劉 強(qiáng)，叢培信

（1.榮成市科技創(chuàng)新發(fā)展中心，山東 榮成 264300；2.榮成華東鍛壓機(jī)床股份有限公司，山東 榮成 264300)

0 引言

機(jī)械壓力機(jī)是一種常見(jiàn)的冷沖壓設(shè)備，它主要通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成滑塊的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各個(gè)機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過(guò)銅瓦構(gòu)成滑動(dòng)摩擦副，銅瓦內(nèi)孔圓柱面上沿圓周位置設(shè)有多條潤(rùn)滑油槽，通過(guò)油管與電動(dòng)油脂潤(rùn)滑泵及定量分配器相通，按照PLC 控制器設(shè)定時(shí)間自動(dòng)間歇供油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑不良時(shí)，導(dǎo)致銅瓦快速磨損而損壞，只能被迫停機(jī)或維修更換[1]。

隨著制造業(yè)快速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，提高產(chǎn)品精度、質(zhì)量、生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)銅瓦的使用壽命已成為企業(yè)采購(gòu)設(shè)備的優(yōu)先選擇。而機(jī)械壓力機(jī)實(shí)現(xiàn)高速、精密、綠色環(huán)保的智能自動(dòng)化線(xiàn)是技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。為此，偏心式機(jī)械壓力機(jī)銅瓦磨損或損壞已成為高速精密機(jī)械壓力機(jī)及智能化生產(chǎn)線(xiàn)性能提升亟待解決的問(wèn)題[2]。

現(xiàn)有技術(shù)均無(wú)法從根本上解決偏心體、連桿銅瓦在高速旋轉(zhuǎn)潤(rùn)滑不良情況下致其發(fā)熱持續(xù)溫升，造成銅瓦磨損而損壞的問(wèn)題。無(wú)法滿(mǎn)足高速機(jī)械壓力機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的精密、高效和安全的要求[3]。

本文所研究的連桿復(fù)合套瓦結(jié)構(gòu)，避免了連桿體及連桿復(fù)合套瓦裝配結(jié)合面不良和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)等情況的發(fā)生，通過(guò)檢測(cè)連桿復(fù)合套瓦的溫度，PLC 自動(dòng)控制潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑油供給頻率、油量，有效控制連桿復(fù)合套瓦溫度保持在正常工作區(qū)間，避免了偏心體高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因溫度過(guò)高造成的連桿復(fù)合套瓦快速磨損或損壞現(xiàn)象發(fā)生，通過(guò)偏心體旋轉(zhuǎn)將潤(rùn)滑油帶入連桿復(fù)合套瓦的楔形油腔，形成動(dòng)壓油楔剛性油膜，減少了偏心體和連桿復(fù)合套瓦表面間的摩擦阻力，使連桿復(fù)合套瓦表面磨損大大降低。

通過(guò)改變偏心體瓦潤(rùn)滑油腔布置位置結(jié)構(gòu)和油腔形狀，最大限度減少偏心體瓦摩擦熱量產(chǎn)生，且保證了偏心體運(yùn)行到下死點(diǎn)時(shí)其瓦受力面滿(mǎn)足重載荷沖擊力強(qiáng)度。另外，偏心體瓦與芯軸長(zhǎng)時(shí)間快速持續(xù)相對(duì)旋轉(zhuǎn)發(fā)熱，通過(guò)增加偏心體散熱技術(shù)結(jié)構(gòu)，溫度檢測(cè)及PLC 自動(dòng)控制風(fēng)冷機(jī)調(diào)整風(fēng)流速和溫度，保證軸瓦溫度在正常工作區(qū)間，減小偏心體瓦和芯軸的間隙，提高設(shè)備精度，避免了偏心體高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因溫升過(guò)高造成的偏心體瓦快速磨損或研傷安全事故發(fā)生。

1 傳統(tǒng)連桿銅瓦結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有機(jī)械壓力機(jī)偏心體和連桿間靠連桿銅瓦連接，如圖1 所示。連桿銅瓦2 與連桿1 通過(guò)工藝?yán)溲b后用銅銷(xiāo)釘3 固定，連桿銅瓦內(nèi)孔圓柱面上沿圓周位置設(shè)有多條潤(rùn)滑油槽，連桿銅瓦內(nèi)孔潤(rùn)滑油槽內(nèi)設(shè)置來(lái)油孔，通過(guò)油管與電動(dòng)油脂潤(rùn)滑泵及定量分配器相通，按照PLC 控制器設(shè)定時(shí)間自動(dòng)間歇供油潤(rùn)滑。偏心體旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連桿銅瓦轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)連桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖1 傳統(tǒng)連桿銅瓦結(jié)構(gòu)

