CN108380804A - 一种锻造液压机的机械变形补偿控制方法 - Google Patents
一种锻造液压机的机械变形补偿控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种锻造液压机的机械变形补偿控制方法，其特征在于：其工作流程1)首先输入信号控制伺服阀开口度使压机活动横梁快速下行；2)接触锻件后转为工进，机架受中心力或偏载力产生变形；3)粘贴在机架上的应力应变片在机架变形时受应力变化，应变片的电阻值发生变化，测得的变化的电信号并反馈到系统；4)将反馈信号进行比较并与位移传感器测量值进行计算，得出工件的实际尺寸，具体计算方法下面给出；5)当完成一次锻造之后，活动横梁回程回到指定位置；6)系统停止或返回第一步进行第二次锻造。本发明改善了传统控制方法的不足，充分考虑了锻造液压机在偏载工况下的机械本体在锻造过程中受力变形这一因素的影响，提高了锻件的锻造精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种锻造液压机的精度控制方法，具体涉及关于液压机在偏载工况下的机械变形补偿控制方法。
背景技术
锻造液压机是重型机械中的关键设备之一，在机械制造业中占有举足轻重的地位。随着科技的不断进步和锻造行业的迅猛发展，人们对锻件的锻造精度提出了更高的要求。而现有的锻造液压机的控制策略大多为对系统的控制，对锻件的精度控制也止步于对执行元件液压缸的控制，并没有精确到砧板的位置，未对锻件的尺寸进行直接测量，没有考虑到偏载工况下锻造液压机机械本体变形对锻件锻造精度的影响，而锻造液压机在工作过程中大多存在偏载情况，锻件的实际尺寸与控制精度之间存在着一定的误差。所以针对锻造液压机机械本体的变形对锻件精度的影响而提出一种新的控制方法。
发明内容
本发明所采用的技术方案：
其方法在于使用应力应变片将机械结构变形所产生的应力变形通过应力应变片转化为电信号，反馈到控制系统，通过计算，补偿传感器测量值的差值，从而提高锻件的锻造精度。产生变形情况：锻造液压机在工作过程中，砧板接触锻件加压之后，锻件在变形的过程中产生变形反力，分别作用于上下砧板；主缸在驱动活动横梁的同时也受到活动横梁给予的反作用力，同时作用于上横梁和活动横梁；当锻件受力中心偏离砧板中心的情况下锻造液压机在接触锻件时产生偏载，在此情况下活动横梁除了发生弯曲变形之外还会产生偏转；以上的各种情况除了会让三个横梁产生变形之外同时还会将力施加在立柱上，使立柱受力变形，变形情况有弹性变形、弯曲变形和倾斜等。以上机架的各种变形都会对压机的锻造精度产生影响。
经对机械本体进行有限元分析可知：三个横梁在锻造液压机对锻件进行锻造的时候受力变形很小，可以忽略不计，所以在进行设计的时候只需要考虑活动活动横梁受偏载力时的偏转和立柱的受力变形以及倾斜。
立柱的应变片粘贴方法：立柱承受弯矩及轴力作用。要测定立柱的弯曲应变，可在立柱的受拉、受压两侧表面均布粘贴若干应变片。活动横梁的应力应变片粘贴方法：活动横梁存在偏转，所以需要在砧板侧面粘贴应变片组，来测量砧板的受力点(即偏载时的偏心距)。立柱、活动横梁在锻造液压机工作时受力变形，应力应变片将机械本体变形所产生的应力变形通过应力应变片转化为电信号，反馈到控制系统，通过计算，补偿传感器测量值的差值，得出砧板的实际位置信号，补偿液压机机械本体的变形对锻件尺寸的影响，提高锻件的锻造精度。
其工作流程：
1)首先输入信号控制伺服阀开口度使压机活动横梁快速下行；
2)接触锻件后转为工进，机架受中心力或偏载力产生变形；
3)粘贴在机架上的应力应变片在机架变形时受应力变化，应变片的电阻值发生变化，测得变化的电信号并反馈到系统；
