[00969447]气囊隔振对称全平衡高速精密冲床设计理论及关键技术的研究

课题来源与背景该项目属国家自然科学基金资助项目“机械压力机新型可控传动机构及其设计理论的研究”(编号：50575175)、高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金项目“冲床绿色制造系统的研究与开发”(编号：199930)、陕西省科技攻关计划项目(编号：2003K06-G20)和教育部骨干教师资助计划项目“新一代绿色冲床的研究与开发”的研究内容。技术原理针对高速冲床提出了一种双曲柄反向旋转四点全对称的曲柄连杆滑块机构。该机构除垂直方向的惯性力外，其余各方向的惯性力得到良好的平衡。而该垂直方向惯性力通过偏心块来达到完全平衡，所需偏心块的质量通过理论分析计算获得，从而使冲床整体惯性力得到完全的平衡。依据高速冲床常使用大盘卷料，每次停、开冲床的工作周期常在半小时以上的事实，提出了无离合器与制动器的传动方式，建立了相应的该类高速冲床电动机功率、转速及飞轮转动惯量设计理论。工业中多采用的连杆调节方式在多连杆的高速冲床中易造成各处调节长度的差异导致干涉并产生极大的惯性力，为此该成果研发了一种仅依靠调节工作台上下位置的升降油缸及水平油缸驱动的楔形块方式进行装模高度的调节。将高速冲床整机悬挂在气囊隔振的支撑装置上，避免了冲床的振动传到外界，以及外界的振动传入到冲床之中。同时采用四个滚轮前后侧面滚动配合，左右方向采用弹性钢板固连的驱动方式，使整个设备工作可靠性及平稳性大幅度提高。性能指标：1、提出了全新的高速精密冲床设计理论，导出了惯性力、偏心块质量和高速冲床用变频电动机功率及飞轮转动惯量的精确计算公式，完成了高速冲床惯性力计算及其全平衡结构的设计。2、成功研制出双曲柄反向旋转对称式曲柄连杆滑块机构，通过偏心块质量调节，实现了惯性力的完全平衡。3、在国内首次采用无离合器与制动器的变频电动机驱动的传动方式，利用高速冲床变频电动机功率选择及飞轮转动惯量计算公式，简化了冲床结构，显著降低了制造成本和能量消耗，提高了整机工作的可靠性。4、在高速冲床机身结构设计上首次采用水平方向组合和整机悬挂气囊隔振结构，提高了整机刚度，大大降低了振动和噪声。5、提出了纵横油缸与斜楔相组合的装模高度调节方法，研制出了相应的高速冲床装模高度自动调节的新装置，提高了调模精度，解决了传统调模方法存在的惯性力不平衡引起振动的问题。6、检测和应用结果表明，该高速冲床完全达到了《闭式高速精密压力机技术条件(JB/T10168-2000)和精度(JB/T8782-1998)》的要求。技术的创造性与先进性：(1)提出了双曲柄反向旋转对称曲柄连杆滑块机构，再通过偏心块即可实现惯性力的完全平衡。(2)无离合器与制动器的变频电动机驱动的传动方式。(3)建立了高速冲床变频电动机功率及飞轮转动惯量的计算公式。(4)机身采用螺栓水平方向组合，并悬挂在气囊上隔振。(5)采用纵横油缸与斜楔相组合的装模高度调节方式。(6)建立了变频电动机功率、飞轮转动惯量及惯性力平衡理论计算公式。技术的成熟度，适用范围和安全性：应用该项目的设计理论所研制的用于工业实际中三年多的高速冲床公称压力达800kN，额定行程次数达1250s.p.m，最高行程次数1500s.p.m，工作稳定，加工零件精度高，由此证实了赵升吨教授关于高速冲床的设计理论的正确性和成熟度。并且该项目所提供的设计图纸和制定的装配工艺指导书规范合理，设备的工作可靠性高、性能稳定、安全性高、生产能力强、适用于各种冷冲压零件的高精度加工。该成果具有完全的自主知识产权，其设计理论、传动方式、结构形式和整机综合技术性能指标均达到国内领先、国际先进水平。应用情况及存在的问题：该高速冲床实际使用三年多来，各方面的性能均达到设计要求，运行良好，自动化程度高，振动很小，加工精度高；结构合理，安装使用方便；冲头的冲程容易调节，精度高；冲头的定位精度高、冲压频率每分钟可达1500次，而且该高速冲床定位机构结构简单，调整平衡方式简便，整机采用稀油循环强制冷却，维护方便。这两台高速冲床每年创造的经济效益达2000多万元，比传统工艺的生产效率提高了5倍以上，节约了劳动力，改变了国内在同类工艺中只能依靠国外价格昂贵的进口高速冲床的现状。因此该成果取得了良好的经济效益和社会效益。应用该项目的研究成果于中国的高速冲床的几十个专业制造厂，必然改变国内高速冲床行程次数太低的现状，大幅度撔中国高速冲床的可靠性及其生产率。使中国高速冲床可在每分钟上千次或几千次的行程次数下工作，而不必每年进口国外30多台同类型的高速冲床，节约5千多万元外汇，同时国内生产的这种高速冲床也向国外出口，提高中国高速冲床在国际市场的竞争力。解决了制约中国高速冲床装备制造业发展的关键技术，具有良好的推广应用价值。存在的问题及进一步改进的措施：高速冲床用的滚动轴承还要从国外购买，应加快国产化步伐；高速冲床稀油循环润滑冷却的液压元件从国外购买，国内产品漏油及工作可靠性还需提高；尽快实现该高速冲床的产业化。历年获奖情况2008年获“陕西高等学校科学技术奖”一等奖。