液壓機(jī)發(fā)展趨勢淺談

楊國強(qiáng)

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司鍛造廠，陜西寶雞 721014）

0 引言

液壓機(jī)是指以高壓液體（油、乳化液）傳遞工作壓力的鍛壓機(jī)械。液壓機(jī)具有行程可變、工作壓力高、工作平穩(wěn)等優(yōu)點。液壓機(jī)容易達(dá)到最大較大的鍛造深度，適合大鍛件生產(chǎn)，可以在液壓機(jī)上進(jìn)行開坯、鐓粗、切斷、拔長等工序。液壓機(jī)主要包括水壓機(jī)和油壓機(jī)。某些彎曲、矯正、剪切機(jī)械也屬于液壓機(jī)一類。工業(yè)部門常用的液壓機(jī)就是油壓機(jī)和水壓機(jī)，他們既有聯(lián)系又有區(qū)別，不同主要包括工作介質(zhì)、傳動方式、控制方式及機(jī)械結(jié)構(gòu)等。但他們的工作原理一致，都是依靠液體的靜壓力來完成工作的。

寶鈦集團(tuán)鍛造廠自20 世紀(jì)60年代開始陸續(xù)投產(chǎn)了12.5 MN水壓機(jī)、31.5 MN 水壓機(jī)、25/31.5 MN 快鍛機(jī)、100 MN 自由鍛液壓機(jī)。這些設(shè)備中12.5 MN 和31.5 MN 立式鍛造水壓機(jī)基本相似，機(jī)械結(jié)構(gòu)類似，只不過后期對31.5 MN 操作系統(tǒng)、和電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，以適應(yīng)現(xiàn)代化的生產(chǎn)要素。25/31.5 MN 和100 MN 自由鍛壓機(jī)都是引進(jìn)德國的進(jìn)口裝備，他們在設(shè)計理念、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方式上有很大不同。

在本文中，液壓機(jī)特指自由鍛造壓機(jī)，它為國民經(jīng)濟(jì)很多部門提供了關(guān)鍵的產(chǎn)品，例如三峽發(fā)電機(jī)組的電機(jī)主軸、核電站主反應(yīng)器、大飛機(jī)起落架等。作為有色金屬加工行業(yè)一名普通科技人員，只有不斷關(guān)注液壓機(jī)行業(yè)的發(fā)展動向，研究該行業(yè)的重大問題，才能縮小與世界先進(jìn)水平的差距，才會更好、更全面地掌握液壓機(jī)方面的專業(yè)知識。

1 液壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1.1 梁

水壓機(jī)本體（主機(jī)）是指三梁、四柱、液壓缸等部件以及這些部件的連接方式及特點。三梁是指：上橫梁、活動橫梁、下橫梁（也稱底座），四柱指四根立柱、缸體主要有主缸、提升缸、工具工作缸等。中小型水壓機(jī)一般是傳統(tǒng)的三梁四柱式結(jié)構(gòu)（圖1）。橫梁是液壓機(jī)的重要部件，其外形輪廓尺寸很大，為了節(jié)約金屬一般做成空心箱體結(jié)構(gòu)，中間假設(shè)筋板，在安裝各種缸、柱塞及立柱的地方做成圓筒形，在承載大的地方加密筋，這樣可以提高亮的剛度、降低局部應(yīng)力。梁一般也是按照整體鑄件制造，現(xiàn)在工藝也比較成熟。由最開始采用焊接的方法制造梁開始，一步步地掌握了整體鑄件的制造方法，但國內(nèi)制造大型鑄件的水平還有待提高，100 MN 下拉式自由鍛壓機(jī)梁都超過200 t（單重），國內(nèi)要制造這樣的大型鑄件還不成熟。需要相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員來消化吸收在創(chuàng)新來發(fā)展我國的大型鑄件技術(shù)。

1.2 立柱

圖1 水壓機(jī)結(jié)構(gòu)