4)将反馈信号进行比较并与位移传感器测量值进行计算，得出工件的实际尺寸，具体计算方法下面给出；
5)当完成一次锻造之后，活动横梁回程回到指定位置；
6)系统停止或返回第一步进行第二次锻造。
锻造液压机在工作受力过程中工件实际尺寸的计算方法：
其中，z为位移传感器测量值在立柱方向上的投影，
h为立柱原长，Δh为立柱受力后沿着立柱轴线方向的变形量；
h+Δh为立柱在受力后沿轴线方向上的长度；
F为活动横梁对立柱的作用力，可由应力应变片测量计算求得；
EI为立柱的弯曲刚度，简化立柱，可通过有限元分析求得。
根据立柱的应力应变关系，得到
FN＝σA＝εEA
其中，σ为立柱横截面均布正应力；
E为立柱材料的弹性模量；
ε为在应力方向上产生的应变；
A为立柱横截面积；
FN为立柱所受轴力；
Δh为立柱受力后沿着立柱轴线方向的变形量。
锻造液压机在锻造过程中位移传感器测量值与真实位移之间关系的计算公式：
其中，h为立柱高度，Δh为立柱变形量；
y为位移传感器测量值；
k为位移传感器测量值向垂直方向的投影的修正系数，
b为两立柱间中心距；
a为偏载时的偏心距，可由应变片测得；
θ为立柱中心线与水平面的夹角，
α为活动横梁因受偏载力而引起旋转时的转角，
其中，Δh1、Δh2分别为偏载侧和非偏载侧立柱变形量；
ω为立柱受力弯曲变形的挠度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：改善了传统控制方法的不足，充分考虑了锻造液压机在偏载工况下的机械本体在锻造过程中受力变形这一因素的影响，提高了锻件的锻造精度。
附图说明
图1为锻造液压机平面结构简图。
图2为简化的锻造液压机工作过程中机械本体受力变形情况。
图中z为位移传感器测量值在立柱方向上的投影；y为位移传感器测量值；b为两立柱间中心距；a为偏载时的偏心距；θ为立柱中心线与水平面的夹角，α为活动横梁因受偏载力而引起旋转时的转角。图中分析点是锻造液压机在工作过程中机架受力变形的普遍点之一，具有代表性。
图3为锻造液压机控制方法图，控制算法由说明书内容给出。
具体实施方式
在图1、图2和图3所示的本发明的示意简图中，
本发明所采用的技术方案：
其方法在于使用应力应变片将机械结构变形所产生的应力变形通过应力应变片转化为电信号，反馈到控制系统，通过计算，补偿传感器测量值的差值，从而提高锻件的锻造精度。产生变形情况：锻造液压机在工作过程中，砧板接触锻件加压之后，锻件在变形的过程中产生变形反力，分别作用于上下砧板；主缸在驱动活动横梁的同时也受到活动横梁给予的反作用力，同时作用于上横梁和活动横梁；当锻件受力中心偏离砧板中心的情况下锻造液压机在接触锻件时产生偏载，在此情况下活动横梁除了发生弯曲变形之外还会产生偏转；以上的各种情况除了会让三个横梁产生变形之外同时还会将力施加在立柱上，使立柱受力变形，变形情况有弹性变形、弯曲变形和倾斜等。以上机架的各种变形都会对压机的锻造精度产生影响。
经对机械本体进行有限元分析可知：三个横梁在锻造液压机对锻件进行锻造的时候受力变形很小，可以忽略不计，所以在进行设计的时候只需要考虑活动活动横梁受偏载力时的偏转和立柱的受力变形以及倾斜。
立柱的应变片粘贴方法：立柱承受弯矩及轴力作用。要测定立柱的弯曲应变，可在立柱的受拉、受压两侧表面均布粘贴若干应变片。活动横梁的应力应变片粘贴方法：活动横梁存在偏转，所以需要在砧板侧面粘贴应变片组，来测量砧板的受力点(即偏载时的偏心距)。立柱、活动横梁在锻造液压机工作时受力变形，应力应变片将机械本体变形所产生的应力变形通过应力应变片转化为电信号，反馈到控制系统，通过计算，补偿传感器测量值的差值，得出砧板的实际位置信号，补偿液压机机械本体的变形对锻件尺寸的影响，提高锻件的锻造精度。
