CN114454547A - 一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，包括压机的上梁、活动梁、下梁、底梁、主油缸、调平油缸、柔性下模具、二级双作用导柱和液压驱动型机锁机构，四根二级双作用导柱穿过上梁、活动梁和下梁，液压驱动型机锁机构安装于上梁和活动梁间，下模具安装在下梁上。本发明通过采用柔性下模具和相应负载模拟方法，实现对不同外负载工况的模拟；通过设置特殊尺寸的二级双作用导柱结构，实现对活动梁的运动导向以及突显压机实验台架的调平控制效果；通过仅使用一个主油缸完成对活动梁的下压和回程驱动，保证运动控制精度的同时降低了硬件成本；通过采用液压驱动型机锁结构，实现活动梁在初始位的机械自锁，提高台架的实用性。

Description

一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法

技术领域：

本发明涉及材料模压成型技术领域，具体涉及一种用于测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法。

背景技术：

目前，各种材料制品的成型方法主要包括缠绕成型、拉挤成型以及模压成型等，其中模压成型的方法应用最为广泛，在实际的模压成型过程中，由于压机活动梁会受到液压缸和导轨摩擦力的影响，存在一定的初始水平偏差；而在后续的材料压制过程中，因异形模具和材料的布料不均，活动梁受到一个与加载力不共线的负载力，从而形成倾覆力矩，造成活动梁出现水平偏差，最终导致整个制品成型精度的下降；解决上述问题的一个有效途径是给活动梁增加一个辅助的四角调平系统，即在活动梁因偏载力而出现倾斜时能给活动梁提供一个辅助调平力，使活动梁恢复水平状态，增大获得高质量制件的几率，同时也能一定程度提高压机的使用寿命。

由于对材料模压质量及精度的高要求，现阶段基本通过采用各种调平控制方法进行改善，缺少对压机本身装置的研究，然而，由于压机整机系统非常庞杂，活动梁笨重，实验环境相对复杂，从而无法保证实验过程的安全可靠，因此，设计制造小型精简的实验用压机来模拟实际压机是大型复杂压机实验研究的发展趋势。

目前，对复合材料压机的研究主要围绕调平系统实验和对接系统实验两方面展开：1、在调平系统实验方面：被动式调平系统依靠四个调平液压缸的同步位置闭环控制，不断调整四缸之间的位置偏差，保证活动梁尽可能地处于一个水平面上；2. 在对接过程实验方面：主要包括活动梁平稳下落和调平缸柔性对接性能的优化控制（如参考专利202110181519.4）。

现有专利的实验台架有助于模拟复合材料压制及调平过程，提高复合材料压机被动式四角调平系统实验的真实性和可靠性，但仍存在一些不足，主要表现为：

1、现有的复合材料压机实验台架中的上下模具过于简单，不能适应不同形状压制件下的负载变化实验研究。实际复合材料压机在压制胚料的过程中，由于坯料具有流动性，将对活动梁及上模具产生变负载力作用，进而使得活动梁偏斜，考虑到因流动性胚料带来的外负载是影响压机四角调平精度的重要因素，因此，对流动性胚料的负载模拟是压机实验台架不可或缺的功能。然而现有的压机试验台模具要么过于简单，只以单一方形型腔作为研究对象，要么是针对某一特定压制件形状制作专用的型腔，往往成本过高，且也无法有效限制物料的流动方向，对负载位置不能把控，不利于柔性实验研究。

2、现有的复合材料压机实验台架无法有效模拟调平过程，并凸显出调平控制效果。复合材料压机在压制过程中，由于存在压机机械误差、压制品形状复杂不对称、模具温度不均匀等各种因素，导致活动梁在下压过程中产生倾斜，控制调平系统中的四个调平油缸使活动梁从倾斜状态回归水平，从而实现调平控制。因此，需要压机实验台架具备能模拟活动梁倾斜的特点，以及利于调平系统对活动梁进行调平的作用。而现有的复合材料压机实验台架在设计过程中仅考虑加装被动式四角调平系统，忽视了对压机活动梁倾斜状态的模拟，也不能突出调平系统对活动梁的调平控制效果，导致其实验研究的调平控制策略无法高效用于实际压机中。

