大型机械压力机多连杆机构状态监测方法
技术领域
本发明属于大型机械压力机状态监测技术领域，具体涉及一种用于诊断大型机械压力机多连杆状态及判断模具合模高度的监测方法。
背景技术
大型机械压力机广泛应用于汽车制造行业，是汽车制造四大工艺(冲压、焊接、涂装、总装)中冲压工艺的重要设备，其工作状态较大程度上决定了汽车生产厂家的年生产量。冲压生产线属于连续性生产，各冲压生产线负责固定模具的冲压作业，机械压力机故障会导致整线停产检修，导致高昂的维修成本、较为繁琐的换线生产成本、巨大的停产损失。因此，监测机械压力机的运行状态，对降低经济损失和及时发现并排除故障有重要意义。
大型机械压力机常采用递进式集中润滑系统，依靠分配器内部各柱塞在润滑油的压力作用下依次动作，将润滑油分配至各给油部位。当管系中发生堵塞或分配器柱塞卡死时，动作就会停止，从而可以根据接近开关记录的动作次数判断油路故障的发生。但当润滑末端管线发生渗漏、断裂或末级分配器管接头发生渗漏、断裂，则不影响分配器的正常工作，也无法依靠接近开关进行监测。同时，尽管冲压车间内有天车等吊装设备，但在设计时不考虑吊装压力机部件所需的高度，因此压力机多连杆机构一旦发生故障，只能依靠外部吊车进厂进行拆卸，这会进一步耽误维修工作。
综上，需要一种大型机械压力机多连杆状态监测方法，来弥补现有监测方案的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大型机械压力机多连杆机构的监测方法，以解决现阶段多连杆机构运行状态、分配器末端供油状态无法监测、合模高度无调整参考依据的问题。本发明根据多连杆压力机传动结构及平衡器设计方式，确立多连杆机构的故障机理及故障信号特征，从而实现多连杆运行状态的监测。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
本发明的一种大型机械压力机多连杆机构状态监测方法，包括以下步骤：
(1)对多连杆机械压力机摆杆、连杆与平面三角架处进行间隙铰动力学仿真；
(2)仿真得出换向冲击对应曲柄转角与磨损间隙及平衡力的关系曲线；
(3)根据发生换向冲击的部位设计传感器测点及安装方式；
(4)在凸轮开关处设置键相测点；
(5)根据所采集每组振动信号和转速计算得到角域同步平均信号，之后结合记录生产线各模具具体冲压过程的曲柄转角，通过正交匹配得到各模具在下死点处的脉冲信号峰值及能量；
(6)步骤(5)中所述匹配得到的下死点处的脉冲信号由冲压过程中限位块接触产生，根据模具调节高度与脉冲信号对应关系，得出上下模限位块间隙值(该间隙值为无下模时上模限位块位移与有下模时上模限位块位移之差，该间隙值为负)；
(7)根据限位块间隙值与冲压载荷关系曲线，结合下死点处的脉冲信号与限位块间隙值关系曲线得出下死点处的脉冲信号与冲压载荷关系曲线。并根据采集信号下死点脉冲信号的峰值及能量判断当前冲压载荷，用以指导上模高度调整。
本发明的进一步改进在于，步骤(1)具体包括：对于六连杆压力机选取连杆与平面三角架连接处、偏心轮与平面三角架连接处、摆杆与平面三角架连接处共三处的刚柔耦合动力学仿真，对于八连杆压力机选取连杆与平面三角架连接处、偏心轮与平面三角架连接处、上摆杆与上拉杆连接处、下摆杆与下拉杆连接处、下摆杆与平面三角架连接处共五处的刚柔耦合动力学仿真。
本发明的进一步改进在于，步骤(2)中仿真得出换向冲击对应曲柄转角与磨损间隙及平衡力的关系曲线，在机械压力机同结构类型不同额定载荷下适用。
本发明的进一步改进在于，步骤(3)中的安装方式包含传感器防松措施、传感器线缆布置方式及压力机拆机维修时的传感器线缆拆卸方式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