當(dāng)偏心體轉(zhuǎn)速或壓力機(jī)性能要求不高時(shí)，靠連桿與連桿銅瓦的銅銷(xiāo)釘固定方式基本可以滿(mǎn)足要求，但是轉(zhuǎn)速較高時(shí)銅銷(xiāo)釘在受旋轉(zhuǎn)摩擦力和運(yùn)動(dòng)沖擊下存在被剪斷和損壞問(wèn)題。

產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因是：一方面偏心體、連桿銅瓦之間為滑動(dòng)摩擦副，潤(rùn)滑不良時(shí)，偏心體長(zhǎng)時(shí)間快速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)摩擦發(fā)熱，與連桿銅瓦之間的間隙減小，連桿銅瓦的磨損加劇，導(dǎo)致連桿與連桿銅瓦處銷(xiāo)釘配合間隙變大，使連桿與連桿銅瓦發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；另一方面，連桿、連桿銅瓦材料硬度不同，熱膨脹系數(shù)也有差異，采用銅銷(xiāo)釘固定方式，銅銷(xiāo)釘接合接觸面積小，連桿銅瓦外圓比連桿材質(zhì)強(qiáng)度低，容易導(dǎo)致連桿銅瓦側(cè)銅銷(xiāo)釘配合孔變大而斷銷(xiāo)，連桿銅瓦相對(duì)連桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)潤(rùn)滑孔減小或堵塞，更加嚴(yán)重影響潤(rùn)滑，導(dǎo)致連桿銅瓦快速磨損而損壞，只能被迫停機(jī)或維修更換。即便通過(guò)開(kāi)工字型潤(rùn)滑油溝槽和環(huán)油槽，通過(guò)循環(huán)供油來(lái)降低偏心體與連桿銅瓦的摩擦系數(shù)，如持續(xù)大量供油會(huì)造成資源浪費(fèi)，不僅污染環(huán)境，也給工人清理造成較大工作量。

此外，連桿、連桿銅瓦采用液氮冷過(guò)盈配合裝配，不僅裝配周期加長(zhǎng)，制造成本提高，而且液氮冷裝工藝操作要求高，存在較大危險(xiǎn)性，無(wú)法滿(mǎn)足高速機(jī)械壓力機(jī)及自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的精密、高效和安全的要求。

2 連桿復(fù)合套瓦裝置

為了解決傳統(tǒng)連桿銅瓦存在的問(wèn)題，本文采用了連桿復(fù)合套瓦結(jié)構(gòu)，連桿復(fù)合套瓦內(nèi)部中間處圓柱內(nèi)孔面沿軸向、徑向方向開(kāi)若干個(gè)凹槽，如圖2 所示。通過(guò)離心澆鑄工藝，將液態(tài)金屬銅在離心力的作用下充填套內(nèi)，構(gòu)成連桿復(fù)合套瓦，如圖3 所示。

圖2 離心澆注前-連桿復(fù)合套瓦剖視示意圖

圖3 離心澆注后-連桿復(fù)合套瓦剖視示意圖

由于連桿體與連桿復(fù)合套瓦外圓接觸面是同種材料，所以在組織性能、材料硬度和熱膨脹系數(shù)方面完全相同。

連桿復(fù)合套瓦內(nèi)孔圓周方向均勻?qū)ΨQ(chēng)設(shè)有多處油腔，油腔位置設(shè)置在遠(yuǎn)離連桿體的上下死點(diǎn)處。油腔內(nèi)設(shè)有來(lái)油孔，油腔內(nèi)部為凹面階梯楔型，油腔內(nèi)的斜面從低向高與偏心體正旋轉(zhuǎn)方向一致。在偏心體和連桿復(fù)合套瓦的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑油從油腔深處流向油腔淺出，形成油楔。當(dāng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速提高，帶動(dòng)偏心體旋轉(zhuǎn)加快，進(jìn)入階梯楔形油腔的潤(rùn)滑油就形成剛性油膜。油膜壓力可以將偏心體與連桿復(fù)合套瓦分離，依靠油膜壓力和潤(rùn)滑使偏心體和連桿復(fù)合套瓦在非接觸的情況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。將固體間的外摩擦轉(zhuǎn)化為液體的內(nèi)摩擦，使偏心體和連桿復(fù)合套瓦間的摩擦阻力減小，使連桿復(fù)合套瓦磨損降低。

3 連桿復(fù)合套瓦智能溫控裝置

連桿復(fù)合套瓦智能溫控裝置包括連桿體、連桿復(fù)合套瓦、溫度傳感器、鉤頭型楔鍵、六角頭螺栓、潤(rùn)滑系統(tǒng)、PLC 控制器等，如圖4、圖5 所示。

