專利名稱：機械壓力機pfc所需傳遞扭矩的在線檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍛壓設(shè)備之機械壓力機領(lǐng)域的傳遞扭矩檢測方法，具體涉及一種PFC所需傳遞扭矩的在線檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)機械壓力機進行鍛沖工作時，需要氣動摩擦離合器(PneumaticFriction Clutch，以下簡稱PFC)摩擦副能輸出足夠大的扭矩Mq≥Ma，否則PFC摩擦面產(chǎn)生打滑而發(fā)生悶車事故。通過電氣比例壓力閥給PFC氣缸提供合適的氣壓來滿足Mq≥Ma的正常工作要求，很顯然必須預(yù)先知道Ma的大小。
目前在國內(nèi)外的所有機械壓力機中，不管工件變形每次需要PFC傳遞多大的扭矩Ma(如齒輪熱模鍛進行第1工步的鐓粗力往往僅為第2工步終鍛力的1/3，相應(yīng)的第1工步所需的Ma1不到第2工步的1/2)，但每次PFC氣缸都進最大的氣壓pmax，相應(yīng)地PFC所能提供的扭矩總為最大值Mqmax，既造成了壓縮空氣能量的浪費又使PFC的排氣噪聲增大對環(huán)境的污染加重，因此本發(fā)明提供一種對PFC所需傳遞的扭矩的大小進行在線測量的方法。并詳細論述了如何通過該測量裝置檢測得到PFC所需傳遞的扭矩Ma，PFC又是如何依據(jù)Ma的大小，提供足夠大的扭矩Mq來滿足工作變形的需要的。
由于塑性變形過程及機械壓力機的復(fù)雜性，給理論計算帶來當(dāng)大的難度，為此這里采用在線實測的方法來確定Ma的大小，通常PFC軸上實際的扭矩的測試方法有用扭矩傳感器直接測量、使用荷重傳感器間接測量、使用電動機電流間接測量和利用滑塊力程間接測量四種方法，本文先對這四種方法分別進行論述。
1.扭矩傳感器直接測量方法直接測量轉(zhuǎn)動軸上扭矩的傳感器有以下兩種類型a.應(yīng)變式扭矩傳感器采用電阻應(yīng)變片將機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成正比于扭矩的電信號。由于其從轉(zhuǎn)軸上輸出信號，裝置復(fù)雜，或可靠性差、或成本太高，使用不便。
b.扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器如JCZ型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)矩測量原理就是相位差式原理，即在彈性軸的兩端安裝兩只信號齒輪，在兩齒輪的上方各裝有一組信號線圈，在信號線圈內(nèi)均裝有磁缸，與信號齒輪組成磁電信號發(fā)生器。當(dāng)信號齒輪隨彈性軸轉(zhuǎn)動時，由于信號齒輪的齒頂及齒谷交替周期掃過磁缸的底部，使氣隙磁導(dǎo)產(chǎn)生周期性的變化，線圈內(nèi)部的磁通量亦產(chǎn)生周期性變化，使線圈中感生出近似正弦波的交流電信號。在彈性軸受扭時，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，使兩組交流電信號之間的相位差發(fā)生變化，在彈性變形范圍內(nèi)，相位差變化的絕對值與轉(zhuǎn)矩的大小成正比。
鍛壓生產(chǎn)的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，且不宜對機械壓力機的曲軸進行破壞性處理(如在曲軸上打磨、鉆孔等)和破壞曲軸的動平衡(如在曲軸上安裝傳感器及其附件)，因此，上述直接測量轉(zhuǎn)動軸上的扭矩的方法在機械壓力機FPC扭矩測試中應(yīng)用較難。