当前大型机械压力机监测箱体外部分配器工作主要依靠接近开关记录其动作次数，对于上横梁箱体内部的分配器则依靠将箱体内“主分配器”(即供给箱体内部所有次级分配器润滑油的分配器)的某一输油管接出箱体外，再接一小分配器记录其动作次数。如此，集中润滑系统中可监测箱体外部所有分配器和箱体内部“主分配器”的动作次数，但润滑末端的供油情况(除堵塞外)不影响任何一级分配器的正常工作，因此该监测方法存在缺陷。同时，现阶段没有针对大型机械压力机上横梁箱体内多连杆机构的监测方法，但行业内很多汽车制造业用户均发生过多连杆故障，由此造成的损失较大。本发明则针对上述大型机械压力机的监测盲点进行了补充。
进一步的，本发明的监测方法还能监测到上横梁箱体内部两级齿轮啮合状态及两级轴(输入轴及中间轴)上的轴承状态。可与现有的上箱体电机、轴承监测系统融合，减少测点冗余，降低机械压力机传动设备的维护难度。
附图说明
图1是多连杆监测方法的简要示意图；
图2是多连杆监测系统的简要示意图；
图3是监测装置中键向测点的布置位置。其中1为编码器、2为齿轮箱、3为机械凸轮、4为传动齿轮、5为输出轴齿轮、6为键相传感器安装位置(齿轮箱输出轴与机械凸轮轴的联轴器处)；
图4是监测装置中振温一体传感器的布置位置(以六连杆压力机为例)。其中(a)为测点在多连杆上的分布位置，(b)为测点具体安装位置，7为连杆与平面三角架连接销处，8为偏心轮与平面三角架连接销处，9为摆杆与平面三角架连接销处；
图5是监测装置中传感器线缆布置方式。其中10为压力机上横梁横向壁、11为传感器线缆、12为润滑管线、13为递进式分配器、14为振温一体传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参照图1，本发明的监测方法由动力学仿真得到设置测点的位置及连杆销磨损后的故障机理，通过实验得到压力机的平衡力设置方式及各冲压过程对应的曲柄转角，结合实测信号经过信号处理得到压力机连杆机构的运行状态，包括：连杆销磨损量、润滑状态(脉动油压及频率)、上下模间隙值。
参照图2，本发明的监测方法是依靠包括振温一体传感器、磁感应式键向传感器、VibSCAN Pro信号采集单元、单板电脑和4g无线传输模块，所述振温一体传感器采集多连杆机械压力机上横梁箱体中连杆的振动信号，磁感应式键向传感器采集上横梁箱体中输出轴的转速，所述ScanPro信号采集单元用于对振动信号进行放大、滤波，所述单板电脑为载体在本地存储振动及温度信号，并由4g无线传输模块进行远程访问。有经验者可由iCMS系统判断当前设备状态，一般用户可参考MATLAB程序自动识别当前磨损量及润滑状态。
本发明实施例的一种大型机械压力机多连杆机构状态监测方式，包括以下工作过程：
步骤1，根据多连杆机械压力机的结构形式(六连杆或八连杆)判断需要监测的位置；
步骤2，仿真得出换向冲击对应曲柄转角与磨损间隙及平衡力的关系曲线；
步骤3，在凸轮开关处安装键相传感器，并测量与压力机下死点处的角度差,用以后续非冲压信号段截取；
步骤4，记录生产线所有模具冲压过程对应的曲柄转角，及各模具的上模重量；
步骤5，采集并截取所选测点的整周期振动信号及温度信号；
步骤6，根据步骤3获得的模具冲压过程和步骤5获得的振动信号，识别出压力机连杆销当前磨损量和润滑状态。
步骤7，正交匹配得到各模具在下死点处的脉冲信号峰值及能量，给出当前上下模具间隙值参考值。
进一步的，步骤1中，以下工作的目的是确定本发明的系统测点布置：