立柱一般由35#或者45#鍛造制成，立柱式機(jī)架的主要支撐件和受力件。12.5 MN、31.5 MN 均采用四柱式結(jié)構(gòu)，活動橫梁在上、下梁之間，中大型水壓機(jī)的立柱一般做成空心的，一個作用是可以作為壓機(jī)回水的“通路”，立柱還有另一個重要作用就是導(dǎo)向，各種液壓機(jī)的導(dǎo)向方式不盡相同，12.5 MN 和31.5 MN 是圓立柱導(dǎo)向套的工作方式，導(dǎo)向套一般安裝在活動橫梁內(nèi)，此種結(jié)構(gòu)較為落后，是因為該套磨損后、無法補(bǔ)償間隙、導(dǎo)向精度低、無法調(diào)整，圓立柱還可導(dǎo)致動梁的定位精度及鍛件尺寸精度很低，大大降低了鍛件利用率。為了提高鍛件的尺寸精度，20 世紀(jì)70年代后期出現(xiàn)了方立柱平面可調(diào)間隙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，25/31.5 MN 和100 MN 液壓機(jī)就是這種結(jié)構(gòu)（圖2）：動梁內(nèi)安裝可沿導(dǎo)向面法向調(diào)整立柱間隙的導(dǎo)向板，也可在路住上安裝耐磨的導(dǎo)向滑板。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點較多：導(dǎo)向滑板間隙可調(diào)，且可方便的更換。此結(jié)構(gòu)是面接觸受力情況較好，運行平穩(wěn)且無卡滯可能。其導(dǎo)向精度較圓立柱導(dǎo)向套形式高的多，動梁的定位精度高，所以鍛件的尺寸精度也高。一般情況下其精度在3 mm 以內(nèi)，但其也有缺點：方立柱滑板形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴。所以，液壓機(jī)立柱從圓立柱導(dǎo)向套形式發(fā)展到方立柱滑板形式是很大的進(jìn)步，但在具體生產(chǎn)實踐中究竟怎么選擇還需要綜合考慮各種因素。液壓機(jī)的立柱受力情況復(fù)雜，它的受力方式和本體的結(jié)構(gòu)方式密切相關(guān)。

1.3 結(jié)構(gòu)形式

12.5 MN 和31.5 MN 液壓機(jī)都是傳統(tǒng)的三梁四柱的局部預(yù)緊框架結(jié)構(gòu)形式，所謂的預(yù)應(yīng)力框架，就是液壓機(jī)沒有工作的狀況下在框架內(nèi)部已經(jīng)存在預(yù)緊應(yīng)力。其上下梁、4 個立柱以及16 個立柱螺帽組成一個封閉框架，立柱主體部分承受拉彎聯(lián)合應(yīng)力，立柱受力情況復(fù)雜。國內(nèi)也發(fā)生了很多立柱折斷的不安全事故，修復(fù)往往需要數(shù)月甚至更長的時間，為了提高液壓機(jī)本體部分的安全性和可靠性，現(xiàn)在大型液壓機(jī)向全預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)形式發(fā)展。框架式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是剛性好、導(dǎo)向精度高、疲勞能力強(qiáng)，但其也有明顯的缺點，如制造成本高、操作不如梁柱式方便等。隨著科技的發(fā)展，寶雞鈦業(yè)股份有限公司引進(jìn)了25/31.5 MN 油壓機(jī)后液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了變化。上梁底梁、活動橫梁、兩件立柱、兩件拉桿靠4 個液壓螺母組成一個預(yù)應(yīng)力框架，此種結(jié)構(gòu)有剛度大、立柱承載小，拆卸方便等優(yōu)點。近年公司引進(jìn)了德國潘克公司100 MN 下拉式雙立柱液壓機(jī)，該設(shè)備解決了大規(guī)格坯料、鍛件等方面的生產(chǎn)問題。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)為全預(yù)應(yīng)力框架，由上、下梁、兩件方立柱、16 件預(yù)應(yīng)力拉桿（包括32件超級螺母）組成的。100 MN 液壓機(jī)全預(yù)應(yīng)力框架是行業(yè)現(xiàn)在發(fā)展的趨勢代表著行業(yè)最高技術(shù)水平，其主要的優(yōu)點有：框架整體剛度好，立柱受力情況好、壽命長，但投資較大，25/31.5 MN和100 MN 壓機(jī)的結(jié)構(gòu)就是這種。由圖3 可以看到，局部應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)力脈動很大，而預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力就“平緩”了很多。為了使液壓機(jī)工作平穩(wěn)，要對液壓機(jī)的框架進(jìn)行預(yù)緊這樣可以使液壓機(jī)工作時螺母與梁之間始終存著預(yù)緊應(yīng)力，使框架為一個整體，增加了設(shè)備的整體剛度。液壓機(jī)預(yù)緊方式主要有3 種：淤超壓預(yù)緊，利用設(shè)備自身的工作載荷達(dá)到預(yù)緊目的；于液壓拉申預(yù)緊，利用設(shè)備的液壓力對拉桿直接施加外力（在拉桿彈性變形區(qū)間）而產(chǎn)生一個預(yù)應(yīng)力，通過計算計算出拉桿需要的變形量，然后緊固螺母即可；盂加熱預(yù)緊，利用外加熱方式，將立柱加熱，立柱受熱變形伸長（由預(yù)應(yīng)力大小通過計算可得伸長量，從而計算出加熱溫度），擰緊螺母冷卻后就產(chǎn)生需要的預(yù)緊力。