3、现有压机实验台架中的机锁结构直接参照实际压机中的气动机锁机构，实际压机对于活动梁的锁止是通过位于滑动导轨侧面的一整套气动机械锁结构来实现，由于气动驱动存在驱动力小的缺点，为弥补这一弊端，采用的自锁机构在机械结构的设计上更加复杂，以确保机锁功能的可靠性。而在压机实验台架中采用该结构，会存在机械结构设计复杂、加工难度大、需要额外使用空气泵、成本高等问题。

4、现有压机实验台架在执行元件的布置上也参照实际压机，采用双柱塞缸作为加压缸同时驱动活动梁下行，并用另一对柱塞缸作为回程缸实现活动梁的上行，使得实验台架过于冗余，也不利于活动梁倾斜状态的凸显。实际压机采用双缸加压下行和双缸回程上行的结构有两方面原因，一方面是使得活动梁的压制力足够大以保证产品质量，另一方面是用双缸与活动梁的连接相当于增加了活动梁的约束，有利于确保活动梁的水平。但是对用于测试四角调平控制性能的实验台架而言，保证足够的压制力并非关注点，而对活动梁的约束也不利于调平控制性能的体现。此外，采用双缸结构的前提是两个油缸的加工误差不能相差太多，造成加工难度大、成本高的后果。

发明内容：

基于上述问题，本发明的目的在于提出一种用于测试复合材料压机四角调平性能的实验台架，本发明通过采用柔性下模具和相应负载模拟方法，实现对不同外负载工况的模拟。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：包括压机的上梁、活动梁、下梁、主油缸、调平油缸、柔性下模具、二级双作用导柱、液压驱动型机锁机构和导向铜套，所述二级双作用导柱穿过所述上梁、活动梁和下梁，所述上梁和下梁通过圆螺母锁定在所述二级双作用导柱上、下两端，所述导向铜套滑动套装在所述二级双作用导柱上，且与活动梁固定连接，主油缸固定在上梁的中心孔内，主油缸的伸缩杆下端部与活动梁上表面固定连接，所述活动梁在铜套的导向作用和主油缸的驱动作用下沿所述二级双作用导柱上下运动，所述活动梁的下表面和下梁的上表面分别设有上模具、柔性下模具，所述柔性下模具内部由多个小方形块组成，可按不同的方法自由抽离内部方形块并填充坯料，进而模拟不同情况的负载工况，所述调平缸安装在所述下梁四个角落，其活塞杆伸出时能正好和活动梁四角接触，在压制过程中能够对活动梁进行调平。

进一步的，所述柔性下模具由可拆卸边框、小方形块、下模具底块组成，单个小方形块的尺寸为a*b*c（mm），所述柔性下模具内部由多个小方形块规则排列而成，外部由可拆卸边框中的固定边和活动边组成，固定边将小方块框住后通过活动边进行螺栓紧固；此外，当需要对小方块进行新的规则调整时，活动边可解除对小方块的位置限制，便于小方块的插入及取出。

进一步的，所述柔性下模的下模具底块具有和小方块尺寸相一致的刻度线，便于确认负载位置以及辅助计算出负载中心和下模具中心的距离。

进一步的，所述具体的负载模拟方法包含以下步骤：

步骤一：将小方形块排列成m行n列的整体，根据所需的模具形状，取出j行k列的小方形块，形成相应的型腔；

步骤二：根据取出的小方形块的数量及已知尺寸，计算出压制件所需坯料的体积；

步骤三：根据负载位置研究需要，将坯料置于型腔中的任意位置，此位置到下模具几何中心的距离可根据小方形块或方形刻度线计算出来；

步骤四：在上模具和下模具合模压制坯料时，根据压力传感器反馈的四个调平缸的压力，可计算出坯料对活动梁造成的偏载力矩，再根据步骤三中所计算出来的几何距离最终计算出坯料对活动梁的负载力的大小；

步骤五：选取两份或多份等体积的坯料，将其按不同位置规则分别填满不同型腔中，用于模拟单侧负载、双侧负载、不规则负载等不同负载情况，将此时得到的调平缸压力反馈计算成偏载力矩，最终将不同负载情况下计算的偏载力矩进行对比，探究不同形状负载下的调平情况；