(1)多连杆建模，需要包含输出轴、偏心轮、平面三角架、连杆、摆杆、滑块(滑块要计及上模重量)及各铰链处的轴瓦与销轴；其中杆件及销轴采用45#钢，轴瓦材料根据各厂商选择T10、10-1、663等锡青铜或其他复合材料；冲压时受冲压载荷及平衡力，二者受力位置均为滑块底部。其中冲压载荷在下死点前13mm处受最大载荷，在下死点前130mm-13mm处氮气缸预压受10％载荷；根据平衡器及气罐内气体总量不变计算平衡力的变化。
(2)对六连杆机械压力机摆杆与平面三角架处进行间隙较动力学仿真，在平衡力全程小于被平衡质量(滑块、导柱、连杆、轴瓦和上模等质量)重力时，多连杆结构会在发生换向冲击。
(3)确定了机械压力机多连杆机构的测点：对于六连杆压力机选取连杆与平面三角架连接处、偏心轮与平面三角架连接处、摆杆与平面三角架连接处共三处测点，对于八连杆压力机选取连杆与平面三角架连接处、偏心轮与平面三角架连接处、上摆杆与上拉杆连接处、下摆杆与下拉杆连接处、下摆杆与平面三角架连接处共五处测点。参照图3，凸轮开关用于监测压力机滑块的位置，其转速与上横梁箱体内输出轴转速相同，故可用于键向触发。键向传感器安装位置为凸轮开关机械齿轮箱与机械凸轮间联轴器处，该联轴器常采用齿型联轴器，需要轴向固定。因此将轴向固定用的开口销换为螺栓，可同时满足轴向固定及键向触发两种用途。参照图4，振温一体传感器安装位置为：7为平面三角架与连杆连接处，安装在平面三角架上；8为平面三角架与偏心轮连接处，安装在平面三角架上；9为平面三角架与摆杆连接处，安装在平面三角架上。参照图5，上横梁箱体内部“主分配器”安装在平面三角架上，其供油管线固定在内箱壁上，由橡胶软管接至进油口。可将三个测点(连杆与滑块连接处依靠浸油润滑，无法也无需设置测点)的传感器线缆沿润滑管线接至内箱壁，经由中间轴轴承座窥视盖伸出箱体外。同时为确保传感器安装不影响设备拆卸维修，将传感器线缆在合适位置接航空插头，拆装时由航空插头处断开，返装时根据线缆标签回装。
进一步的，步骤2中，采用碰撞铰模型对多连杆机构每一个连杆销位置进行仿真，仿真在不同间隙和不同平衡力作用下的换向冲击对应的曲柄转角，并通过样条曲线拟合出换向冲击对应曲柄转角与磨损间隙及平衡力的关系曲线。
进一步的，步骤4中，需要在生产线上记录压力机所负责所有模具的上模重量，并经点动实验测出各冲压过程对应的曲柄转角。具体做法是：点动至信号峰值对应的角度，观察当前模具接触的部位，并进行修正，最终得到一套模具各冲压过程对应的曲柄转角。
进一步的，步骤6中，曲柄转角与磨损间隙、平衡力二者相关，首先判断信号对应模具，根据正交匹配得到的脉冲信号找出各冲压过程发生时刻，根据键相信号将脉冲信号转至角域中，与各冲压过程所对应的曲柄转角求得欧式距离，找出最相似的模具的冲压过程，由此判断当前信号所对应的模具实际模具。根据所记录的上模重量，在换向冲击对应曲柄转角与磨损间隙及平衡力的关系曲线中找到对应上模重量(即对应平衡力)作用下的磨损间隙与换向冲击对应曲柄转角的关系曲线，并根据当前振动信号中换向冲击对应的曲柄转角给出磨损参考值。
进一步的，步骤6中，连杆润滑状态，包括供油频率及油压。截取非冲压段信号，通过小波包分解得到润滑油膜固有频率段，之后采用正交匹配分配器末端脉动油压供油信号，脉动油压信号间隔即为脉动油压周期。之后根据仿真得到的连杆销受力对脉动油压信号峰值进行归一化，得到消除载荷影响的脉动油压信号，根据信号峰值和能量判断当前脉动油压。
进一步的，步骤7中，在角域内通过正交匹配得到下死点处的脉冲信号，该信号由上下模具限位块接触所产生。在生产线上实测得到不同上下模具间隙条件下的振动信号，结合正交匹配的脉冲信号峰值和能量，得到上下模具间隙值与脉冲信号峰值和能量的关系曲线。之后根据同一天内同一模具的平均脉冲信号峰值及能量，判断当前上下模具间隙值参考值。
