王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生，羅素萍（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司 項(xiàng)目科，江蘇 揚(yáng)州 225127）

機(jī)械壓力機(jī)強(qiáng)度剛度測(cè)試分析

王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生，羅素萍
（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司 項(xiàng)目科，江蘇 揚(yáng)州 225127）

利用專業(yè)儀器對(duì)開(kāi)式單點(diǎn)壓力機(jī)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度剛度測(cè)試，測(cè)試機(jī)床在液壓加載器250t靜態(tài)載荷下機(jī)身的應(yīng)力分布情況，再用經(jīng)應(yīng)變片標(biāo)定過(guò)的鐵墩進(jìn)行210t動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試，測(cè)出機(jī)身動(dòng)應(yīng)力分布情況，最后利用表式傳感器分別采集滑塊和下模板表面在250t靜態(tài)載荷和205t動(dòng)態(tài)載荷下的位移。測(cè)試結(jié)果一方面可驗(yàn)證機(jī)床精度好壞，另一方面可為以后的機(jī)床有限元仿真分析提供參考依據(jù)。

強(qiáng)度；剛度；靜態(tài)載荷；動(dòng)態(tài)載荷；動(dòng)應(yīng)力；位移測(cè)試

為了研究開(kāi)式單點(diǎn)壓力機(jī)強(qiáng)度和剛度狀況，對(duì)其進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)應(yīng)力、變形測(cè)試。機(jī)床動(dòng)態(tài)載荷工況下的動(dòng)態(tài)特性、測(cè)試儀器設(shè)備及其測(cè)量范圍精度如表1所示。

表1 設(shè)備和檢測(cè)范圍精度

1 測(cè)試方法理論

1.1 靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試

對(duì)于靜態(tài)測(cè)試主要采用YE2539高速靜態(tài)應(yīng)變儀采集貼在機(jī)床上的Br120-2AA電阻應(yīng)變片電阻的變化，并將電阻應(yīng)變片組成測(cè)量電橋，當(dāng)橋臂電阻變化時(shí)，電橋就輸出一個(gè)和其變化大小成線性關(guān)系的電壓。通過(guò)對(duì)該電壓進(jìn)行放大，并對(duì)電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)K進(jìn)行歸一化，就能使輸出的電壓大小和實(shí)際應(yīng)變大小相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而測(cè)試機(jī)床在靜態(tài)加載時(shí)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。應(yīng)變儀的放大器對(duì)電橋的輸出信號(hào)進(jìn)行放大以便記錄器記錄變化的數(shù)據(jù)。其中應(yīng)變片采用單向應(yīng)變片，電橋采用1/4橋路（公共補(bǔ)償片）的橋路形式。所述靈敏系數(shù)K為電阻應(yīng)變片的電阻變化率與試件的最大主應(yīng)變之比。

1.2 動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試

在動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試中，機(jī)身的變形帶動(dòng)電阻應(yīng)變片形狀的變化，進(jìn)而引起電阻變化，用靈敏的惠斯頓電橋測(cè)出電阻值的變化，由足夠高增益的KD6005應(yīng)變放大器對(duì)電阻變化值放大，并由AZ308數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集其放大的信號(hào)，最后由CRAS V7.0振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)顯示在PC機(jī)并進(jìn)行處理分析，根據(jù)讀取結(jié)果和動(dòng)應(yīng)力標(biāo)定值計(jì)算出動(dòng)應(yīng)力值。

1.3 位移測(cè)試

靜態(tài)載荷和動(dòng)態(tài)載荷下位移測(cè)試，由表式傳感器YBD-10型對(duì)滑塊和下模板表面進(jìn)行位移采集，傳感器將位移信號(hào)轉(zhuǎn)化成電阻信號(hào)，并將電阻變化組成電橋，由足夠高增益的KD6005應(yīng)變放大器對(duì)電阻變化值放大，并由AZ308數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集其放大的信號(hào)，最后由CRAS V7.0振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)顯示在PC機(jī)并進(jìn)行處理分析，根據(jù)讀取結(jié)果和位移標(biāo)定值計(jì)算出位移值。

2 應(yīng)力和位移測(cè)試

2.1 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布圖

左側(cè)板應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示，其中Rw、Rz、Rn分別為該處三塊焊接板的中間位置。右側(cè)板應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布如圖2所示。

圖1 左側(cè)板應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布圖

圖2 右側(cè)板應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布

工作臺(tái)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布如圖3所示，橫梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布如圖4所示，工作臺(tái)下方喉口應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布如圖5所示。

圖3 工作臺(tái)應(yīng)力點(diǎn)分布

圖4 橫梁應(yīng)力點(diǎn)分布

2.2 靜應(yīng)變測(cè)試

當(dāng)機(jī)床滑塊處于下死點(diǎn)時(shí)，將液壓加載器放在滑塊和下模板之間對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行靜態(tài)載荷加載，載荷為250t，并測(cè)試載荷作用下機(jī)床各測(cè)點(diǎn)靜應(yīng)變?nèi)绫?所示。正號(hào)為受拉，負(fù)號(hào)為受壓。