圖4 連桿銅瓦溫控裝置

圖5 連桿銅瓦溫控裝置剖視圖

連桿復(fù)合套瓦通過(guò)連桿體內(nèi)孔凸臺(tái)階和過(guò)渡配合加對(duì)稱(chēng)設(shè)置的鉤頭型楔鍵安裝在連桿體雙側(cè)孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)連桿體和連桿復(fù)合套瓦軸向定位，如圖6 所示，鉤頭型楔鍵外平面與連桿體、連桿復(fù)合套瓦側(cè)面對(duì)齊，六角頭螺栓沉入鉤頭型楔鍵內(nèi)，對(duì)連桿體、連桿復(fù)合套瓦相對(duì)位置進(jìn)行圓周方向及軸向定位。連桿復(fù)合套瓦孔內(nèi)圓周方向遠(yuǎn)離上下死點(diǎn)處均勻?qū)ΨQ(chēng)設(shè)有多處油腔，連桿體、連桿復(fù)合套瓦隨傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)偏心體轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連桿體的上下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖6 連桿復(fù)合銅瓦固定圖

連桿體上設(shè)有溫度傳感器，如圖7 所示，時(shí)時(shí)監(jiān)控與檢測(cè)偏心體高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連桿復(fù)合套瓦發(fā)熱溫度變化數(shù)值，溫度傳感器一端接觸連桿復(fù)合套瓦外表面，一端連接PLC 控制器。

圖7 連桿復(fù)合銅瓦測(cè)溫裝置

當(dāng)溫度傳感器測(cè)量連桿復(fù)合套瓦溫度達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，PLC 控制器發(fā)出信號(hào)控制電磁閥開(kāi)始啟動(dòng)，電動(dòng)油脂潤(rùn)滑泵連續(xù)工作，連桿復(fù)合套瓦潤(rùn)滑點(diǎn)連續(xù)供油，潤(rùn)滑油孔如圖8 所示。溫度降低到正常數(shù)值時(shí)，PLC 控制器發(fā)出信號(hào)控制電磁閥，電動(dòng)油脂潤(rùn)滑泵恢復(fù)按正常工作程序繼續(xù)正常間歇供油潤(rùn)滑。

圖8 連桿潤(rùn)滑油孔

4 偏心體瓦智能溫控裝置

機(jī)械壓力機(jī)偏心體瓦智能控溫裝置包括偏心體、偏心體瓦、芯軸、偏心體瓦內(nèi)孔油腔、溫度檢測(cè)、冷卻系統(tǒng)等，如圖9 所示，5 為第一接頭、6 為芯軸、7為偏心體瓦、8 為偏心體、9 為第一潤(rùn)滑管、10 為第二潤(rùn)滑管、11 為進(jìn)氣環(huán)、12 為密封圈、13 為第二接頭、14 為端蓋。

圖9 偏心體瓦智能溫控裝置

4.1 溫度傳感器

如圖10 所示，偏心體8 向外側(cè)遠(yuǎn)離齒輪中心位置上設(shè)有無(wú)線(xiàn)溫度傳感器15 檢測(cè)裝置，直接檢測(cè)偏心體8 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)偏心體瓦7 發(fā)熱源溫升變化，并將檢測(cè)溫度數(shù)值及時(shí)、準(zhǔn)確傳送給PLC。

圖10 無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

4.2 偏心體結(jié)構(gòu)

滑塊運(yùn)動(dòng)接近下死點(diǎn)處靠近偏心的一側(cè)受重載沖擊作用的摩擦面比壓最高，滑動(dòng)摩擦力最大，潤(rùn)滑又不夠充分，偏心體瓦局部是快速溫升發(fā)熱根源，改變偏心體瓦潤(rùn)滑油腔布置位置結(jié)構(gòu)和油腔形狀，從源頭定位治理，最大限度減少偏心體瓦摩擦熱量產(chǎn)生，且保證了偏心體運(yùn)行到下死點(diǎn)時(shí)其瓦受力面滿(mǎn)足重載荷沖擊力強(qiáng)度。

芯軸6 兩端裝在上橫梁孔內(nèi)，芯軸6 一端設(shè)有軸臺(tái)，簡(jiǎn)化裝配工藝，并且通過(guò)圓柱銷(xiāo)17 固定在上橫梁1 側(cè)部上，另一端設(shè)有端蓋14 及調(diào)整墊16，通過(guò)帶孔六角頭螺栓18 和圓柱銷(xiāo)17 將端蓋14 等固定在芯軸6 和上橫梁1 側(cè)部上，并且都用鐵絲做防松處理，如圖11 所示。

圖11 芯軸端蓋結(jié)構(gòu)

如圖12、13、14 所示，偏心體瓦7 向外側(cè)偏離齒輪中心位置的部位（A 點(diǎn)標(biāo)記附近）是機(jī)械壓力機(jī)工作狀態(tài)受沖擊載荷最大，摩擦比壓最大，摩擦的主要發(fā)熱源。