步骤六：将下模具的可拆卸边框中的活动边松开，插入原型腔中的j行k列小方形块，在不同的位置上仍取出j行k列小方形块形成位置不同、形状相同的型腔，重复步骤二~四，坯料相对于型腔的放置位置与之前相一致，进而对比出型腔在不同位置下的偏载力矩和调平精度。

进一步的，步骤三中的坯料的放置位置可位于型腔的最左上角、型腔中间、最右下角，用于在压制过程中对比坯料不同流动方向下的负载力和调平效果；步骤五中抽离小方形块后的型腔可以是横向型腔、纵向型腔、双向型腔以及不规则形状的型腔。

进一步的，所述二级双作用导柱根据作用可划分为三段，其前段的径向尺寸大于后两段的尺寸，该二级双作用导柱与活动梁的导向铜套之间形成小间隙相对运动，实现活动梁的运动导向；所述二级双作用导柱后段的径向尺寸小于前两段的尺寸，使其与活动梁导向铜套之间的运动间隙增大，实现活动梁自由度的增加；所述二级双作用导柱的中间段为过渡段，为一段锥面，径向尺寸逐渐由前段径向尺寸递减到后段径向尺寸。

进一步的，所述导向铜套是一种带座圆法兰直线轴承结构，通过法兰连接与活动梁相固定；所述二级双作用导柱的两头部分别采用的是阶梯轴形式和端部螺纹形式，二级双作用导柱两头部的阶梯轴与上梁、下梁上的通孔进行连接，并通过对顶螺母进行锁紧固定。

进一步的，所述实验台架上设有调平缸模块E，调平缸模块E由所述调平油缸、位移传感器、传感器支架、调平缸顶头、传感器感应块、安装板和导向杆组成；其中的调平缸为双作用活塞杆缸，底部通过长方法兰安装在下梁的底板上，伸出杆自由伸出，用于对活动梁的调平控制；为实现对调平缸伸出杆位置的实时检测，位移传感器在传感器支架的支撑下被安装固定在调平缸侧边，位移传感器的另一部分传感器感应块被安装在调平缸的伸出杆上，位移传感器即可实现对伸出杆的位置检测，以防止调平缸在伸出时发生转动导致传感器感应块与位移传感器碰撞，在拉杆缸上增设了导向杆，其一端固定在安装板上，并穿过调平缸上的导向孔。

进一步的，所述液压驱动型机锁机构包括机锁缸、上机锁座、下机锁座、机锁缸尾座、尾座销、第二光电开关、光电开关固定架和机锁销；

机锁缸底部为耳环结构，其伸出杆为外螺纹结构，通过螺纹连接方式与机锁销相连，机锁销始终穿过上机锁座，机锁缸尾座和上机锁座通过螺钉固定在上梁的下表面上并用于固定机锁缸，机锁缸推动机锁销插入下机锁座的孔中，与下机座进行间隙配合，实现对活动梁在竖直方向上的锁定，第二光电开关和第二光电开关固定架固定在机锁销上，用于感应机锁缸机锁销的动作，确保机锁销伸到位。

进一步的，所述上机锁座上开设的孔径与机锁销的表面以微小的间隙配合，在初始机锁缸活塞杆缩回状态时，机锁销已完全穿过上机锁座；下机锁座上开的孔径稍大于机锁销的直径，确保在机锁销伸出时能穿进下机锁座。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、为适应不同形状压制件下的负载变化可控实验研究，本发明实验台架提出使用柔性下模具，并给出相对应的负载模拟方法，即能根据所研究压制件的不同进行模具型腔的匹配调整，同时其结构也利于对物料的流动方向进行导控，进而实现对负载位置的把控；本发明实验台架的下模具采用了一种新型的结构，由多个小方形块规则排列而成，最终使用可拆卸的边框将其固定成整个矩形下模具；小方形块结构可根据不同的压制件形状抽离出相应块形成特定容腔，由于每个小方形块的尺寸固定，使其自带粗量尺寸的效果，可粗略计算出坯料放置点距离下模几何中心的距离，以及所需坯料的体积尺寸。而可拆卸的边框利于抽离出小方块，必要时也利于在压制后清理出压制件。