圖5 工作臺(tái)下方喉口應(yīng)力點(diǎn)分布

表2 各測(cè)點(diǎn)靜應(yīng)變

2.3 靜應(yīng)力換算值

根據(jù)胡克定律，對(duì)于承受單向拉伸或壓縮的情況，其應(yīng)力計(jì)算公式為

式中：ε——測(cè)得的應(yīng)變；

E——材料彈性模量，取E=210GPa。

通過(guò)計(jì)算可得壓力機(jī)在靜態(tài)載荷下的應(yīng)力值，如表3所示。正號(hào)為拉應(yīng)力，負(fù)號(hào)為壓應(yīng)力。

2.4 動(dòng)應(yīng)力測(cè)試

將鐵樁放在機(jī)床的滑塊和下模板之間，進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖壓測(cè)試，選取部分應(yīng)力較大的測(cè)點(diǎn)，測(cè)試其在動(dòng)態(tài)載荷下的應(yīng)力變化情況，根據(jù)讀取結(jié)果和動(dòng)應(yīng)力標(biāo)定值計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力如表4所示。其中鐵墩經(jīng)應(yīng)變片標(biāo)定，測(cè)得壓力機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試載荷為205t。

2.5 位移測(cè)試

表3 各測(cè)點(diǎn)靜應(yīng)力

表4 各測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力

將液壓加載器放在滑塊和下模板之間對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行加載，當(dāng)加載到250t后卸載，整個(gè)過(guò)程利用表式傳感器對(duì)滑塊和下模板表面進(jìn)行位移采集，得到從左到右各測(cè)點(diǎn)位移量分布如表5所示。

將鐵墩放在機(jī)床的滑塊和下模板之間，進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖壓測(cè)試，選取同樣測(cè)點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程利用表式傳感器對(duì)滑塊和下模板表面進(jìn)行位移采集，得到從左到右各測(cè)點(diǎn)位移量分布如表6所示，其中鐵墩經(jīng)應(yīng)變片標(biāo)定，測(cè)得壓力機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試載荷為210t。

表5 靜態(tài)加載時(shí)各測(cè)點(diǎn)變形量

表6 動(dòng)態(tài)時(shí)各測(cè)點(diǎn)變形量

3 結(jié)論

（1）由于機(jī)床結(jié)構(gòu)左右基本對(duì)稱，機(jī)床左右兩側(cè)測(cè)得的靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力基本一致。

（2）動(dòng)態(tài)載荷205t下的應(yīng)力值普遍比靜態(tài)載荷250t下的應(yīng)力數(shù)值大，動(dòng)態(tài)載荷210t下的位移值普遍比靜態(tài)載荷250t下的位移數(shù)值大，說(shuō)明機(jī)床精度不能完全依靠機(jī)床在靜態(tài)載荷下的剛度和剛度值決定，由于存在振動(dòng)等情況，動(dòng)態(tài)載荷下機(jī)床的精度評(píng)定更復(fù)雜，因素更多。

（3）機(jī)床喉口位置三塊鋼板，即中間為機(jī)身主板厚60mm，外側(cè)為外輔板厚40mm，內(nèi)側(cè)為內(nèi)輔板厚100mm。三塊板雖然都承受沖壓時(shí)機(jī)身的變形，但應(yīng)力存在差別，內(nèi)輔板應(yīng)力較小，外輔板和主板次之。

（4）機(jī)床動(dòng)態(tài)和靜態(tài)剛度強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果一方面反映機(jī)床的沖壓精度，另一方面為機(jī)床的有限元仿真分析提供參考依據(jù)。

[1] 王軍領(lǐng)，鄭 翔，吳 煥.圓柱滾子軸承動(dòng)靜態(tài)有限元分析[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，（2）：43-46.

[2] 王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生，等.組合式大型壓力機(jī)橫梁強(qiáng)度剛度分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2014，（6）：26-29.

[3] 王軍領(lǐng)，鄭 翔，姚菁琳.高速壓力機(jī)機(jī)身減振的研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013，（9）：72-76.

[4] 王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生.高速壓力機(jī)齒輪嚙合強(qiáng)度分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015，（3）：96-100.

[5]王軍領(lǐng).高速壓力機(jī)下死點(diǎn)重復(fù)精度分析與控制研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2012：9-27.

[6]王軍領(lǐng)，詹俊勇，仲太生.傳動(dòng)間隙對(duì)高速壓力機(jī)下死點(diǎn)重復(fù)精度影響分析與測(cè)試[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，（3）：19-22.

Test analysis of strength and rigidity for mechanical press

WANG Junling,ZHAN Junyong,ZHONG Taisheng,LUO Suping
（Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The test of static and dynamic strength and rigidity has been conducted to the single-point press by use of special instrument.The stress distribution of press frame has been tested under 250 tons of static load through hydraulic loader.Then dynamic stress distribution has been tested under 210 tons of dynamic load through the iron block calibrated by strain gauge.Finally the displacement of slider's and lower plate's surface has been collected respectivelyunder 250 tons static load and205 tons dynamic load through table type sensor.The text results can not only validate the accuracy of press,but also provide reference for the finite element simulation analysis in the future.

Strength and rigidity;Static load;Dynamic load;Dynamic stress;Displacement test

TG315.5

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.02.001

1672-0121（2017）02-0006-03

2017-01-20；

2017-02-28

王軍領(lǐng)（1985-），男，工程師，碩士，從事機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)化設(shè)計(jì)等研究。E-mail：w756251@163.com