2.荷重傳感器間接測量扭矩方法在機械壓力機上安裝和使用荷重傳感器都是比較方便的，在西安交通大學(xué)模具與塑性加工研究所的PFCB-82型機械壓力機氣動摩擦離合器與制動器綜合智能試驗臺(如附圖1所示)上安裝的荷重傳感器則可以測出PFC軸上的扭矩與時間的變化關(guān)系。圖2為該實驗臺上安裝荷重傳感器的情況，制動器的固定座有左右兩凸臺，在一側(cè)安裝荷重傳感器，通過測量荷重傳感器的輸出的力，通過扭矩計算公式Ma＝F×L間接計算得到作用于PFC軸上的扭矩。
3.電動機電流間接測量軸上扭矩方法機械壓力機一般由三相異步電動機驅(qū)動，當(dāng)PFC軸上所需的扭矩越大時，則相應(yīng)的電動機所需輸出轉(zhuǎn)矩也越大，這樣可間接地通過對電動機輸出轉(zhuǎn)矩的測量結(jié)果，推算出PFC軸上Ma。由異步電動機的運行原理可知，轉(zhuǎn)子繞組中的電流在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，產(chǎn)生了作用在電動機轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩。由電動機學(xué)可知，電動機的平均電磁轉(zhuǎn)矩M為M＝K·Φm·I2·cosΦ2(N·m) (1)式中K-與電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的系數(shù)，稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；Φm-氣隙每極磁通量(Wb)；I2-轉(zhuǎn)子繞組相電流(A)；cosΦ2-轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)由式(1)可看出，異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩M的大小與氣隙每極磁通量Φm、轉(zhuǎn)子相電流I2以及轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cosΦ2成正比。但由于這個關(guān)系比較復(fù)雜，而在實際生產(chǎn)中，電動機在正常范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時電動機的轉(zhuǎn)差率很小，其氣隙磁通Φm可視為額定值，功率因數(shù)cosΦ2≈1，這樣電磁轉(zhuǎn)矩M的大小僅與轉(zhuǎn)子電流I2成正比。但因為轉(zhuǎn)子電流不便于測量，根據(jù)電動機的等值電路，把轉(zhuǎn)子各量進行匝數(shù)、相數(shù)和轉(zhuǎn)子位置的折合后，可以得到定子電流 轉(zhuǎn)子折合電流 與電動機的勵磁電流 的關(guān)系I·1=I·2′=I·0...(2)]]>式中I·2′=I·1ki,]]>ki為電流變比，可通過計算或?qū)嶒灚@得。異步電動機在從空載到額定負載的正常運行范圍內(nèi)，勵磁電流 的變化也非常小，基本上可視為定值。因此由式(1)和(2)可知，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流有一定的比例關(guān)系，可以通過測量電動機定子中的某一相的電流，來間接測得電動機的電磁輸出轉(zhuǎn)矩。經(jīng)在實驗臺上的大量實驗發(fā)現(xiàn)，電動機的電流大小不但與其輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)，而且與工藝類型有關(guān)，故本發(fā)明不采用此方法獲得Ma的值。
4.滑塊力程間接測量方法實際中機械壓力機的PFC所需傳遞的扭矩Ma是由其滑塊通過模具使工件產(chǎn)生變形時所需力和變形高度確定的，在工業(yè)生產(chǎn)實際中有些機械壓力機上安裝有自動檢測鍛沖變形力及變形高度的裝置，這樣，用這兩種信號的大小就可獲得曲軸上作用的扭矩MRaMRa＝Pmq(3)式中P為作用到滑塊上的工件變形力(N)，mq為曲柄連桿機構(gòu)的當(dāng)量力臂(m)。