圖2 方立柱導(dǎo)向裝置

圖3 立柱受力分析

2 控制方式探討

傳統(tǒng)的水壓機(jī)基本上都是泵和蓄勢器的傳動方式，在自動化程度、控制的精確性等方面略顯不足。而25/31.5 MN 油壓機(jī)采用變量液壓泵和定量液壓泵為閥控方式直接驅(qū)動，100 MN液壓機(jī)是泵控方式，它們在設(shè)計理念和節(jié)能環(huán)保方面更是優(yōu)勢凸顯。這其中伺服控制技術(shù)、綠色節(jié)能技術(shù)、集成化技術(shù)等高科技都已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。

2.1 伺服控制技術(shù)

水壓機(jī)以乳化液為介質(zhì)，近些年也都加以改造變?yōu)樗欧姍C(jī)直接驅(qū)動搖桿軸控制分配閥芯最終控制壓機(jī)各個動作的目的。它明顯地降低了勞動強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。25/31.5 MN 液壓機(jī)就是采用伺服控制技術(shù)。伺服控制技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的一種精密驅(qū)動技術(shù)，其核心技術(shù)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控制量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化而變化。伺服控制技術(shù)無疑是一種科技進(jìn)步。另外，現(xiàn)在閥集成化程度也越來越高，導(dǎo)致伺服閥集集成化、智能化技術(shù)于一體，越來越適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的要求，對提高產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.2 泵控技術(shù)

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了泵控技術(shù)，其工作原理是：液壓泵（軸向柱塞泵）一個油口連接著壓機(jī)主工作缸進(jìn)油口，而提升缸回油口連著液壓泵的另一個油口，這樣就完成了加壓，提升缸的回油直接到了液壓泵里，而不像其他壓機(jī)一樣會回到油箱去，相反液壓機(jī)為提升動作時從主缸回來的液壓油會進(jìn)入液壓泵然后到提升缸，這一點很類似液壓上的閉式回路。然而這是一項新的“技術(shù)革命”，其最大的優(yōu)勢就是非常節(jié)能環(huán)保，符合當(dāng)下時代的潮流。

3 結(jié)論

鍛造液壓機(jī)是國民經(jīng)濟(jì)離不開的大國重器，科技人員應(yīng)該學(xué)好它、用好它，使我國的鍛造液壓機(jī)制造、使用水平達(dá)到國際先進(jìn)行列。具體到某個行業(yè)如何選擇合適的液壓機(jī)，還需要統(tǒng)籌考慮。