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王军 (王军.)

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机械压力机占锻压设备的80%左右,机械压力机操纵控制采用的气动摩擦离合器(Pneumatic Friction Clutch,简称PFC)和气动摩擦制动器(Pneumatic Friction Brake,简称PFB)是其心脏部件。传统的机械压力机PFC气路系统均采用定压定开口的电磁开关阀,工作过程中气压不可柔性调整。实际生产中不管PFC实际需要传递的扭矩有多大,PFC气路中的电磁阀开口都保持最大流量,PFC气缸始终进最高额定气压。这种传统的PFC气压的控制方式存在诸多的弊端,一方面造成了压缩空气的能量浪费和摩擦材料的磨损,另一方面大大增加了PFC气缸的冲击振动和排气噪声污染。本文针对传统机械压力机中PFC广泛存在的上述突出问题,提出了一种新的PFC节能降噪的柔性控制理论。以JH23-63型机械压力机为应用背景,对其PFC及气路系统进行了分析,应用刚体动力学、运动学、空气动力学和热力学等基本理论,采用理论分析、计算机仿真和试验研究相结合的方法,对该PFC节能降噪的柔性控制方法的相关理论和关键技术进行了系统深入的研究。提出了两种机械压力机节能降噪方法的柔性控制策略,其中柔性控制PFC进气气压实现节能降噪是本文的主要研究内容。分析可知,PFC能够产生的摩擦扭矩 的大小与其气缸内气压 的大小成线性关系。明确指出,要使机械压力机PFC可靠工作,应使PFC所能产生的扭矩 不小于锻冲工件所需要的扭矩 ,即 。依据这一条件,根据PFC所需传递扭矩 的大小来线性调节气缸内气压 的大小,从而达到节约压缩空气和降低排气噪声的目的。对PFC接合过程进行了分析,建立了PFC接合过程的等效动力学模型,并对PFC接合过程主、从动部分动力学特性进行了理论分析和数值计算,获得了PFC接合过程中主、从动角速度的变化规律曲线;对PFC接合过程主、从动部分动力学特性进行了试验研究,验证了对其动力学特性分析及其数学模型的正确性。根据对机械压力机PFC气路系统的分析,结合PFC的结构及其控制系统,根据刚体动力学、热力学、空气动力学理论建立了PFC气动系统的非线性数学模型;分析了PFC摩擦副产生的扭矩与气缸气压的关系,对PFC气缸进气过程的空气动力学特性进行了试验研究和计算机仿真,验证了所建立的PFC气动系统的非线性数学模型的正确性与可靠性。分析了机械压力机实际工艺过程的载荷力程变化规律,建立了冲裁、拉深、热模锻、冷挤压和精压五种典型锻压工艺过程的滑块力-曲柄转角曲线的简化数学表达式,并获得了曲轴所受扭矩与曲柄转角及滑块力程的关系式;据此计算确定了冲裁和拉深两种最典型锻压工艺过程的PFC节能降噪理想工作扭矩的变化规律,进一步依据条件 确定了PFC气缸最低工作气压曲线,为真实的冲裁和拉深工艺PFC节能降噪的柔性控制试验奠定了良好的基础。以JH23-63型机械压力机为应用背景,建立了机械压力机PFC节能降噪的柔性控制试验系统,根据锻压生产过程的大批量和重复性特点,采用PID型迭代学习控制算法,对机械压力机冲裁和拉深两种典型的工艺过程中PFC气缸气压进行节能降噪的柔性控制试验,完全满足实际工艺的要求,验证了该PFC节能降噪的柔性控制理论的正确性和实用性。对于冲压工艺的单次工作循环,如果采用本文研究的PFC节能降噪的柔性控制方法,每台机械压力机年平均节约能量达212.98 kW•h,若全国的50万台机械压力机都采用该控制方法,每年可使空气压缩机节约电能1.065亿度,经济效益明显。对试验的降噪效果的测试表明,对于同样工件的冲裁和拉深工艺过程,采用本文研究的PFC节能降噪的柔性控制方法可以降低大约10 dB(A)的间歇性排气噪声。这些为该节能降噪的柔性控制方法在工业实际中的推广应用奠定了良好的基础。

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PFC 机械压力机 降噪 节能 柔性控制

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  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Degree: 工学博士

Mentor: 赵升吨

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Year: 2009

Language: Chinese

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