現(xiàn)代自由鍛造液壓機的技術(shù)經(jīng)濟性分析——從鍛件生產(chǎn)經(jīng)濟性要求看自由鍛造液壓機的發(fā)展趨勢

1、現(xiàn)代自由鍛造液壓機的技術(shù)經(jīng)濟性分析從鍛件生產(chǎn)經(jīng)濟性要求看自由鍛造液壓機的發(fā)展趨勢決策參文章編號:16749146(2010)12-0051-06現(xiàn)自由鍛造液壓機技術(shù)經(jīng)濟掛分析從鍛件生產(chǎn)經(jīng)濟性要求看自由鍛造液壓機的發(fā)展趨勢郭玉璽(太原重工股份有限公司技術(shù)中心,山西太原030024)摘要:從鍛件生產(chǎn)的經(jīng)濟性觀點出發(fā),對現(xiàn)代自由鍛造港機_油泵謠傳動_雙柱斜置式預(yù)機架自由鍛造液壓機及其成套裝備的技術(shù)性能,經(jīng)濟性滿足度及其發(fā)展方向進行了探討和分析,以期有助于鍛造行業(yè)向節(jié)能節(jié)材晦耗的低碳經(jīng)濟良&.提高奇國鍛惜生產(chǎn)的整體技朱永平.|關(guān)鍵包由鍛迄液r玉機;技朱經(jīng)濟牲|年圖分類號TG316支赫褥

2、志碼A|1現(xiàn)狀與需求從1893年世界第一臺12600t自由鍛造水壓機在美國建成以來,萬噸級液壓機就一直占據(jù)著大型高強度零件鍛造的核心裝備地位,成為一個國家工業(yè)實力的象征.中國鍛造行業(yè)從1953年太重,沈重相繼裝備1000t和2000t水壓機開始,經(jīng)過近60年的發(fā)展,盡管還有重量眾多的各類鍛錘,但水壓機一直是大型鍛件生產(chǎn)的主導(dǎo)設(shè)備.有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,中國現(xiàn)有自由鍛造液壓機210臺以上.其中30多臺為近7年來增加的25MN以上噸位級別的新一代自由鍛造液壓機,80MN185MN級的超過10臺,而且為數(shù)不少的大壓機還在繼續(xù)增加.除幾臺基于對原有系統(tǒng)的利用和改造,仍沿用了水泵一蓄勢器傳動系統(tǒng)外,90%以上

3、采用了油泵直接傳動的全液壓控制系統(tǒng),并且都配置了先進的全液壓軌道式鍛造操作機和其他機械化輔助裝置.這些舉世矚目的成就,集中體現(xiàn)了中國裝備制造業(yè)巨大的技術(shù)進步,不僅自由鍛造液壓機的數(shù)量,等級和裝備水平達到了世界領(lǐng)先水平,而且,極大地提高了大鍛件的制造能力,生產(chǎn)的技術(shù)含量高和質(zhì)量要求高的大型鍛件產(chǎn)品已經(jīng)替代進口產(chǎn)品,使中國的鍛件產(chǎn)量位居世界之首,進入了世界大鍛件生產(chǎn)大國行列.但不可忽視的是.中國仍有100臺左右的水壓機是20世紀50年代到90年代制造的.這些水壓機結(jié)構(gòu)大都是j梁四柱式.技術(shù)水平低,設(shè)備精度差,張力柱斷裂,橫梁開裂的事故時有發(fā)生;傳動形式為水泵一蓄勢器傳動,無功功率損耗大,水資源浪費