2、为有效模拟实际压机的调平过程，并凸显出调平控制效果，本发明实验台架采用四根二级双作用导柱与导向铜套相配合的结构，导向铜套安装在活动梁四角上，通过二级双作用导柱实现对活动梁自由度的约束和增加，进而实现对活动梁的导向并凸显出调平控制效果；具体为二级双作用导柱按作用分为前段和后端，以及起辅助作用的中间过渡段；前段具有大的径向尺寸，用于与铜套内径贴合，可以实现活动梁在调平前阶段的运动导向作用；后段为小的径向尺寸，用于模拟活动梁下落过程中的倾斜状态，且增加了活动梁的自由度，能够放大四角调平系统对活动梁的调平控制效果；中间的过渡段主要可确保活动梁向下运动时缓慢过渡、向上运动时不会造成卡顿，此外，采用二级双作用导柱取代常规压机中的电控式滑动导轨和普通支撑立柱结构，可使得实验台架的机械结构更加紧凑，降低了实验台架的制造维护成本。

3、为确保机锁的可靠性及实现其结构的简易性，本发明压机实验台架采用液压驱动式机锁结构，在台架的上梁设置上机座与机锁缸尾座，用于固定机锁缸，在活动梁上设置下机座，机锁缸的活塞杆通过螺纹连接方式与机锁销相连，在液压驱动下实现销与下机座的配合锁止，该液压驱动式机锁结构相比于气动式机锁方式在结构设计上更简易，液压驱动使机锁销在插入和拔出下基座时更具有推力大、不易卡死的优势，确保了实验装置的安全可靠，提高了压机实验台架的实用性。

4、为避免使用多执行元件带来的不利影响，本发明压机实验台架仅使用单个执行元件对活动梁进行控制，选用双向活塞缸作为主油缸能同时满足活动梁压制下行和回程上行的需求，再使主油缸与活动梁之间用销连接，保证了活动梁的旋转自由度，有效模拟实际压机中活动梁的极端失衡情况；另一方面，选用单缸结构后有效减少了执行元件的数量，使得整机结构更紧凑，整机重量更轻，还兼具加工难度更小，经济成本更低的优点。

附图说明：

图1为本发明压机实验台架的整体结构图；

图2为本发明压机实验台架各功能模块的爆炸图；

图3为本发明压机实验台架上梁与活动梁模块的结构图；

图4为本发明压机实验台架活动梁的机锁结构图；

图5为本发明压机实验台架活动梁与下梁模块的结构图；

图6为本发明压机实验台架调平油缸模块和导柱的结构图；

图7为本发明压机实验台架柔性下模具的三维结构图；

图8为本发明压机实验台架在不同负载条件下的柔性下模具平面俯视图；

图中：1、主油缸，2、上梁，3、二级双作用导柱，4、连接板，5、活动梁，6、下梁，7、调平油缸，8、内置式位移传感器，9、主缸耳环，10、机锁缸，11、主缸销轴，12、上模具，13、柔性下模具，14、圆螺母，15、导向铜套，16、位移传感器，17、位移传感器支架，18、光电开关支架，19.1、第一光电开关，19.2、第二光电开关，19.3、第三光电开关，20、遮光长板，21、高硬度垫片，22机锁缸尾座，23、尾座销，24、上机锁座，25、下机锁座，26、机锁销，27、光电开关固定架，28、垫板，29、调平缸顶头，30、传感器感应块，31、安装板，32、导向杆。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地表示了本发明压机实验台架的整体效果图。

本实施例中，一种用于测试复合材料压机四角调平性能的压机实验台架，其主体部分主要包括主油缸1、上梁2、二级双作用导柱3、连接板4、活动梁5、下梁6、调平油缸7。

图2示意性地表示了本发明压机实验台架的各功能模块爆炸图。

本实施例中，一种用于测试复合材料压机四角调平性能的压机实验台架，其主要功能模块包括上梁模块A、活动梁模块B、下梁模块C、导柱模块D、调平缸模块E组成（如图2所示）；

上梁模块A、活动梁模块B和下梁模块C通过导柱模块D连接，上梁模块A被固定在导柱模块D的上端部，下梁模块C被固定在导柱模块D的下端部，活动梁模块B被固定在铜套上，并沿着二级双作用导柱上下运动；4个调平缸模块E均布在下梁模块C的四角并能实现与活动梁模块的四角的对接；

