机械压力机六连杆机构优化设计探究

包 钰

（靖江市规划局，靖江 214500）

一直以来，连杆机构在工业生产过程中的应用十分广泛，将六连杆机构应用在机械压力机中，可以实现较小的偏心距，并形成较大的滑块。在工件的塑性变形区，滑块工作速度较低，能有效防止裂纹产生，延长模具使用寿命，防止生产时因为冲击造成的振动与噪音。机械压力机六连杆机构和连杆机构之间的运动规律相似，参数中呈现出非线性关系，想要让机械压力机六连杆机构得到优化尤为艰难，需要从多个角度计算，实现高精度优化。

1 机械压力机的性能要求

机械压力机有低速锻冲特性，想要让机械压力机的滑块获得允许范围内的最大速度，锻冲阶段的工作速度应小于最大速度，应用板材拉延工艺使，不同的材质会有不同的最大速度，如低碳钢的速度为400mm/s，不锈钢每秒190mm/s，纯铝800mm/s；机械压力机有急回特性，零件在工厂内被大批量生产时，滑块行程次数也是技术性能参数，由于机械压力机有不同的规格，滑块运行时行程次数也会不同，有的是每分钟十几次，有的是每分钟几千次，机械压力机的生产率与滑块行程次数之间呈现正比例关系，工件塑性变形时，机械压力机滑块低速运行中，滑块下行时间增加，想要保证机械压力机滑块行程次数不会因此降低，就要缩短机械压力机滑块向上回程的时间，并提高速度，所以，机械压力机的性能要求中也有急回特性[1]。

2 机械压力机六连杆机构的运动分析

2.1 位移分析

在本文对机械压力机六连杆机构的运动分析中，机构如图1所示，首先探究该机械压力机六连杆机构的位移运动情况，0是整个坐标轴的原点，X轴为水平方向，Y轴为垂直方向，E点的坐标就是（a,b），OA杆和垂直的Y轴之间有个夹角，我们设定夹角为θ，杆的长度为R1，A点的坐标为（R1sinθ，R1cosθ），经过计算得知当夹角为180°时，四点共线，AE与X轴之间负方向的夹角为arcsin((YAYE)/LAE)，这个时候ABE形成一个三角形，从三角形的公式中可以计算出BE与AE之间的夹角，并由此分析出B点的坐标公式如下：XB=XE+R2cos∠BEX；YB=YE+R2sin∠BEX，∠ BAY=arccos（（YB-YA）/L1），杆 AC和 Y轴之间的夹角公式为∠CAY=∠BAY+∠BAC。因此，C点的坐标公式为：XC=XA-L2sin∠ CAY；YC=YA-L2cos∠ CAY， 最 终 分 析机械压力机六连杆位移时，D点在Y轴上的坐标公式为YD=R1(1+cosθ)+L2(1-cos ∠ CAY）+L3（1-cos ∠ CDY）。

图1 机械压力机六连杆机构

2.2 速度分析

探究机械压力机六连杆机构的速度运动情况，依旧从图1上寻找已知参数，OA围绕着坐标轴的原点进行运动，A的速度方向与OA杆呈现垂直关系，BE杆绕着坐标轴上的E点运动，B的速度和方向与BE垂直，ABC速度瞬心坐标公式如下：XABCVC=XA(bXB+aYB)/(XAYB+XAb+aYA-YAXB）；YABCVC=YA(bXB+aYB)/(XAYB+XAb+aYA-YAXB)，坐标轴的原点和ABC速度瞬心在AB的侧面，ABC转动的方向和OA方向一样[2]。

3 机械压力机六连杆结构优化设计研究

想要使机械压力机六连杆机构得到优化设计，在得知机械压力机六连杆机构运动规律的同时，还要采用建模的方式实现，并使机械压力机六连杆机构的运动可以符合锻冲要求，锻冲阶段条件下，机械压力机滑块的运行速度应最小，生产企业在施工过程中会以经济效益为主，尽可能提高经济收入，保证机械压力机各个杆之间长度最小，机械压力机的滑块行程次数高于机械压力机六连杆机构设计要求，无论是机械压力机的滑块行程，还是传动角都要符合机械压力机六连杆机构的设计要求。假如机械压力机滑块的最大行程是1000mm，传动角不应该大于18°。机械压力机六连杆机构在进行优化设计时，首先要做好设定的目标工作，因为在机械压力机六连杆机构优化时，直接降低机械压力机的滑块速度降低，或者将机械压力机中各个杆的长度减小是无法得到准确结果的。建议选取优化目标时可以用加权系数，这样机械压力机的滑块速度和连杆长度是不同的，数量级也不一样，机械压力机六连杆机构优化时，数量级较大的机械压力机六连杆机构优化目标就会太过强势，得到的结果可能不会令人满意。

如果从经济角度思考机械压力机六连杆机构的优化设计，可以尽可能减少机械压力机上各个杆的长度和，但这样会对机械压力机六连杆机构优化算法的搜索方向造成一定影响，无法得到合理的机械压力机六连杆机构优化设计方案，因此，本文就使用如下方法完成机械压力机六连杆机构的优化设计。使用SiPESC.OPT作为方法对机械压力机六连杆机构进行优化求解，这是一种软件系统，使用的是面向对象方法，应用插件技术，为机械压力机六连杆机构的优化设计构建了一个可以实现通用的优化软件，能够用在解决多个目标或非线性机械压力机六连杆机构优化问题，设计的变量有连续型，也有离散型。如果机械压力机六连杆机构的优化模型属于非线性，可以使用SLP和SQP作为优化算法，先解决局部问题，再解决整体问题[3]。

4 总结

总而言之，随着社会经济的发展和科学技术的进步，工业生产中不仅重视经济效益的增长，更需要重视生产质量与生产效率，机械压力机六连杆机构的优化设计，首先要从实际问题中建立科学合理的机械压力机六连杆机构优化模型，如果问题属于非线性优化问题，可以根据算法的特点，使用SLP和SQP等方法相结合，得到预期的优化结果，对实际的机械压力机六连杆机构优化设计有所帮助。