4、嚴重:操縱方式為接力器控制的提閥分配器,操控水平落后,鍛件尺寸精度和生產(chǎn)效率低;配套工藝裝備效率低,工模具搬運更換處理時間長,鍛造車間能耗高.為提高鍛造行業(yè)的整體技術(shù)水平,適應(yīng)鍛造車間裝備現(xiàn)代化和鍛件生產(chǎn)經(jīng)濟性要求.開發(fā)研制新型結(jié)構(gòu)和和傳動系統(tǒng)的鍛造液壓機設(shè)備,更新傳統(tǒng)水壓機的結(jié)構(gòu),操控系統(tǒng)和配套設(shè)施的技術(shù)改造,滿足使用工藝,降低功能消耗和利于操作維護,實現(xiàn)鍛件最終成形是一個必然的發(fā)展方向.2現(xiàn)代自由鍛造液壓機的技術(shù)經(jīng)濟性分析2.1重要的關(guān)注點新一代自由鍛造液壓機采用的是油泵直接傳動的全液壓控制系統(tǒng),它取代了傳統(tǒng)的水泵一蓄勢器傳動.該技術(shù)在世界發(fā)達國家二十多年前就已經(jīng)在鍛造壓機上得到應(yīng)用.在中

5、國軍工,航空,冶金,石化,船舶,汽車,鐵路等行業(yè)工廠的壓力加工車間,油壓機和油泵站驅(qū)動裝置的應(yīng)用也非常廣泛,數(shù)量一點都不比水壓機少,很多制造工藝尤其適用收稿日期:20100930;修回日期:201011-09作者簡介:郭玉璽(1948一),男,山西長子人,教授級高級工程師,主要從事金屬塑性成形設(shè)備與工藝研究Email:gyuxisohucom.科掊倒葡復(fù)圭!2ooq-12月總第203期,一一051策參考于采用油壓控制系統(tǒng).究竟油泵直接傳動系統(tǒng)是否適用于自由鍛造壓機,如何看待一個競爭力極強的現(xiàn)代自由鍛造油液壓機的角色和地位,應(yīng)該說,重要的關(guān)注點在于從鍛件生產(chǎn)的經(jīng)濟性觀點出發(fā),對現(xiàn)代自由鍛造油液壓

6、機的技術(shù)性和經(jīng)濟性進行客觀的分析和評價.所謂鍛件生產(chǎn)的經(jīng)濟性,是在確保安全與環(huán)保的前提下,以最低的耗費獲得最大的經(jīng)濟效果,包括生產(chǎn)效率,產(chǎn)品質(zhì)量,材料利用率和成本.鍛件生產(chǎn)的資源消耗受多方面因素影響,諸如鍛件的材,料,批量,用途和所使用的鍛造設(shè)備等,因而.以通常的噸鍛件能耗或萬元產(chǎn)值能耗來衡量經(jīng)濟效果會各有不同,甚至不可相比.然而,所購設(shè)備安裝前的一次性資本支出,雖然是以折舊的方式分攤到產(chǎn)品中的埋沒費用,但其技術(shù)性能及其對于鍛件生產(chǎn)的經(jīng)濟合理性影響卻是長期的,決定性的.是最重要的影響因素.它直接影響到設(shè)備投產(chǎn)后的剩余壽命周期費用,即輸入到設(shè)備的能源和維護的經(jīng)費支出.因而,以鍛件實際負荷的能耗和

7、設(shè)備的維護費用指標來評價鍛件生產(chǎn)的經(jīng)濟性更為合理.2.2油泵直接傳動系統(tǒng)的節(jié)能價值取向2_2.1傳動方式的演變鍛造壓機的傳動方式和控制技術(shù)隨著時代的技術(shù)進步在不斷地發(fā)生著變化.l9世紀,世界多采用能耗很高的蒸汽增壓器傳動的水壓機;20世紀,經(jīng)濟節(jié)能的新型水泵一蓄勢器傳動系統(tǒng)問世,大部分水壓機改為水泵一蓄勢器傳動;20世紀90年代后.高壓大流量油泵及液壓控制元件進入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,為鍛造壓機的傳動與控制技術(shù)進步奠定了基礎(chǔ):21世紀初以來,更為經(jīng)濟合理的油泵直接傳動系統(tǒng)開始大規(guī)模地應(yīng)用于自由鍛造液壓機,液壓操縱和控制系統(tǒng)開始廣泛采用電液伺服先導(dǎo)的二通式比例插裝閥控制,以及正玄泵閉式傳動系統(tǒng);電氣控制