其工作流程：
1)首先输入信号控制伺服阀开口度使压机活动横梁快速下行；
2)接触锻件后转为工进，机架受中心力或偏载力产生变形；
3)粘贴在机架上的应力应变片在机架变形时受应力变化，应变片的电阻值发生变化，测得的变化的电信号并反馈到系统；
4)将反馈信号进行比较并与位移传感器测量值进行计算，得出工件的实际尺寸，具体计算方法下面给出；
5)当完成一次锻造之后，活动横梁回程回到指定位置；
6)系统停止或返回第一步进行第二次锻造。
锻造液压机在工作受力过程中工件实际尺寸的计算方法：
其中，z为位移传感器测量值在立柱方向上的投影，
h为立柱原长，Δh为立柱受力后沿着立柱轴线方向的变形量；
h+Δh为立柱在受力后沿轴线方向上的长度；
F为活动横梁对立柱的作用力，可由应力应变片测量计算求得；
EI为立柱的弯曲刚度，简化立柱，可通过有限元分析求得。
根据立柱的应力应变关系，得到
FN＝σA＝εEA
其中，σ为立柱横截面均布正应力；
E为立柱材料的弹性模量；
ε为在应力方向上产生的应变；
A为立柱横截面积；
FN为立柱所受轴力；
Δh为立柱受力后沿着立柱轴线方向的变形量。
锻造液压机在锻造过程中位移传感器测量值与真实位移之间关系的计算公式：
其中，h为立柱高度，Δh为立柱变形量；
y为位移传感器测量值；
k为位移传感器测量值向垂直方向的投影的修正系数，
b为两立柱间中心距；
a为偏载时的偏心距，可由应变片测得；
θ为立柱中心线与水平面的夹角，
α为活动横梁因受偏载力而引起旋转时的转角，
其中，Δh1、Δh2分别为偏载侧和非偏载侧立柱变形量；
ω为立柱受力弯曲变形的挠度。
Claims (3)
1.一种锻造液压机的机械变形补偿控制方法，其特征在于：其工作流程：
1)首先输入信号控制伺服阀开口度使压机活动横梁快速下行；
2)接触锻件后转为工进，机架受中心力或偏载力产生变形；
3)粘贴在机架上的应力应变片在机架变形时受应力变化，应变片的电阻值发生变化，测得的变化的电信号并反馈到系统；
4)将反馈信号进行比较并与位移传感器测量值进行计算，得出工件的实际尺寸，具体计算方法下面给出；
5)当完成一次锻造之后，活动横梁回程回到指定位置；
6)系统停止或返回第一步进行第二次锻造。
2.根据权利要求1所述的锻造液压机在工作受力过程中工件实际尺寸的计算方法，其特征在于：
其中，z为位移传感器测量值在立柱方向上的投影，
h为立柱原长，Δh为立柱受力后沿着立柱轴线方向的变形量；
h+Δh为立柱在受力后沿轴线方向上的长度；
F为活动横梁对立柱的作用力；
EI为立柱的弯曲刚度，简化立柱，可通过有限元分析求得，
根据立柱的应力应变关系，得到
FN＝σA＝εEA
其中，σ为立柱横截面均布正应力；
E为立柱材料的弹性模量；
ε为在应力方向上产生的应变；
A为立柱横截面积；
FN为立柱所受轴力；
Δh为立柱受力后沿着立柱轴线方向的变形量。
3.根据权利要求1所述的锻造液压机在工作受力过程中工件实际尺寸的计算方法，其特征在于：锻造液压机在锻造过程中位移传感器测量值与真实位移之间关系的计算公式：
其中，h为立柱高度，Δh为立柱变形量；
y为位移传感器测量值；
k为位移传感器测量值向垂直方向的投影的修正系数，
b为两立柱间中心距；
a为偏载时的偏心距，可由应变片测得；
θ为立柱中心线与水平面的夹角，
α为活动横梁因受偏载力而引起旋转时的转角，
其中，Δh1、Δh2分别为偏载侧和非偏载侧立柱变形量；
ω为立柱受力弯曲变形的挠度。
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