算表明,結(jié)點(diǎn)正置的曲柄連桿機(jī)構(gòu)其悶車臨界角多在下死點(diǎn)前15°20°。若按照J(rèn)B139574開式壓力機(jī)型式及基本參數(shù)進(jìn)行開式壓力機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì),則公稱壓力角一般為30°左右,遠(yuǎn)大于悶車臨界角,因而不需核算。而按照新標(biāo)準(zhǔn)GB T1434793開式壓力機(jī)型式與基本參數(shù)設(shè)計(jì)的壓力機(jī),其公稱壓力角較小,尤其是其中的 類壓

13、力機(jī)(大工作臺(tái)壓力機(jī),其公稱壓力角多在20°左右。按照某些國外標(biāo)準(zhǔn),如日本J IS標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)設(shè)計(jì)的壓力機(jī),其公稱壓力角有時(shí)甚至小于15°。在這種情形下就有必要進(jìn)行核算。一些設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例顯示,按照J(rèn)B139574標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的壓力機(jī),如果離合器儲(chǔ)備系數(shù)取值大一些(112113,基本上可用離合器接通來解除在下死點(diǎn)以112倍公稱力發(fā)生的悶車(應(yīng)為制動(dòng)悶車。70年代我廠按該標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的開式系列壓力機(jī)均未設(shè)計(jì)悶車解除裝置,極少有用戶反映易悶車或悶車后難以解除的問題。而近年來開發(fā)的薄板沖裁系列壓力機(jī)則較多地反映出此類問題。這一事實(shí)支持了本文通過理論分析得出的判斷。所以,我廠在薄板沖裁系列壓

14、力機(jī)上設(shè)有悶車解除裝置或液壓過載保護(hù)裝置。對于不設(shè)沖壓力過載保護(hù)裝置的僅依靠離合器打滑實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)的壓力機(jī)(如美國BL ISS公司的C系列壓力機(jī)、H P2系列閉式雙點(diǎn)壓力機(jī)等,設(shè)置悶車解除裝置是很有必要的。為此,建議有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如開式壓力機(jī)技術(shù)條件等的歸口管理部門在標(biāo)準(zhǔn)條文中對悶車解除裝置的設(shè)置作出指導(dǎo)性或推薦性的規(guī)定。4悶車的防止(1對于打滑悶車的防止,可采用增大公稱壓力角即增大曲柄扭矩的方法來提高曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過下死點(diǎn)的能力。但是,這樣一來離合器的扭矩增加了,從離合器至曲軸的傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩容量也要增加,導(dǎo)致機(jī)床成本增加,所以應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性。(2減小悶車臨界角也可以有效地減少悶車的發(fā)生。從式(

15、4及式(5可以看出,減小機(jī)構(gòu)的摩擦系數(shù),減小軸承摩擦副的直徑,增大曲柄長度都可以達(dá)到目的。例如,在小噸位壓力機(jī)的曲軸及連桿上采用滾動(dòng)軸承,防止悶車的效果就非常好。(3雙手按鈕保持角(在單次運(yùn)行操作規(guī)范下,當(dāng)曲柄處于該角度內(nèi)時(shí),只要松開雙手按鈕中的任何一個(gè),滑塊應(yīng)立即停止運(yùn)行的終點(diǎn)位置與悶車臨界角之間應(yīng)隔開一個(gè)制動(dòng)角,以防止因在保持角內(nèi)松開按鈕而使曲柄停在悶車臨界角之內(nèi),造成制動(dòng)悶車。事實(shí)上,在制動(dòng)狀態(tài)下,曲柄由慣性力推動(dòng)而克服負(fù)載并沖入悶車臨界角的情況一般不足以發(fā)生悶車,即使悶車也很淺。所以,保持角與悶車臨界角之間只要有少許間隔即可。JB335093機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)要求對JB335083作了

16、修正,規(guī)定設(shè)置135°的保持角。這一角度與曲柄壓力機(jī)通常的悶車臨界角(15°20°之間尚有25°30°的間隔,這就使本文提出的關(guān)于保持角的建議與安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定相吻合了。(4寸動(dòng)調(diào)模時(shí)應(yīng)特別注意防止悶車的發(fā)生。(5應(yīng)該注意到,即使離合器扭矩足以完成單次作業(yè),若使滑塊在作業(yè)進(jìn)行中停止,此時(shí)再接通離合器也未必能繼續(xù)完成作業(yè)。因?yàn)?此時(shí)離合器所要克服的不僅是有效負(fù)載和動(dòng)摩擦負(fù)載,而是有效負(fù)載和靜摩擦負(fù)載以及從動(dòng)系統(tǒng)的慣量。離合器的扭矩負(fù)載增加了,而離合器的扭矩能力在離合器接通之42鍛壓機(jī)械2 1999初的打滑狀態(tài)比完全接通狀態(tài)(摩擦片處于靜摩擦狀態(tài)要低

17、。所以,應(yīng)注意防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。5悶車的解除(1對于打滑悶車,因其必然發(fā)生在下死點(diǎn)前,可使電機(jī)反轉(zhuǎn),接通離合器,使其退出。若是制動(dòng)悶車,應(yīng)注意觀察曲柄是否已過下死點(diǎn),然后決定電機(jī)轉(zhuǎn)向,用離合器接通使之離開下死點(diǎn)。這種方法在悶車嚴(yán)重時(shí)不一定能奏效。(2解除過載保護(hù),使機(jī)器卸載,即可使滑塊輕松返回上死點(diǎn)。對液壓過載保護(hù)來說,此法簡單易行。對剪切塊式過載保護(hù)應(yīng)用此法則較麻煩,需設(shè)法破壞剪切塊,如用手電鉆鉆孔將其剪切面積減小使之被壓塌。(3用機(jī)床附帶的悶車解除裝置(如撞擊銷等解除悶車。(4解除或減輕機(jī)身對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的壓力后再使之離開死區(qū)。此法道理簡單,具體實(shí)施起來往往很麻煩,需要專用工具(如液壓頂

18、高等。在用戶的生產(chǎn)實(shí)踐中還有一些具體的因地制宜的解除悶車的方法,有的巧妙,有的無奈,在此不一一羅列了。悶車現(xiàn)象往往在它難以解除的時(shí)候才引起人們的注意。如果能在設(shè)計(jì)階段就充分考慮悶車問題并采取必要措施,悶車(尤其是打滑悶車發(fā)生的可能性會(huì)減小,解除起來也較容易。參考文獻(xiàn)收稿日期:19981113冷軋機(jī)高頻顫振機(jī)理研究及對策063000唐山大學(xué)郭云山武漢冶金科技大學(xué)熊禾根摘要通過對冷軋機(jī)垂振系統(tǒng)的研究,從理論上分析了軋機(jī)產(chǎn)生顫振的影響因素,揭示了軋制過程穩(wěn)定性與工藝潤滑油性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,證明了在輥縫處引發(fā)軋機(jī)顫振最活躍的因素是潤滑油的濃度及其性能,最后給出了消除或抑制冷軋產(chǎn)品表面產(chǎn)生振痕的措施。

19、Research and coun ter m ea sures on f lutter m echan is m with h igh frequency of cold m illB ased on research fo r vertical vib rati on system of co ld m ill ,analyse influencing fatco rs that can p roduce flu tter of the m ill from the theo ry ,reveal in ternal relati on s betw een stab ility of m illing p rocess and p rop erty of lub ricating o il ,p resen t the active facto r ,w h ich ca