8、系統(tǒng)采用工控機與PLC兩級控制和一人操作模式.因而使壓機的速度,位置和壓力得到精確的控制.實現(xiàn)了鍛造液壓機的自動化操作.由此可知.水泵一蓄勢器傳動并非鍛造壓機與生俱有,優(yōu)勝劣汰的設(shè)備技術(shù)進化同樣在自由鍛造加工領(lǐng)域是不可免的.2.2.2油泵直接傳動系統(tǒng)的適應(yīng)性自由鍛造生產(chǎn)中,”趁熱打鐵”的行話是一個永恒的真理,這也是所有金屬熱塑性成形工藝中普遍適用的一個準則.體現(xiàn)在液壓機上最為關(guān)鍵的兩個概念是力和速度.SCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY【-?-?-一一D52一一Dec一.20T0talNo.203對于力,水泵一蓄勢器傳動是”有多大的力使多大的勁”,與負

9、載大小無關(guān),即使是小型鍛件.或小變形量精整,或空負荷回程,總是消耗蓄勢器內(nèi)儲蓄的高壓水,隨著行程加大,壓力將下降10%15%;而油泵直接傳動是隨負載”量人為出”,功率消耗取決于工件的變形抗力,可滿噸位連續(xù)工作.對于速度,水泵一蓄勢器傳動升壓速度快,但隨負載抗力增大而降低,難以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié).節(jié)流調(diào)速能耗高;而油泵直接傳動有個短暫的建壓過程,工作速度與負載無關(guān),泵的流量有多少.可保持的速度就有多快,可通過泵的組合或變量泵調(diào)整的節(jié)能方式改變加壓速度.簡而言之,壓力取決于負載,流量決定速度.油泵直接傳動與控制系統(tǒng)對自由鍛造工藝的優(yōu)越性表現(xiàn)在,常鍛時.具有平穩(wěn)較快的可控的行程速度(包含空程和加壓行程),

10、通過油缸工作數(shù)量的選擇獲得更高的工作速度:軸類件精整時具有較高的快鍛頻次;通過自適應(yīng)負載抗力的大小可獲得恒功率控制;容易控制特殊鍛件的變形速率,提高鍛件的質(zhì)量;由活動橫梁即上砧的位置控制精度來保證高的鍛件尺寸精度,達到±l2Inm.所有這些都是在節(jié)能的條件下實現(xiàn)的,也是水泵一蓄勢器傳動很難做到的.同時,由于全液壓控制技術(shù)的應(yīng)用.鍛件尺寸自動測量,鍛砧行程自動控制及其與鍛造操作機的聯(lián)動控制,鍛造過程自動化才能得以實現(xiàn).這對于提高鍛件尺寸精度,材料利用率,提高生產(chǎn)效率和降低能源消耗和成本,具有舉足輕重的經(jīng)濟意義.2.2.3兩種系統(tǒng)的能耗和效率比較第53頁表1是一臺15MN鍛造液壓機在相同

11、壓下量,回程量和每分鐘相同鍛造次數(shù)條件下的各項指標比較,但兩種傳動系統(tǒng)的能耗和總效率截然不同.水系統(tǒng)總效率僅為30%40%,而油系統(tǒng)可在70%以上.水系統(tǒng)的平均消耗功率是油的2倍以上.而總效率卻是油的l/2.另據(jù)實測,同為30MN的鍛造水壓機,耗電大約為1.8kW?h,而鍛造油壓機則低于1.2kW?h.這就是國內(nèi)外新造的鍛造液壓機為什么極少采用水泵一蓄勢器傳動的原因.因此.從鍛件生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟性和節(jié)能降耗觀點看,即使大型和特大型自由鍛造液壓機,今后也不應(yīng)再采用水泵一蓄勢器傳動系統(tǒng).2.2.4兩種系統(tǒng)的可維護性比較由油泵直接傳動系統(tǒng)的負載特性可知,大量非工作時間.泵處于低壓空循環(huán)狀態(tài),系統(tǒng)管道中