其中，上梁模块A包括箱式上梁2和液压驱动型机锁机构，液压驱动型机锁机构用于在实验压机停机或待机时对活动梁进行锁定，防止液压系统泄漏或泄压而导致活动梁坠落；

其中，液压驱动型机锁机构包括机锁缸10、上机锁座24、下机锁座25、机锁缸尾座22、尾座销23、第二光电开关19.2、光电开关固定架27和机锁销26；

其中，活动梁模块B主要包括连接板4、主缸销轴11、活动梁5以及上模具12，主油缸1通过吊耳销轴结构与连接板4连接，连接板4通过螺钉固定在活动梁5上，活动梁5下表面固定上模具12；

其中，下梁模块C位于压机最底部，包括柔性下模具13和下梁6，柔性下模具13安装在上梁6上表面的T型槽口中；

其中，导柱模块D包括二级双作用导柱3、导向铜套15以及圆螺母14，导向铜套15通过螺钉固定在活动梁的穿孔内；

其中，调平缸模块E主要包括位移传感器16、传感器支架17和调平油缸7。

图3示意性地表示了本发明中上梁模块A与活动梁模块B以及主缸1的结构图。

在本实施例中，图示活动梁处于机锁位，上梁2安装在二级双作用导柱3的顶端，并通过二级双作用导柱3的轴肩和对顶双螺母夹紧固定；主缸1通过端部圆盘法兰固定在上梁2的下面板的几何中心，而安装在主油缸1顶部的内置式的位移传感器8，既提升了传感器检测精度又简化了机械结构；主缸伸出杆端部安装带有关节轴承的主缸耳环9，关节轴承保证活动梁5在调平过程中有一定偏转自由度；主缸耳环9通过主缸销轴11与连接板4连接，连接板4通过螺钉固定在活动梁5上。

其中，上梁模块A中的上梁2为箱式焊接结构，即上梁的两块平行的上、下钢板之间均匀焊接着多块钢板，上梁剖面图如图3中的

所示。上梁2上均布在四角的孔用于穿过二级双作用导柱3，中间的法兰孔用于安装主油缸1，当主缸加载时，载荷将通过上、下钢板传递给四根导柱，该箱式焊接结构极大地提升了上梁的刚度；同样地，其中的下梁模块B中的活动梁5也为箱式焊接结构，为方便焊接，活动梁5上表面只焊接小块钢板，用于固定连接板4，活动梁剖面图如图3中的

所示。

此外，在上梁和活动梁之间安装有光电开关支架18，用于固定第一光电开关19.1；保证活动梁5在上升时能停在机锁位以及防止活动梁5撞击到上梁2。

图4示意性地表示了本发明活动梁的机锁结构图。

在本实施例中，图中包括了机锁缸尾座22、尾座销23、机锁销26、机锁缸10、上机锁座24、第二光电开关19.2、下机锁座26以及第二光电开关固定架27；其中，机锁缸10底部为耳环结构，其伸出杆为外螺纹结构，通过螺纹连接方式与机锁销26相连，机锁销26始终穿过上机锁座24，机锁缸尾座22和上机锁座24通过螺钉固定在上梁2的下表面上用于固定机锁缸10，机锁缸10通过尾座销23和机锁销26两点支撑，机锁缸10推动机锁销26插入下机锁座25的孔中，与下机座进行间隙配合，实现对活动梁在竖直方向上的锁定，第二光电开关19.2和第二光电开关固定架27固定在机锁销26上，用于感应机锁缸10机锁销26的动作，确保机锁销26伸到位。

图5示意性地表示了本发明中的活动梁模块B和下梁模块C的结构图。

在本实施例中，图示活动梁5处于调平工位，下梁模块C由下模具13和下梁6组成，下模具13安装在下梁6的T型槽中，其中的下梁6是在箱式焊接结构的下方焊接支撑板，而在支撑板的底部以整块钢板为底板；导柱3的下端通过轴肩和对顶圆螺母14夹紧固定在下梁6的箱式焊接机构上，这样四根导柱3和上梁2、下梁6形成封闭的机械结构，且上、下梁的箱式结构极大地增加了封闭结构的刚度，实验压机的可靠性得到进一步保障；下梁6上表面安装第三光电开关19.3，当安装在活动梁5下表面的遮光板遮住第三光电开关19.3时，既可检测活动梁5压制到位；此外，安装在活动梁5四角的垫板28用于承受与调平缸顶头29的冲击力，垫板28和调平缸顶头都采用硬度较大的合金钢制造。

