王领，王蔓，张成爽

(1.济南二机床集团有限公司，山东济南250022; 2.济南大学机械工程学院，山东济南250022;3.山东森德数控机械有限公司，山东济南250330)

随着生产技术的不断进步，材料冲压成形技术向着低误差、高精度、高合格率的需求方向发展［1］，平衡器对于压力机的作用显得特别重要。平衡器主要作用是通入压缩空气后平衡压力机往复运动件的重力，从而提高滑块运动的平稳性，减少制动器发热，使传动系统的间隙保持在非受力面上，保证压力机工作时的精度，可以防止制动器失灵及连杆意外折断、滑块自重下落时可能发生的安全事故［2］。

1 平衡器的结构

图1 是某公司采用的平衡器典型结构，由缸体、活塞、活塞杆、支架等构成，缸体通常装在横梁两端或左右立柱上，活塞杆有支架与滑块相连，缸体下端通过管路与储气罐连通，从活塞杆上淌下来的润滑油经接油盒流回油箱，进入平衡器的气压大小可由左前立柱内的组合阀来调节。

图1 平衡器的典型图

2 平衡器风压的计算公式

2.1 平衡器风压的估算公式

用户购买了某公司生产的压力机，在设计初期做方案时，首先要进行压力机风压的估算，估算出平衡器的风压是否大于用户提供的进气气源压力，如果大于此压力，需要增压。下面介绍设计初期的平衡器风压估算公式:

式中: mc为平衡质量，kg; ms为滑块部件质量，kg;mud为上模质量，kg; mr为连杆导柱等质量，kg; mp为平衡器运动质量，kg; me为偏心体质量，kg; pca为最大计算平衡压力，MPa; Dcp为平衡器缸体内径，mm; Dcs为平衡器活塞杆直径，mm; Nc为平衡器个数。

2.2 调整设定压力的计算

设计员在设计好各个部件之后，运动部件的重力肯定会和之前估算的重力有出入，一般不大，但仍要重新计算压力机的调整设定压力，应用新的计算公式，平衡器调整设定压力pt是在滑块上死点位置进行，设定压力与计算压力pca有一定的差异，如图2所示。

图2 设定压力和计算压力比较

设定压力的计算如下:

(1) 传统的计算方法

式中: Q 为储气罐容积，m3; Nqc为共用一个储气罐的平衡器个数; sstr为滑块行程长度，mm; Dcp为平衡器缸体内径，mm; Dcs为平衡器活塞杆直径，mm。

(2) 新的计算方法

其中: G 为压力机自身需平衡重力(104N) ; K 为1/2 行程造成的风压波动量; A 为平衡器总面积。

对比两个公式: 主要区别是风压波动量的计算发生了变化，这两个公式的计算都涉及到平衡重力的计算。对于偏心式和销轴式压力机计算比较简单，但是对于多连杆压力机计算比较困难，静态计算不准确。解决办法是建立多连杆杆系13 个独立变量参数的不同组合以及多约束优化数学模型; 通过ADAMS 参数化设计及模拟仿真分析，确定八连杆机构的重力，如图3 所示，并且对于不同参数的压力机，每次只需更改多连杆的参数即可仿真，不用每次都建立模型［3－4］。

图3 ADAMS 中仿真的多连杆图形

3 实验验证

推导出上面的公式之后，在公司做了大量的实验去验证。首先对设计好的压力机，通过上面的公式算出理论值，然后在厂内试车的压力机上通过PLC 分析软件AUTEM PLC-ANALYZER pro 5 测试一些数据，整理之后做出如图4 的折线图，从中得出风压的实验值为0.475 MPa，与理论计算值非常接近，误差2%，在接受范围之内。

图4 风压与上下行程电流关系曲线

4 结论

准确计算出压力机的风压值，不仅对冲裁、弯曲、成形、浅拉深、校正等冷冲压工序有着很大影响，而且能提高高档模具的使用寿命。文中论述的平衡器风压计算方法，计算出的风压值能很好地满足生产的需要，已在很多家冲压生产企业中应用，得到了合作方的认可。

在计算压力机风压的过程中，应用了工程仿真软件真软件ADAMS。在工程机械设计与研究中，虚拟样机技术的应用是一种发展趋势，可大大提高设计计算过程和准确性，是今后计算的发展方向［5］。

［1］夏春风，钟康民，杨丽琴．基于同步齿形带与滚动螺旋－铰杆增力机构的伺服压力机设计［J］．机械设计与研究，2012(4) :31－37．

［2］济南第二机床厂．曲柄压力机设计［M］．济南:济南第二机床厂，1973．

［3］李增刚．ADAMS 入门详解与实例［M］．北京: 国防工业出版社，2006．

［4］邹昌平．基于ADAMS 的新型六杆摆动机构的研究［J］．机床与液压，2007，35(3) :37－42．

［5］王洪伦，龚烈航，肖斌安．基于虚拟样机技术的工程机械仿真分析与应用研究［J］．机床与液压，2008，36(7) :140－163．