當(dāng)在線已知曲軸上作用的扭矩MRa，相應(yīng)地PFC軸上所需傳遞的扭矩Ma應(yīng)為Ma=MRaiη...(4)]]>式中i為PFC的軸至曲軸的傳動比，η為PFC軸至曲軸之間的傳動效率，對一級齒輪傳動η＝0.97，二級齒輪傳動η＝0.94。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種機械壓力機PFC所需傳遞扭矩的在線檢測方法，該方法就是采用上述第四種方法來在線測試PFC軸上實際的扭矩以確定Ma的大小。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種機械壓力機PFC所需傳遞扭矩的在線檢測方法，該方法采用滑塊力程間接測量法檢測PFC所需傳遞的扭矩Ma，其特征在于，具體包括下列步驟
1)以PFC所能提供的扭矩Mq＝βMa并且Mq與氣缸氣壓成良好的線性關(guān)系MqC＝kp，通過調(diào)節(jié)進入PFC氣缸的氣壓p來達到對PFC所能產(chǎn)生的扭矩的控制；2)利用滑塊力程曲線確定PFC摩擦面上所需傳遞扭矩MRa的方法，包括了由工藝類型的最大變形力Pm和由在線實測P-t數(shù)值關(guān)系兩種方式；A.采用由工藝類型和最大變形力Pm的方式確定扭矩MRa時，首先應(yīng)建立所完成工藝較為準(zhǔn)確的工作負荷特性的數(shù)學(xué)表達式，然后計算出工件變形過程中各段的最大扭矩MRaim，最后通過各段的對比求出整個變形過程中的扭矩最大值MRm；B.采用由在線實測P-t數(shù)值關(guān)系是，利用力傳感器、A/D板及計算機在線實測變形力數(shù)值及其時刻，計算機通過數(shù)據(jù)采集和輸出卡進行控制，采用軟件可自動計算出工件變形階段中不同時刻的扭矩MRa，并輸出不同時刻的MRa值和最大值MRm。
為了驗證本發(fā)明的方法的相關(guān)程序的正確性，選用上海第二鍛壓機床廠生產(chǎn)的JH23-63型機械壓力機完成冷擠壓時的典型工藝進行研究。假設(shè)某冷擠壓工藝中Pm＝3×105N，α0＝30°，該機械壓力機的參數(shù)為滑塊行程s0＝100mm，曲柄半徑R＝s0/2＝50mm，do＝115mm，dA＝155mm，dB＝120mm，μ＝0.045，λ＝0.1，Δα＝1°，ε＝0.5°，傳動比I＝5.353(為便于和角度增中中的i區(qū)別，將式(4)中的曲軸到PFC軸之間的傳動比i在這里換成字母I)，一級齒輪傳動效率η＝0.97，滑塊行程次數(shù)n＝50次/分，相應(yīng)的曲柄旋轉(zhuǎn)角速度為ω＝2πn/60＝5.236(rad/s)，經(jīng)過計算后的結(jié)果如圖3所示，為了直觀，將橫坐標(biāo)以壓力角α(角度)表示，圖中M′l、M′μ分別為折算到PFC軸上的理想扭矩和阻扭矩。


圖1為PFC-B-82型機械壓力機氣動摩擦離合器與制動器綜合智能試驗臺結(jié)構(gòu)示意圖。圖中的標(biāo)號分別表示1.制動器氣壓比例閥 2.荷重傳感器 3.制動器氣缸上氣壓變送器 4.制動器殼體 5.制動器活塞 6.制動器活塞位移傳感器 7.制動器運動盤 8.制動器摩擦塊 9.滾動軸承 10.制動端支承架及軸承 11.轉(zhuǎn)動慣量調(diào)節(jié)盤 12.從動軸測速盤 13.從動軸測速光電傳感器及支架 14.從動慣量盤 15.離合器端支承架及軸承 16.飛輪 17.滾動軸承 18.離合器活塞位移傳感器 19.活塞 20.飛輪測速盤 21.飛輪測速光電傳感器及支架 22.離合器進排氣管氣壓變送器 23.離合器氣壓比例閥 24.