水壓機(jī)水改油的關(guān)鍵技術(shù)研究

郭曉鋒　段麗華　蘇振華

摘? 要：水壓機(jī)的控制精度較差，普遍存在控制精度差，設(shè)備故障率高、能耗高，系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重等問(wèn)題。將水壓機(jī)改造成油壓機(jī)，能全面提升壓機(jī)性能，提高生產(chǎn)效率，降低維護(hù)維修成本和能耗。重點(diǎn)介紹了水改油的關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)水改油工程實(shí)踐表明：將老舊水壓機(jī)改造升級(jí)成為油壓機(jī)，能全面提升設(shè)備性能，提高生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗;實(shí)現(xiàn)新的功能和工藝，有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)新產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：水壓機(jī);泵-蓄勢(shì)器傳動(dòng);油泵直接傳動(dòng);水改油

新中國(guó)成立后，我國(guó)建造了一大批重型水壓機(jī)，這些水壓機(jī)采用水泵蓄勢(shì)站傳動(dòng)，以手動(dòng)操作為主，設(shè)備精度較差，存在設(shè)備能耗高，產(chǎn)品成品率低，設(shè)備故障率高，系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重等問(wèn)題[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展，這些老舊水壓機(jī)愈發(fā)顯得能耗高、效率低，精度差，環(huán)境友好度差，維修維護(hù)頻率高。同時(shí)，隨著我國(guó)大飛機(jī)、重載火箭等項(xiàng)目的實(shí)施，新的產(chǎn)品及工藝對(duì)液壓機(jī)提出了更高的要求，如產(chǎn)品尺寸精確控制等。因油壓機(jī)具有低能耗、高精度等特點(diǎn)，將水壓機(jī)改造成油壓機(jī)，成為諸多廠家的迫切需求。

1水改油的突出優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)水改油技術(shù)將老舊水壓機(jī)改造升級(jí)成油壓機(jī)，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有更高的控制精度。水壓機(jī)采用的泵—蓄勢(shì)器傳動(dòng)近似為恒壓力傳動(dòng)，壓機(jī)工作速度與鍛件變形抗力有關(guān)，控制精度難以保證;而水改油后采用高精度變量油泵直接傳動(dòng)，速度根據(jù)需要由油泵的供油量決定，與產(chǎn)品的變形抗力無(wú)關(guān)，壓機(jī)控制精度高。

（2）具有更長(zhǎng)的壽命和更低的維護(hù)成本。水壓機(jī)高壓水沖擊嚴(yán)重，不可避免的造成水蝕，使水閥維護(hù)頻繁。而液壓油自身具有潤(rùn)滑和防銹作用，整個(gè)液壓元件及系統(tǒng)壽命遠(yuǎn)大于水系統(tǒng)，設(shè)備維護(hù)維修頻率和成本大幅降低。

（3）油壓機(jī)能效更高。水壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自蓄勢(shì)罐，而蓄勢(shì)罐需一直保持在高壓狀態(tài)，高壓水對(duì)閥體沖擊較大，存在較大的能量損失。油壓機(jī)能做到按需輸出能量，能效更高，且無(wú)水資源浪費(fèi)。

2水改油的關(guān)鍵技術(shù)

2.1主機(jī)修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)

油壓系統(tǒng)對(duì)主機(jī)的精度、密封等方面有更高的要求，而老舊水壓機(jī)因水系統(tǒng)的腐蝕，設(shè)備的主缸、柱塞等關(guān)鍵零件都銹蝕嚴(yán)重，密封泄漏量非常大。對(duì)主機(jī)關(guān)鍵零部件進(jìn)行修復(fù)，使其能夠適用油壓系統(tǒng)是水改油的重要環(huán)節(jié)。

（1）表面修復(fù)技術(shù)。對(duì)柱塞、缸體等關(guān)鍵零部件拆除加工修復(fù)，對(duì)柱塞表面、缸體密封面采用堆焊后再精加工的方式進(jìn)行修復(fù)，提高零件的精度和表面質(zhì)量，減小設(shè)備運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，大幅提升了設(shè)備的使用壽命。

（2）大型銅套高精度加工技術(shù)。更換壓機(jī)主缸導(dǎo)向銅套是恢復(fù)壓機(jī)機(jī)械精度的重要環(huán)節(jié)，而大型壓機(jī)的銅套具有直徑大、壁厚薄的特點(diǎn)，且銅合金材質(zhì)相對(duì)比較軟，在加工時(shí)易發(fā)生變形。針對(duì)大型薄壁銅套等關(guān)鍵鑄銅件，創(chuàng)新加工工藝，在加工時(shí)采用多次釋放應(yīng)力、多道次加工的方式，能有效控制銅套加工變形量，保證了大型銅套的加工精度。

（3）現(xiàn)場(chǎng)除銹修復(fù)技術(shù)。老舊水壓機(jī)經(jīng)過(guò)多年的使用，原水系統(tǒng)對(duì)設(shè)備銹蝕非常嚴(yán)重，很多重要零件無(wú)法拆下返廠加工，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行除銹和補(bǔ)焊修復(fù)。針對(duì)不同的零部件、不同的銹蝕度采用不同的除銹方法，包括人工打磨、干冰除銹、化學(xué)酸洗等多種方式，形成了一套有效的現(xiàn)場(chǎng)除銹修復(fù)技術(shù)，并對(duì)裂紋等缺陷設(shè)計(jì)專用加熱裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊修復(fù)。

2.2高效高精度液壓控制技術(shù)

