机械压力机气动摩擦离合器传递扭矩的在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种机械压力机ＰＦＣ所需传递扭矩的在线检测方法，该方法采用滑块力程间接测量法检测ＰＦＣ所需传递的扭矩Ｍ↓［ａ］，根据机械压力机实际加工的有关信息，采用滑块力程特性获取Ｍ↓［ａ］的值的方法进行研究。当由滑块上的力程特性得到曲轴的所需扭矩Ｍ↓［Ｒａ］后，可方便地由公式确定Ｍ↓［ａ］的值，利用力传感器、Ａ／Ｄ板及计算机等在线实测变形力数值及其时刻，采用软件可自动计算出工件变形阶段中不同时刻的扭矩Ｍ↓［Ｒａ］，并输出不同时刻的Ｍ↓［Ｒａ］值和最大值Ｍ↓［Ｒｍ］，该方法具有迅速、可靠等良好特性，可以在生产中推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锻压设备之机械压力机领域的传递扭矩检测方法，具体涉及一种PFC所需传递扭矩的在线检测方法及装置。
技术介绍
当机械压力机进行锻冲工作时，需要气动摩擦离合器(PneumaticFriction Clutch，以下简称PFC)摩擦副能输出足够大的扭矩Mq≥Ma，否则PFC摩擦面产生打滑而发生闷车事故。通过电气比例压力阀给PFC气缸提供合适的气压来满足Mq≥Ma的正常工作要求，很显然必须预先知道Ma的大小。目前在国内外的所有机械压力机中，不管工件变形每次需要PFC传递多大的扭矩Ma(如齿轮热模锻进行第1工步的镦粗力往往仅为第2工步终锻力的1/3，相应的第1工步所需的Ma1不到第2工步的1/2)，但每次PFC气缸都进最大的气压pmax，相应地PFC所能提供的扭矩总为最大值Mqmax，既造成了压缩空气能量的浪费又使PFC的排气噪声增大对环境的污染加重，因此本专利技术提供一种对PFC所需传递的扭矩的大小进行在线测量的方法。并详细论述了如何通过该测量装置检测得到PFC所需传递的扭矩Ma，PFC又是如何依据Ma的大小，提供足够大的扭矩Mq来满足工作变形的需要的。由于塑性变形过程及机械压力机的复杂性，给理论计算带来当大的难度，为此这里采用在线实测的方法来确定Ma的大小，通常PFC轴上实际的扭矩的测试方法有用扭矩传感器直接测量、使用荷重传感器间接测量、使用电动机电流间接测量和利用滑块力程间接测量四种方法，本文先对这四种方法分别进行论述。1.扭矩传感器直接测量方法直接测量转动轴上扭矩的传感器有以下两种类型a.应变式扭矩传感器采用电阻应变片将机械应变转换成正比于扭矩的电信号。由于其从转轴上输出信号，装置复杂，或可靠性差、或成本太高，使用不便。b.扭转角相位差式扭矩传感器如JCZ型转矩转速传感器的转矩测量原理就是相位差式原理，即在弹性轴的两端安装两只信号齿轮，在两齿轮的上方各装有一组信号线圈，在信号线圈内均装有磁缸，与信号齿轮组成磁电信号发生器。当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的齿顶及齿谷交替周期扫过磁缸的底部，使气隙磁导产生周期性的变化，线圈内部的磁通量亦产生周期性变化，使线圈中感生出近似正弦波的交流电信号。在弹性轴受扭时，将产生扭转变形，使两组交流电信号之间的相位差发生变化，在弹性变形范围内，相位差变化的绝对值与转矩的大小成正比。锻压生产的工业现场环境恶劣，且不宜对机械压力机的曲轴进行破坏性处理(如在曲轴上打磨、钻孔等)和破坏曲轴的动平衡(如在曲轴上安装传感器及其附件)，因此，上述直接测量转动轴上的扭矩的方法在机械压力机FPC扭矩测试中应用较难。2.荷重传感器间接测量扭矩方法在机械压力机上安装和使用荷重传感器都是比较方便的，在西安交通大学模具与塑性加工研究所的PFCB-82型机械压力机气动摩擦离合器与制动器综合智能试验台(如附图1所示)上安装的荷重传感器则可以测出PFC轴上的扭矩与时间的变化关系。图2为该实验台上安装荷重传感器的情况，制动器的固定座有左右两凸台，在一侧安装荷重传感器，通过测量荷重传感器的输出的力，通过扭矩计算公式Ma＝F×L间接计算得到作用于PFC轴上的扭矩。3.电动机电流间接测量轴上扭矩方法机械压力机一般由三相异步电动机驱动，当PFC轴上所需的扭矩越大时，则相应的电动机所需输出转矩也越大，这样可间接地通过对电动机输出转矩的测量结果，推算出PFC轴上Ma。由异步电动机的运行原理可知，转子绕组中的电流在旋转磁场的作用下，产生了作用在电动机转子上的电磁转矩。由电动机学可知，电动机的平均电磁转矩M为M＝K·Φm·I2·cosΦ2(N·m) (1)式中K-与电动机结构参数有关的系数，称为转矩系数；Φm-气隙每极磁通量(Wb)；I2-转子绕组相电流(A)；cosΦ2-转子绕组的功率因数由式(1)可看出，异步电动机电磁转矩M的大小与气隙每极磁通量Φm、转子相电流I2以及转子的功率因数cosΦ2成正比。