地面25.摩擦塊 26.三角皮帶槽 27.從動軸；圖2為利用荷重傳感器測試軸上扭矩的結(jié)構(gòu)；圖3為由Pm求取冷擠壓工藝的扭矩變化特性曲線，其中曲線a為Ma，曲線b為M′l，曲線c為M′μ；圖4為機械壓力機PFC所需傳遞扭矩的計算機在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)；圖5為在線實測的變形力特性曲線；圖6為在線計算的拉延工藝的扭矩變化曲線；圖7為拉延工藝變形力變化曲線。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
具體實施例方式
如前所述，要使PFC摩擦副輸出的扭矩Mq能滿足工件變形的要求，就必須知道該工件變形時所需PFC摩擦面?zhèn)鬟f的扭矩Ma，這樣才能實現(xiàn)根據(jù)PFC所需傳遞的Ma，通過智能化的氣動系統(tǒng)以使PFC摩擦副能輸出的扭矩滿足Mq≥Ma，自適應(yīng)地實現(xiàn)可靠、高效能、低污染的鍛沖加工。本發(fā)明就是根據(jù)機械壓力機實際加工的有關(guān)信息來確定Ma的值。獲得Ma的方法很多，本發(fā)明僅就采用滑塊力程特性獲取Ma的值的方法進行研究。當(dāng)由滑塊上的力程特性得到曲軸的所需扭矩MRa后，可方便地由公式確定Ma的值，為此，本發(fā)明僅就MRa是如何確定進行了研究。
在工業(yè)實際中的有些機械壓力機上安裝了可自動檢測并顯示滑塊上作用的工件變形力的裝置(以下簡稱為測力裝置)。目前這種測力裝置有兩種輸出方式，一種是僅能輸出并顯示最大工件變形力Pm，另一種是可輸出不同時刻的變形力P的大小，并給出最大值，即可輸出并顯示P-t數(shù)值及曲線。為此，本發(fā)明首先對工藝類型已知但測力裝置僅能輸出最大工件變形力Pm的情況下如何得到MRa進行研究，然后依次對已知P-t的情況下得到MRa的值來論述。
1.PFC的扭矩與氣壓大小的關(guān)系前面敘述了在機械壓力機工作過程中，如何在線地獲得PFC軸上的扭矩Ma的方法。在已知了Ma的大小之后，接下來的問題就是要讓PFC的摩擦副能夠提供足夠大的扭矩Mq，使Mq≥Ma，否則將會在工件變形過程中發(fā)生摩擦面打滑，摩擦材料磨損、過熱，甚至發(fā)生嚴(yán)重的“悶車”事故。但若不管Ma的大小，每次工作時都取最大值Mqmax，雖然工作可靠，但如前所述會造成極大的壓縮空氣能量的浪費，這是目前的PFC氣路系統(tǒng)存在的不足，也正是本發(fā)明要改善之處。
考慮到工作過程中存在摩擦運動阻扭矩，為了正常工作Mq≥Ma，但為了節(jié)能又不能大很多，這里定義在進行扭矩智能控制時取Mq＝βMa(5)式中β定義為PFC扭矩儲備系數(shù)。它是考慮到PFC摩擦副之間所能傳遞的扭矩Mq受到PFC氣缸內(nèi)氣壓的波動、摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性、真實摩擦接觸面積的變化等情況下仍能使PFC正常工作而得到的。這里取β＝1.1～1.3，本申請取β＝1.2。
對PFC摩擦副來講，其所能輸出的扭矩Mq應(yīng)為Mq＝mμqF0Rμ(6)式中，m為摩擦面數(shù)，μ為摩擦系數(shù)，對機械壓力機通常所使用的摩擦材料及對磨元件μ＝0.3～0.4。Rμ為當(dāng)量摩擦半徑，F(xiàn)0為單面摩擦面積，q為摩擦面上的比壓，該摩擦面上作用的總的壓緊力Q為Q＝qF0(7)Q通常是由氣缸內(nèi)的活塞產(chǎn)生的，活塞是依靠壓縮空氣驅(qū)動的，這樣當(dāng)設(shè)PFC活塞面積為S，壓縮空氣壓強為p，當(dāng)忽略活塞與氣缸之間的摩擦?xí)r，可得Q＝pS(8)因為式(6)和式(8)中的μ、F、Rμ及S很難人為調(diào)節(jié)，這樣由式(5)可知，為了使Mq能跟隨Ma而變化，只能通過調(diào)節(jié)氣壓p的大小。在本申請中氣壓p的大小，在本文中氣壓p依靠電氣比例電磁閥在線調(diào)節(jié)，由氣壓傳感器來反饋檢測調(diào)試結(jié)果從而構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。