12、的決策參表115MN鍛造液壓機指標比較表泵的流量泵的效率裝機功率鍛造力選擇功率消耗分配平均功率消耗總效率項目/L?min一/%/kW/MN/kW/kW/%15101O33086油泵直接800(允許傳動180090130%過載)1O705240825380150701548_水泵一蓄73.95(泵效率87%×600106006OO32勢器傳動900減速機效率85%)519壓力很低,加之采用高性能的密封件,以及油介質(zhì)良好的潤滑和防銹蝕性能,因而系統(tǒng)漏損極少,泵,閥,油缸,管件壽命長.造成火災(zāi)的可能性降為極低.一個可為”是油壓機就漏油”正名的佐證是,中國鍛壓協(xié)會于2009年10月組團赴日考

13、察.一個鍛造企業(yè)正在工作的7臺雙柱式鍛造油液壓機絕無一點漏油現(xiàn)象,隨機參觀40MN和8OMN的地下室油泵站時,地面和四壁全部用油漆涂裝,看不到一片裸露的水泥,摸不到一滴漏油和一點粉塵,管理的精細和到位的維護令人難以置信.反觀我國水壓機的泵站,從蓄勢器到主閥分配器的所有法蘭,管道中充滿了高壓水,應(yīng)力腐蝕大,抗疲勞眭能低,金屬墊密封性能差;加載和卸壓時的高壓水沖擊力大,壓機搖晃,活動橫梁運動精度差,導(dǎo)致主缸密封壽命低,人們習(xí)以為常的跑冒滴漏現(xiàn)象時時發(fā)生,令人嘆為觀止.由此足以見證,鍛造壓機并非只是水泵一蓄勢器傳動的專利.油壓機可以做到不漏油.而水壓機卻做不到不漏水.采用油泵直接傳動全液壓控制系統(tǒng),

14、可以在快速與噪音和振動一對矛盾之間實現(xiàn)一種技術(shù)上的平衡,但不能像操作鍛錘一樣隨心所欲.目前,高效率,高壓,大流量的油泵,閥,密封等基礎(chǔ)液壓件雖然在國內(nèi)是個空白,但并不成為制約發(fā)展油泵直接傳動系統(tǒng)的鍛造液壓機的瓶頸以設(shè)備技術(shù)參數(shù)相當?shù)腻懺煲簤簷C,采用水泵一蓄勢站,包括壓機操縱系統(tǒng)的造價與油泵直接傳動采用進口全部液控,電控裝置的造價大體相當,但是后者的使用壽命和大修維護時間間隔延長,大大降低了維修直接費用和間接費用支出.其中包括由于故障造成的減產(chǎn)而帶來的利潤損失和人力窩工.以及伴隨事故而發(fā)生的材料利用率,能量,質(zhì)量,人員費用開支以及其他方面所造成的費用損失.2.3預(yù)應(yīng)力機架結(jié)構(gòu)對于鍛造壓機的適用性

15、2.3.1人所共知的一個事實普通非全預(yù)應(yīng)力三梁四圓柱式水壓機的機架屬于高次超靜定空間受力框架,計算時通常做了種種假設(shè).應(yīng)用現(xiàn)代計算機三維有限元(FEM)接觸問題分析法,使機架的變形和應(yīng)力獲得了科學(xué)的和精確的求解.結(jié)果顯示:框架不再是那個剛性連接的平面框架,3個梁也不再是那個剛度無窮大的簡支梁了.事實上,水壓機在惡劣的鍛造工況下.圓形張立柱既作為機架又作為拉桿,還作為活動橫梁的導(dǎo)向體.張立柱不但時時承受滿噸位不規(guī)則的脈動軸向拉力,當偏心鍛造時,還要承受活動橫梁的橫向推力和彎矩,以及由于上,下橫梁變形而作用于內(nèi)側(cè)固定螺母處的角彎矩.因而,張力柱總是在大幅值的單向交變拉應(yīng)力下工作,在快速加載和突然卸