但由于这个关系比较复杂，而在实际生产中，电动机在正常范围内运转时电动机的转差率很小，其气隙磁通Φm可视为额定值，功率因数cosΦ2≈1，这样电磁转矩M的大小仅与转子电流I2成正比。但因为转子电流不便于测量，根据电动机的等值电路，把转子各量进行匝数、相数和转子位置的折合后，可以得到定子电流 转子折合电流 与电动机的励磁电流 的关系I·1=I·2′=I·0...(2)]]>式中I·2′=I·1ki,]]>ki为电流变比，可通过计算或实验获得。异步电动机在从空载到额定负载的正常运行范围内，励磁电流 的变化也非常小，基本上可视为定值。因此由式(1)和(2)可知，电动机的电磁转矩与定子电流有一定的比例关系，可以通过测量电动机定子中的某一相的电流，来间接测得电动机的电磁输出转矩。经在实验台上的大量实验发现，电动机的电流大小不但与其输出转矩有关，而且与工艺类型有关，故本专利技术不采用此方法获得Ma的值。4.滑块力程间接测量方法实际中机械压力机的PFC所需传递的扭矩Ma是由其滑块通过模具使工件产生变形时所需力和变形高度确定的，在工业生产实际中有些机械压力机上安装有自动检测锻冲变形力及变形高度的装置，这样，用这两种信号的大小就可获得曲轴上作用的扭矩MRaMRa＝Pmq(3)式中P为作用到滑块上的工件变形力(N)，mq为曲柄连杆机构的当量力臂(m)。当在线已知曲轴上作用的扭矩MRa，相应地PFC轴上所需传递的扭矩Ma应为Ma=MRaiη...(4)]]>式中i为PFC的轴至曲轴的传动比，η为PFC轴至曲轴之间的传动效率，对一级齿轮传动η＝0.97，二级齿轮传动η＝0.94。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种机械压力机PFC所需传递扭矩的在线检测方法，该方法就是采用上述第四种方法来在线测试PFC轴上实际的扭矩以确定Ma的大小。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案一种机械压力机PFC所需传递扭矩的在线检测方法，该方法采用滑块力程间接测量法检测PFC所需传递的扭矩Ma，其特征在于，具体包括下列步骤 1)以PFC所能提供的扭矩Mq＝βMa并且Mq与气缸气压成良好的线性关系MqC＝kp，通过调节进入PFC气缸的气压p来达到对PFC所能产生的扭矩的控制；2)利用滑块力程曲线确定PFC摩擦面上所需传递扭矩MRa的方法，包括了由工艺类型的最大变形力Pm和由在线实测P-t数值关系两种方式；A.采用由工艺类型和最大变形力Pm的方式确定扭矩MRa时，首先应建立所完成工艺较为准确的工作负荷特性的数学表达式，然后计算出工件变形过程中各段的最大扭矩MRaim，最后通过各段的对比求出整个变形过程中的扭矩最大值MRm；B.采用由在线实测P-t数值关系是，利用力传感器、A/D板及计算机在线实测变形力数值及其时刻，计算机通过数据采集和输出卡进行控制，采用软件可自动计算出工件变形阶段中不同时刻的扭矩MRa，并输出不同时刻的MRa值和最大值MRm。为了验证本专利技术的方法的相关程序的正确性，选用上海第二锻压机床厂生产的JH23-63型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械压力机气动摩擦离合器所需传递扭矩的在线检测方法，该方法采用滑块力程间接测量法检测气动摩擦离合器所需传递的扭矩Ｍ↓［ａ］，其特征在于，具体包括下列步骤：１）定义气动摩擦离合器所能提供的扭矩Ｍ↓［ｑ］＝βＭ↓［ａ］，并且Ｍ↓［ｑ ］与ＰＦＣ气缸气压成良好的线性关系，即气动摩擦离合器能够产生的摩擦扭矩大小与气缸内的气压大小成正比，即Ｍ↓［ｑ］＝ｋｐ，其中，Ｍ↓［ａ］为机械压力机正常工作时气动摩擦离合器所需传递的扭矩；β为ＰＦＣ扭矩储备系数，且β＝１．１～１．３，通过调节进入气动摩擦离合器气缸的气压ｐ来达到对气动摩擦离合器所能产生的扭矩的控制；２）利用滑块力程曲线确定摩擦面上所需传递扭矩Ｍ↓［Ｒａ］，包括由工艺类型的最大变形力Ｐ↓［ｍ］和在线实测Ｐ－ｔ数值关系两种方式；Ａ．采用由工艺类型和 最大变形力Ｐ↓［ｍ］的方式是，首先建立所完成工艺的工作负荷特性的数学表达式，然后计算出工件变形过程中各段的最大扭矩Ｍ↓［Ｒａｉｍ］，最后通过各段的对比求出整个变形过程中的扭矩最大值Ｍ↓［Ｒｍ］；Ｂ．采用在线实测Ｐ－ｔ数值关系是，利用 力传感器、Ａ／Ｄ板及计算机在线实测变形力数值及其时刻，计算机通过数据采集和输出卡进行控制，采用软件自动计算出工件变形阶段中不同时刻的扭矩Ｍ↓［Ｒａ］，并输出不同时刻的Ｍ↓［Ｒａ］值和最大值Ｍ↓［Ｒｍ］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵升吨，王军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]