圖12 偏心體結(jié)構(gòu)

圖13 偏心體剖視圖

圖14 偏心體剖視圖

偏心體8 內(nèi)孔設(shè)有回形槽及螺旋槽作為通風(fēng)槽，回形槽分布在偏心體8 中部，向外側(cè)遠(yuǎn)離齒輪中心位置（A 點(diǎn)標(biāo)記附近）上，螺旋槽分布在回形槽兩側(cè)，形成完整的回路，這樣散熱更直接、更快速，效果最佳；通風(fēng)槽一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣孔與進(jìn)氣環(huán)11 連接，另一側(cè)直接將空氣排出。

如圖9 所示，偏心體8 遠(yuǎn)離齒輪一側(cè)外圓上還設(shè)有進(jìn)氣環(huán)11 與偏心體8 偏離齒輪中心一側(cè)進(jìn)氣孔相通，進(jìn)氣環(huán)11 通過(guò)螺釘及墊圈固定于上橫梁1內(nèi)壁，進(jìn)氣環(huán)11 內(nèi)孔設(shè)有環(huán)形進(jìn)氣槽，環(huán)形進(jìn)氣槽兩側(cè)設(shè)有密封圈12 防止漏氣，進(jìn)氣環(huán)11 一端通過(guò)進(jìn)氣管3 與風(fēng)冷機(jī)4 連接，風(fēng)冷機(jī)4 通過(guò)PLC 控制持續(xù)為偏心體8 輸送冷氣。

偏心體瓦與芯軸長(zhǎng)時(shí)間快速持續(xù)相對(duì)旋轉(zhuǎn)發(fā)熱，通過(guò)增加偏心體散熱技術(shù)結(jié)構(gòu)，溫度檢測(cè)及PLC 自動(dòng)控制風(fēng)冷機(jī)調(diào)整風(fēng)流速和溫度，保證軸瓦溫度在正常工作區(qū)間，減小偏心體瓦和芯軸的間隙，提高設(shè)備精度，避免了偏心體高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因溫升過(guò)高造成的偏心體瓦快速磨損或研傷安全事故發(fā)生。

4.3 偏心體瓦結(jié)構(gòu)

如圖9 所示，上橫梁設(shè)有分油器，分別通過(guò)第一潤(rùn)滑管9、第二潤(rùn)滑管10 連接芯軸6 兩端的第一接頭5、第二接頭13 給偏心體瓦7 連續(xù)供油，芯軸6 中部?jī)蓚?cè)分別設(shè)有進(jìn)油孔與偏心體瓦7 相通，偏心體瓦7 隨偏心體8 繞芯軸6 旋轉(zhuǎn)，并按照公稱(chēng)力行程理論計(jì)算其偏角，提前增加供油改善潤(rùn)滑的思路，在其旋轉(zhuǎn)方向上提前一定偏角開(kāi)始設(shè)有若干楔形油腔，根據(jù)流體力學(xué)原理，油腔會(huì)儲(chǔ)存一定量潤(rùn)滑油，并且潤(rùn)滑油會(huì)在偏心體瓦7 高速旋轉(zhuǎn)內(nèi)表層覆蓋一層油膜，從而給予偏心體瓦7 更充分的潤(rùn)滑。

如圖15、16、17 所示，楔形油腔采用不均勻分布，偏心體8 向外側(cè)遠(yuǎn)離齒輪中心位置偏心體瓦7（A 點(diǎn)標(biāo)記附近）處比壓最大，發(fā)熱根源，為確保偏心體瓦7 比壓最大摩擦處提供更充分的潤(rùn)滑，設(shè)置油腔較密集，最大限度減少摩擦發(fā)熱源熱量產(chǎn)生。且設(shè)置偏心體瓦7 油腔位置與偏心體8 遠(yuǎn)離齒輪一側(cè)中心線(xiàn)位置錯(cuò)開(kāi)一定角度（A 點(diǎn)標(biāo)記對(duì)齊），保證了偏心體8 運(yùn)行到下死點(diǎn)時(shí)其瓦受力面滿(mǎn)足重載荷沖擊力的要求。

圖15 偏心體瓦圖

圖16 偏心體瓦剖視圖

圖17 偏心體瓦油溝放大圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)連桿復(fù)合套瓦和偏心體瓦的獨(dú)特技術(shù)結(jié)構(gòu)，減少了連桿套瓦和偏心體瓦表面間的摩擦阻力，使磨損大大降低。具有結(jié)構(gòu)獨(dú)特，安全可靠、高效、綠色環(huán)保、智能測(cè)控等優(yōu)點(diǎn)，提高了機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)行速度、精度和智能自動(dòng)化，延長(zhǎng)了銅瓦的使用壽命，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到機(jī)械壓力機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)溫度智能化自動(dòng)測(cè)量控制的效果。