图6示意性地表示本发明中的调平缸模块E和二级双作用导柱3结构图。

在本实施例中，调平缸模块E由调平油缸7、位移传感器16、传感器支架17、调平缸顶头29、传感器感应块30、安装板31和导向杆32组成；其中的调平缸7为双作用活塞杆缸，底部通过长方法兰安装在下梁6的底板上，伸出杆自由伸出，用于对活动梁5的调平控制；为实现对调平缸7伸出杆位置的实时检测，位移传感器16在传感器支架17的支撑下被安装固定在调平缸7侧边，位移传感器16的另一部分——传感器感应块30被安装在调平缸7的伸出杆上，位移传感器16即可实现对伸出杆的位置检测，为防止调平缸7在伸出时发生转动导致传感器感应块30与位移传感器16碰撞，在拉杆缸上增设了导向杆32，其一端固定在安装板31上，并穿过调平缸7上的导向孔。

其中，二级双作用导柱3的两头为阶梯轴形式，两头穿过上梁2和下梁6，并用轴肩和圆螺母14夹紧固定，二级双作用导柱3的中间部分根据轴径不同分为三段，上面一段轴径大，能与导向铜套15内径贴合，下面一段轴径小，铜套运动到这段时能实现小幅度的偏转，从而模拟活动梁偏斜的工况，中间段为过渡段，如图示锥面。

图7为本发明压机实验台架柔性下模具的三维结构图。

在本实施例中，柔性下模具由可拆卸边框活动边13.1、小方形块13.2、可拆卸边框固定边13.3，柔性下模具底块13.4组成，可拆卸边框固定边13.3焊接固定在下模具底块13.4上，下模具的内部由多个小方形块13.2排列而成，单个小方形块的尺寸为20mm*20mm*10mm，小方形块采用了高精加工方式，平面度有一定的保证，柔性下模具外部由可拆卸边框固定边13.3和活动边13.1组成，可拆卸边框固定边13.3和可拆卸边框活动边13.1上都钻有螺纹孔，其之间通过螺栓连接固定，可拆卸边框固定边13.3将小方块框住后通过可拆卸边框活动边13.1进行螺栓紧固，在上模具与下模具合模时确保柔性模具的整体性；此外，当需要对小方块进行新的规则调整时，可拆卸边框活动边13.1可解除对小方块的位置限制，便于小方块的插入及取出，并且柔性下模的下模具底块13.4上具有和小方块尺寸相一致的刻度线，便于确定所加负载位置以及辅助计算出负载中心和下模具中心的距离。

图8示意性地表示本发明压机实验台架在不同负载条件下的柔性下模具平面俯视图。

结合以上具体实施例，对本发明涉及的一种负载模拟方法的具体实施步骤作进一步地详细说明：

步骤一：将小方形块排列成21行23列的整体，根据所需的模具形状，取出5行5列的小方形块，形成相应的型腔。

步骤二：根据取出的小方形块的数量为25，又已知其尺寸，可计算出压制件所需坯料的体积S=20*20*10*25=100000立方毫米。

步骤三：根据负载位置研究需要，可分别取部分等量坯料置于型腔中的图8（a）、8（b）、8（c）位置，黑色的点代表加入的坯料，三个图示位置的坯料的压制流动方向也各不相同，可用于对比坯料在不同流动方向下的调平效果，坯料中心位置到下模具几何中心的水平和垂直距离可根据小方形块或方形刻度线计算出来分别为，