通常PFC的摩擦副形式有盤式和浮動鑲塊式兩種。本申請中的PFC-B-82型試驗臺采用的浮動鑲塊式結(jié)構(gòu)形式，其所能產(chǎn)生的摩擦扭矩為Mq＝2μqzFiRμ(9)式中z為浮動鑲塊數(shù)目；Fi為一個浮動鑲塊的單邊摩擦面積。
也就是說，對該種浮動鑲快結(jié)構(gòu)，存在下式F0＝zFi(10)m＝2(11)由式(7)～(11)可得Mq＝2μpSRμ(12)在本發(fā)明的實驗中，PFC和PFB摩擦面的尺寸為z＝10，Rμ＝0.210m，μ＝0.3～0.35，F(xiàn)i＝7.7117×10-3m2，SB＝0.2366m2，SC＝0.2686m2。其中SB、SC分別為PFC和PFB活塞的面積。
將上述數(shù)據(jù)代入式(12)并取μ＝0.31可得MqB＝0.0308p(N·m)(13)MqC＝0.0350p(N·m)(14)可見對其它尺寸的PFC仍存在MqC＝kp (15)也就是說摩擦離合器能夠產(chǎn)生的摩擦扭矩大小與氣缸內(nèi)的氣壓大小成正比，這樣由式(5)和式(15)可知，在已直接檢測到PFC所需傳遞的摩擦扭矩Ma的情況下，可以根據(jù)Ma而調(diào)節(jié)氣缸內(nèi)氣壓的大小，從而達到節(jié)約壓縮空氣的目的。
2.使用在線實測的滑塊力程特性確定Ma由文獻可知，當(dāng)已知工件變形力P時，還無法確定作用到曲軸上的扭矩MRa，必須知道力臂的大小，在最大變形力Pm處往往力臂未必取最大值，兩者之間的關(guān)系對不同的工藝存在較大差異。要想得到MRa的值，必須知道任意力臂長度mq下的變形力P，兩者相乘才能獲得MRa的值，然后才能由式(4)求得PFC軸上的Ma。現(xiàn)在任意時刻的MRa值無法知道而僅知道Pm的值，如何求出MRa呢？雖然任意時刻的P無法獲得，但機械壓力機實際所完成的工藝類型如沖裁、拉深、熱模鍛、冷擠壓是確定的，每種工藝都有其獨特的力程特性，特別在已知Pm和變形高度時，其它時刻的力的變形規(guī)律可推算出來，這里的工件變形高度對確定的加工毛坯及模具也是已知，這樣就在已知工藝類型、Pm及h情況下，就可獲得任意時刻的MRa值，由此可看出這種方法存在一定的近似性。
為此，本發(fā)明先對不同工藝類型的變形力程規(guī)律進行論述，然后再研究如何由已知工藝的變形力程確定出MRa。如前所述，因為MRa已知，由式(4)可知，Ma就可求得，所以下面僅研究如何獲得MRa。
根據(jù)文獻，考慮摩擦作用后，機械壓力機的曲軸(或偏心輪)所需傳遞的扭矩可以表示為MRa(α)＝Ml(α)+Mμ(a) (16)Ml(α)=P(α)R(sinα+λ2sin2α)/cos(sin-1(λsinα))...(17)]]>Mμ(α)=12P(α)μ[(1+λcosα)dA+λdAcosα+do+2λRsinα(sinα+λ2sin2α)]cos(sin-1(λsinα))...(18)]]>式中Ml(α)為理想扭矩，Mμ(α)為摩擦扭矩，P(α)為工件變形力，μ為機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)摩擦系數(shù)，對開式壓力機μ＝0.04～0.05，對閉式壓力機μ＝0.045～0.055，dA、dB和do分別為連桿大端、小端和曲軸支承軸頸的直徑?？紤]到前述五種典型工藝均由不同斜率的折線構(gòu)成，為使P(α)表達式更具通用性，參考前述各工藝力程特性方程的討論，P(α)可寫成P(α)＝k(α-a0)+P0(19)式中k＝(P1-P0)/(a1- a0)為負荷線段的斜率；(a0，P0)和(a1，P1)分別為該線段兩端點的坐標(biāo)，這兩點的坐標(biāo)由各個典型工藝的參數(shù)確定，在具體求解過程中，需先根據(jù)工藝參數(shù)確定這兩點的坐標(biāo)，然后才能進一步求解。