針對(duì)不同壓機(jī)和生產(chǎn)工藝要求，設(shè)計(jì)全新的油泵直接傳動(dòng)閥控液壓系統(tǒng)，包括油泵站、泵頭閥站、執(zhí)行閥站、先導(dǎo)控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、充液系統(tǒng)等。對(duì)原主工作油缸，采用高頻響的比例閥或者伺服閥提高響應(yīng)速度，提高設(shè)備的速度和位置控制精度。通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)大型壓機(jī)的超低速的高精度控制，滿足產(chǎn)品極端制造工藝對(duì)壓機(jī)工作速度控制的要求。對(duì)于超大的移動(dòng)橫梁，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不僅要建立運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)，還需考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不同步，需要設(shè)計(jì)專門的同步系統(tǒng)，提高超大移動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)的同步精度，避免對(duì)設(shè)備的損壞。

2.3設(shè)備智能化及工藝數(shù)據(jù)庫(kù)

經(jīng)水改油技術(shù)升級(jí)后的壓機(jī)，在最新電氣和液壓控制系統(tǒng)技術(shù)支撐下，設(shè)立相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)和反饋處理機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)整機(jī)設(shè)備的精細(xì)化控制，全面提升設(shè)備的自動(dòng)化水平。在安全控制方面，可以引入更多的連鎖和保護(hù)機(jī)制，對(duì)于出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象能夠及時(shí)的報(bào)警，對(duì)于出現(xiàn)泄漏等事故時(shí)能夠自動(dòng)判斷和執(zhí)行相關(guān)操作，最大程度的減少損失和實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。同時(shí)，建立能耗監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程記錄系統(tǒng)和產(chǎn)品管理系統(tǒng)等，全面提高設(shè)備的智能化。

新的電控系統(tǒng)能夠?qū)Υ罅康纳a(chǎn)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、篩選和處理，并快速建立和優(yōu)化工藝路線，通過(guò)對(duì)不同材料的塑性變形進(jìn)行研究和在設(shè)備上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，大量的研究積累，進(jìn)而建立改油壓機(jī)的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。

3水改油技術(shù)的最新應(yīng)用

近年來(lái)，中國(guó)重型機(jī)械研究院積極開展水改油技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣，目前已成功完成了西南鋁125MN擠壓機(jī)和100MN多向模鍛水壓機(jī)的水改油升級(jí)，為今后大型水壓機(jī)改造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

3.1基于水改油的新功能、新工藝的應(yīng)用

得益于油壓系統(tǒng)的高可控性，水壓機(jī)改造成為油壓機(jī)后，可以應(yīng)用更先進(jìn)的控制技術(shù)，全面提高控制精度，可實(shí)現(xiàn)更多的新工藝和功能。如改造后的125MN擠壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了擠壓桿、擠壓筒速度高精度控制和有效摩擦擠壓，成功應(yīng)用穿孔針?biāo)俣瓤刂萍夹g(shù)及液壓固定針技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了反向擠壓和變徑管擠壓功能[2]。改造后的100MN模鍛壓機(jī)恢復(fù)了垂直與水平方向的多向模鍛，實(shí)現(xiàn)了水平對(duì)中功能和水平非對(duì)稱鍛造;同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了0.01mm/s～0.05mm/s的超低速等溫模鍛[3]。這些新功能、新工藝的應(yīng)用，大幅提升了產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，極大的豐富了產(chǎn)品品類。

3.2水改油的效果和經(jīng)濟(jì)效益

油泵直接傳動(dòng)平均功率消耗僅為水泵蓄勢(shì)器傳動(dòng)平均功率消耗的1/4～1/2，油壓機(jī)的綜合效率可達(dá)70%～86%，而水壓機(jī)的綜合效率僅為19%～48%[4]。

以125MN壓擠壓水改油技術(shù)升級(jí)為例，通過(guò)改造提高了擠壓筒、擠壓桿的速度控制精度，從而提升了產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。該擠壓機(jī)改造前月產(chǎn)量在700噸左右，升級(jí)后月產(chǎn)量達(dá)到1200噸以上，產(chǎn)能提升達(dá)70%。改造后的成品率也有大幅提高，2015年～2017年改擠壓機(jī)生產(chǎn)的某重點(diǎn)航空鋁型材的成品率在60%～68%之間，而水改油后的第一年2019年成品率即達(dá)到83.4%。由于油泵直接傳動(dòng)系統(tǒng)具有更高的綜合效率，改造后其噸產(chǎn)品平均用電量下降30%以上。該擠壓機(jī)的改造費(fèi)用僅為投資同等規(guī)模新設(shè)備費(fèi)用的20%～30%，而升改造后的設(shè)備在增產(chǎn)、節(jié)能、維護(hù)等方面產(chǎn)生的效益在投產(chǎn)一年后即已達(dá)到改造費(fèi)用，投資回收期僅一年時(shí)間，為用戶帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4結(jié)論

通過(guò)水改油技術(shù)可對(duì)老舊水壓機(jī)進(jìn)行改造升級(jí)，全面提升設(shè)備性能，降低能耗，提高生產(chǎn)效率;水改油后的壓機(jī)能實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用更多新的功能和工藝，有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)新產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]? 高峰，郭為忠，宋清玉，等.重型制造裝備國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010（3）：92-106.

[2]? 張君，侯永超，楊紅娟，等.125MN水改油擠壓機(jī)改造關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2019（4）：10-17.

[3]? 楊紅娟，楊大祥，薛菲菲，等.10000t多向模鍛水壓機(jī)改油壓機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鋁加工，2019（6）：19-22.

[4]? 俞新陸.液壓機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.