，

，

，

，。

步骤四：在上模具和下模具合模压制坯料时，根据压力传感器反馈的四个调平缸的压力

、

、

、

，可计算出坯料对活动梁造成的偏载力矩和

如下所示：

式中：

为调平油缸的无杆腔的面积；

为活动梁的长度；

为活动梁的宽度；

再根据步骤三中所计算出来的坯料中心位置到下模具几何中心的水平和垂直距离，最终计算出坯料对活动梁的负载力

的大小如下所示：

步骤五：选取两份或多份等体积的坯料，将其按不同位置规则分别填满不同型腔中，用于模拟单侧负载、双侧负载、不规则负载等不同负载情况分别如图8（d）、8（e）、8（f）所示，将此时得到的调平缸压力反馈计算成偏载力矩

和

，最终将8（d）、8（e）、8（f）的负载情况下计算的偏载力矩进行对比，用来模拟并探究在不同形状外负载条件下的偏载情况。

步骤六：将下模具的可拆卸边框中的活动边松开，插入原型腔中的5行5列小方形块，在不同的位置上仍取出5行5列小方形块形成位置不同形状相同的型腔，如图8（g）、8（h）、8（i）所示，重复步骤二~四，坯料相对于型腔的放置位置与之前相一致，进而对比出型腔在不同位置下的偏载力矩和调平精度。

本发明通过采用柔性下模具和相应负载模拟方法，可以实现对不同外负载工况的模拟；通过设置调节导柱的径向尺寸随活动梁下压路程逐次递减，可以起到对活动梁的导向以及模拟活动梁偏斜工况的效果，提高实验台架在不同工况下的适用性；通过采用一个活动梁主缸控制活动梁的下压和回程，保证控制精度的同时降低了硬件成本；通过采用液压机锁销结构实现了活动梁在待机位的机械自锁功能，提高实验台架的实用性。

在模拟复合材料压机性能方面，本实验台架可以用于测试四角调平系统的多轴同步控制环节和活动梁与调平缸的柔性对接环节，并且可以有效的还原复合材料压机在不同外负载下以及在活动梁产生偏斜条件下的调平过程，凸显调平控制效果，极大程度上提高了实验模拟的多样化以及实验测试的真实性。

以上所述均为本创作技术内容，其中含有较多专业术语，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉该技术领域的人士可在了解本专利的核心内容后对其进行修改而达到等效目的，而等效又可做稍加修饰，皆应涵盖于权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：包括压机的上梁、活动梁、下梁、主油缸、调平油缸、柔性下模具、二级双作用导柱、液压驱动型机锁机构和导向铜套，所述二级双作用导柱穿过所述上梁、活动梁和下梁，所述上梁和下梁通过圆螺母锁定在所述二级双作用导柱上、下两端，所述导向铜套滑动套装在所述二级双作用导柱上，且与活动梁固定连接，主油缸固定在上梁的中心孔内，主油缸的伸缩杆下端部与活动梁上表面固定连接，所述活动梁在铜套的导向作用和主油缸的驱动作用下沿所述二级双作用导柱上下运动，所述活动梁的下表面和下梁的上表面分别设有上模具、柔性下模具，所述柔性下模具内部由多个小方形块组成，可按不同的方法自由抽离内部方形块并填充坯料，进而模拟不同情况的负载工况，所述调平缸安装在所述下梁四个角落，其活塞杆伸出时能正好和活动梁四角接触，在压制过程中能够对活动梁进行调平。

2.根据权利要求1所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述柔性下模具由可拆卸边框、小方形块、下模具底块组成，单个小方形块的尺寸为a*b*cmm，所述柔性下模具内部由多个小方形块规则排列而成，外部由可拆卸边框中的固定边和活动边组成，固定边将小方块框住后通过活动边进行螺栓紧固；此外，当需要对小方块进行新的规则调整时，活动边可解除对小方块的位置限制，便于小方块的插入及取出。

3.根据权利要求2所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述柔性下模的下模具底块具有和小方块尺寸相一致的刻度线，便于确认负载位置以及辅助计算出负载中心和下模具中心的距离。

4.根据权利要求2所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述具体的负载模拟方法包含以下步骤：

步骤一：将小方形块排列成m行n列的整体，根据所需的模具形状，取出j行k列的小方形块，形成相应的型腔；

步骤二：根据取出的小方形块的数量及已知尺寸，计算出压制件所需坯料的体积；

步骤三：根据负载位置研究需要，将坯料置于型腔中的任意位置，此位置到下模具几何中心的距离可根据小方形块或方形刻度线计算出来；

步骤四：在上模具和下模具合模压制坯料时，根据压力传感器反馈的四个调平缸的压力，可计算出坯料对活动梁造成的偏载力矩，再根据步骤三中所计算出来的几何距离最终计算出坯料对活动梁的负载力的大小；