為了后面計算的方便性，可令f1(α)=R(sinα+λ2sin2α)/cos(arcsin(λsinα))...(20)]]>f2(α)=12μ[(1+λcosα)dA+λdBcosα+do+2λRsinα(sinα+λ2sin2α)]cos(arcsin(λsinα))...(21)]]>這樣，式(17)和(18)可分別寫成Ml(α)＝P(α)f1(α)(22)
Mμ(α)＝P(α)f2(α)(23)再結(jié)合式(16)可見，MRa(α)是關(guān)于α的函數(shù)，這樣由式(16)和(19)～(23)可方便地使用計算機求出MRa(α)的值并得到其最大值。另外由相關(guān)文獻中各典型工藝的力程圖可知，對于力程圖的每一段，Mq(α)均連續(xù)，即每一段均有極值出現(xiàn)，此極值即為這一段的扭矩的最大值。
因為對PFC輸出扭矩Mq的智能控制是在線實時的，所以要求快速自動地根據(jù)在線實測所得的Pm值和所完成的工藝類型輸出MRa的值，便于對系統(tǒng)進行控制。因此須編程在線求得MRa的值，進而由式(4)得到Ma的值。
按照上述技術(shù)方案，本發(fā)明機械壓力機PFC所需傳遞扭矩的在線監(jiān)測系統(tǒng)采用計算機通過數(shù)據(jù)采集變形力傳感器信號，利用在線實測的P-t數(shù)值關(guān)系確定MRa。如圖4所示為機械壓力機PFC所需傳遞扭矩的計算機在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)示意圖。
如前所述，有些機械壓力機上安裝的變形力傳感器可輸出任意時刻的變形力P值的模擬信號，通過A/D數(shù)據(jù)采集及計算機就可得到P-t數(shù)據(jù)關(guān)系?？紤]到α＝ωt，經(jīng)把時間t轉(zhuǎn)化為曲柄轉(zhuǎn)角關(guān)系α和數(shù)字濾波后就可得到如圖5所示的P-α關(guān)系及數(shù)值。下面就來討論如何由圖5來確定MRa的大小。
3.轉(zhuǎn)角步長Δα的選取首先對如圖5中的微小區(qū)間[αi，αi+1]，αi+1＝αi+Δα，Δα為計算MRa的步長，在該微小區(qū)間內(nèi)，設(shè)P變化很小可忽略不計，因而可看成常數(shù)，并取作微區(qū)間左側(cè)的數(shù)值Pi，即P＝P(αi)(αi≤α≤αi+Δα)。這樣圖5中的連續(xù)曲線就可由高低不同的階梯(αi，Pi)所代替，實際上在計算機通過A/D卡獲得圖5中的曲線時，也是由很密集的離散點光滑而得。所以為提高運算速度也可不必先獲得圖5的曲線(當(dāng)然在控制系統(tǒng)帶有P-α顯示功能的情況例外)，當(dāng)已知A/D卡的采樣周期Δt時，計算扭矩MRa時的轉(zhuǎn)角步長Δα可按下式進行選取Δα＝ωΔt(24)很顯然Δα越小，精確度越高，但在線控制扭矩的實時性會受到一定程度的影響，因此Δα的選取應(yīng)兼顧上述兩個方面。
