冲压机的冲剪力及振动测量与分析

　　0　引言

　　1000kN冲压机是某造币厂生产硬币的关键设备,它具有18个冲头,即一次能冲18枚极硬币,相当18台单头冲压机.如何充分发挥该机器的最大工作能力以提高生产效率是造币厂极为关心的问题.本车间工程技术人员推算1 000kN冲压机实际工作负荷已达到了极限900kN,他们认为提高冲剪速度就将增加冲剪力,即增加工作负荷.所以不敢再提高机器的冲剪速度,只让机器在每分钟200～300次的速度范围内工作.厂领导不满足现有的生产状况,决心进一步挖潜,与我校合作,共同研究1 000kN冲压机的冲剪力及动态特性.我们到现场与生产工人及工程技术人员共同对机器进行观察分析,令机器在每分钟200～800次的速度范围内工作,发现机器确实在每分钟300次以上时机身振动较大,不敢贸然提高速度.决定采用以下方案:

　　(1)对机器的冲剪力作现场实测,以了解机器在高速情况下是否超负荷.

　　(2)对机器的振动进行测量与分析,以了解机器工作状态下的动态特性.

　　(3)对被冲铜材进行剪切性能试验,验证冲压机冲剪该材料究竟需要多大的负荷.

　　1　机器冲剪力及振动测量

　　1.1　测试方法

　　测量冲剪力需要用传感器将机械量转换成电学量.但是机器本身结构中没有安装传感器的位置,所以我们就选择冲头作传感器.冲头直径为20 mm,易加工,易安装,在冲头上按力学实验原理粘贴电阻应变片^[1].经过全能液压式试验机对传感器进行标定,然后安装在冲压机上,用以直接冲剪铜材,从而直接测出冲剪力.

　　在机器的台面及隔振器的底板上分别安装加速度传感器,用以测量冲压机的振动信号.测试系统如图1所示.

　　1.2　测试结果

　　1.2.1　冲剪力

　　1)从18个冲头中任选3个作为传感器,它们分别用P₁,P₂,P₃表示.单脉冲冲剪力的测试结果,如图2所示^.[2][3]

　　2)冲剪力信号的功率谱如图3所示,以P₃传感器为代表.

　　3)冲压机在工作状态下,冲剪力与冲剪速度的关系的实测值如表1所示.

　　1.2.2　冲压机振动情况

　　1)振动信号时域曲线如图4所示;

　　2)振动信号功率谱如图5所示;

　　3)振动速度与加速度的实测值如表2所示。

　　2　机器动态特性分析

　　图2所示的剪力信号为简单冲击信号,是一个单脉冲,即由某常值开始,以某种规律迅速上升,然后又很快地回复到原来的常值处.图4所示的衰减正弦信号是复杂振荡型冲击信号,它由若干个简单脉冲组成,能持续系统的几个振动周期.冲击响应是如下微分方程的解[4].