步骤五：选取两份或多份等体积的坯料，将其按不同位置规则分别填满不同型腔中，用于模拟单侧负载、双侧负载、不规则负载等不同负载情况，将此时得到的调平缸压力反馈计算成偏载力矩，最终将不同负载情况下计算的偏载力矩进行对比，探究不同形状负载下的调平情况；

步骤六：将下模具的可拆卸边框中的活动边松开，插入原型腔中的j行k列小方形块，在不同的位置上仍取出j行k列小方形块形成位置不同、形状相同的型腔，重复步骤二~四，坯料相对于型腔的放置位置与之前相一致，进而对比出型腔在不同位置下的偏载力矩和调平精度。

5.根据权利要求4所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：步骤三中的坯料的放置位置可位于型腔的最左上角、型腔中间、最右下角，用于在压制过程中对比坯料不同流动方向下的负载力和调平效果；步骤五中抽离小方形块后的型腔可以是横向型腔、纵向型腔、双向型腔以及不规则形状的型腔。

6.根据权利要求1所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述二级双作用导柱根据作用可划分为三段，其前段的径向尺寸大于后两段的尺寸，该二级双作用导柱与活动梁的导向铜套之间形成小间隙相对运动，实现活动梁的运动导向；所述二级双作用导柱后段的径向尺寸小于前两段的尺寸，使其与活动梁导向铜套之间的运动间隙增大，实现活动梁自由度的增加；所述二级双作用导柱的中间段为过渡段，为一段锥面，径向尺寸逐渐由前段径向尺寸递减到后段径向尺寸。

7.根据权利要求6所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述导向铜套是一种带座圆法兰直线轴承结构，通过法兰连接与活动梁相固定；所述二级双作用导柱的两头部分别采用的是阶梯轴形式和端部螺纹形式，二级双作用导柱两头部的阶梯轴与上梁、下梁上的通孔进行连接，并通过对顶螺母进行锁紧固定。

8.根据权利要求1所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述实验台架上设有调平缸模块E，调平缸模块E由所述调平油缸、位移传感器、传感器支架、调平缸顶头、传感器感应块、安装板和导向杆组成；其中的调平缸为双作用活塞杆缸，底部通过长方法兰安装在下梁的底板上，伸出杆自由伸出，用于对活动梁的调平控制；为实现对调平缸伸出杆位置的实时检测，位移传感器在传感器支架的支撑下被安装固定在调平缸侧边，位移传感器的另一部分传感器感应块被安装在调平缸的伸出杆上，位移传感器即可实现对伸出杆的位置检测，以防止调平缸在伸出时发生转动导致传感器感应块与位移传感器碰撞，在拉杆缸上增设了导向杆，其一端固定在安装板上，并穿过调平缸上的导向孔。

9.根据权利要求1所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述液压驱动型机锁机构包括机锁缸、上机锁座、下机锁座、机锁缸尾座、尾座销、第二光电开关、光电开关固定架和机锁销；

机锁缸底部为耳环结构，其伸出杆为外螺纹结构，通过螺纹连接方式与机锁销相连，机锁销始终穿过上机锁座，机锁缸尾座和上机锁座通过螺钉固定在上梁的下表面上并用于固定机锁缸，机锁缸推动机锁销插入下机锁座的孔中，与下机座进行间隙配合，实现对活动梁在竖直方向上的锁定，第二光电开关和第二光电开关固定架固定在机锁销上，用于感应机锁缸机锁销的动作，确保机锁销伸到位。

10.根据权利要求9所述的一种测试压机四角调平性能的实验台架及负载模拟方法，其特征在于：所述上机锁座上开设的孔径与机锁销的表面以微小的间隙配合，在初始机锁缸活塞杆缩回状态时，机锁销已完全穿过上机锁座；下机锁座上开的孔径稍大于机锁销的直径，确保在机锁销伸出时能穿进下机锁座。

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