1.MRa的確定由式(16)、(17)和(18)，在任一轉(zhuǎn)角αi處的曲軸上所需傳遞的扭矩MRai為MRai＝Ml(αi)+Mμ(αi)(25)Ml(αi)＝P(αi)f1(αi) (26)Mμ(αi)＝P(αi)f2(αi) (27)然后增加一個Δα，求出下一個轉(zhuǎn)角αi+1＝αi+Δα處的MRa(i+1)的值，依次進行直到計算出全部(0～α0)范圍內(nèi)的MRa的值，然后比較求出最大值MRm。再利用式ωti＝αi就可得到不時刻ti的扭矩MRai的值。將以上計算步驟編制成程序可實現(xiàn)在線計算，并迅速為后面的控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。為了驗證該程序的正確性，仍選用前面舉例時所采用到的JH23-63型機械壓力機進行對具有典型拉延工藝的近似半個正弦波形的力變形圖進行仿真，即P(α)＝4×105sin 2α(N) (0≤α≤90°)(28)如前所述對該機械壓力機因其滑塊行程s0＝100mm，曲柄半徑R＝s0/2＝50mm，d0＝115mm，dA＝155mm，dB＝120mm，μ＝0.045，λ＝0.1，Δα＝1°，傳動比I＝5.353，一級齒輪傳動效率η＝0.97，滑塊行程次數(shù)n＝50次/分，相應(yīng)地曲柄旋轉(zhuǎn)角速度ω＝2πn/60＝5.236(rad/s)。將上述已知數(shù)據(jù)輸入到所編制的程序中，可得到如圖6和圖7所示的仿真結(jié)果，圖6為扭矩變化曲線，圖7為變形力曲線。由圖6可求得在壓力角α＝53.1°(t＝0.177s)時取得PFC軸所需的最大扭矩Ma＝3493(N·m)。從圖6和圖7可看出，Ma的最大值和力P的最大值出現(xiàn)的時刻是不同的(變形力P在45處取的最大值)，因此不能簡單地認(rèn)為最大變形力Pm處就是扭矩最大處。
利用力傳感器、A/D板及計算機等在線實測變形力數(shù)值及其時刻，采用軟件可自動計算出工件變形階段中不同時刻的扭矩MRa，并輸出不同時刻的MRa值和最大值MRm，這種方法具有迅速、可靠等良好特性，值得在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。
按照上述技術(shù)方案申請人已完成一系列試驗，結(jié)果證明達到了本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種機械壓力機氣動摩擦離合器所需傳遞扭矩的在線檢測方法，該方法采用滑塊力程間接測量法檢測氣動摩擦離合器所需傳遞的扭矩Ma，其特征在于，具體包括下列步驟1)定義氣動摩擦離合器所能提供的扭矩Mq＝βMa，并且Mq與PFC氣缸氣壓成良好的線性關(guān)系，即氣動摩擦離合器能夠產(chǎn)生的摩擦扭矩大小與氣缸內(nèi)的氣壓大小成正比，即Mq＝kp，其中，Ma為機械壓力機正常工作時氣動摩擦離合器所需傳遞的扭矩；β為PFC扭矩儲備系數(shù)，且β＝1.1～1.3，通過調(diào)節(jié)進入氣動摩擦離合器氣缸的氣壓p來達到對氣動摩擦離合器所能產(chǎn)生的扭矩的控制；2)利用滑塊力程曲線確定摩擦面上所需傳遞扭矩MRa，包括由工藝類型的最大變形力Pm和在線實測P-t數(shù)值關(guān)系兩種方式；A.采用由工藝類型和最大變形力Pm的方式是，首先建立所完成工藝的工作負荷特性的數(shù)學(xué)表達式，然后計算出工件變形過程中各段的最大扭矩MRaim，最后通過各段的對比求出整個變形過程中的扭矩最大值MRm；B.采用在線實測P-t數(shù)值關(guān)系是，利用力傳感器、A/D板及計算機在線實測變形力數(shù)值及其時刻，計算機通過數(shù)據(jù)采集和輸出卡進行控制，采用軟件自動計算出工件變形階段中不同時刻的扭矩MRa，并輸出不同時刻的MRa值和最大值MRm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機械壓力機PFC所需傳遞扭矩的在線檢測方法，該方法采用滑塊力程間接測量法檢測PFC所需傳遞的扭矩M
文檔編號G01L3/22GK101046420SQ200710017760
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日
發(fā)明者趙升噸, 王軍 申請人:西安交通大學(xué)