16、載產(chǎn)生劇烈振動和晃動,成為液壓機構(gòu)件中最易破壞的一個零件,導(dǎo)致張立柱發(fā)生斷裂的例子屢見不鮮.有統(tǒng)計,16MN以下的鍛造水壓機,立柱斷裂和損壞了幾十根,25MN,31.5MN.60MN.120MN級的水壓機立柱斷裂事故都有發(fā)生.最近.一臺60MN非預(yù)應(yīng)力三梁四柱模鍛液壓機在工作700萬次后發(fā)生斷裂.斷口具有疲勞破壞特征.斷裂和損壞部位大多處于立柱在下橫梁上平面擰螺母的螺紋根部,或錐面與下橫梁定位的立柱時,位于下橫梁下平面擰螺母的螺紋處.如果將油泵直接傳動簡單地應(yīng)用在這樣一個胚子上,或?qū)⒑附咏Y(jié)構(gòu)三梁和四圓柱式普通油壓機作為鍛造壓機使用,其整體剛性和運動精度可想而知,造成焊縫開裂,油缸漏油的成因不言

17、而喻.2.3.2何種的機架結(jié)構(gòu)更適合于自由鍛造工況第54頁圖1為全預(yù)應(yīng)力機架的拉桿拉伸和立柱壓縮的力一變形三角形力學(xué)關(guān)系平衡圖.當壓機總裝預(yù)緊完畢后,機架在”n”點達到平衡狀態(tài):承受工作載荷P時,在”b”點達到新的平衡.顯然,立柱始終處于壓應(yīng)力狀態(tài),并且保持著一個梁與柱不開縫的殘余壓力P0,拉桿所承受的最大和最小拉力在與Pl之間變化,拉應(yīng)力的變化幅值僅為最大載荷應(yīng)力的15%.實踐證明,這種機架結(jié)構(gòu)科接幽嘶與生產(chǎn)力l2olog-12月總第203期一053策參考E盟盈盛翟具有較高的整體剛性,抗疲勞強度,承載能力和安全可靠性.同時,上,下橫梁的內(nèi)側(cè)不再需要固定螺母,無論是鍵定位或插入式,不開縫.無需

18、頻繁緊固外側(cè)大螺母,處于立柱內(nèi)的拉桿的循環(huán)應(yīng)力幅值大為減小,永無磨損,可以說在整機壽命周期內(nèi)不會產(chǎn)生立柱斷裂事故,各個構(gòu)件的使用壽命因此而延長,大大降低了設(shè)備維修費用和壽命周期成本.b0枯預(yù)應(yīng)力組合框架A_十A,=1.396,P1一M/一/Ag=1.351/lllIA1.215lI8變形量/cm圖1預(yù)應(yīng)力拉桿和立柱力變形圖這就是近幾年無論雙柱或四柱式新型的25MN到185MN自由鍛造液壓機均采用預(yù)應(yīng)力機架的緣由所在.2.3.3主工作缸為什么可以不漏油全預(yù)應(yīng)力機架立柱的典型結(jié)構(gòu)為中空的矩形或方形截面.因而也就為活動橫梁提供了全封閉立柱外圍四平面導(dǎo)向的條件.導(dǎo)滑面接觸面積大,面壓低,耐磨,導(dǎo)向元件

19、壽命長,導(dǎo)向間隙調(diào)節(jié)和導(dǎo)板更換更加方便容易.由于導(dǎo)板磨損而導(dǎo)致間隙增大,活動橫梁失去水準,可由傳感器裝置監(jiān)控;特殊構(gòu)造的活動橫梁超長導(dǎo)向結(jié)構(gòu),使內(nèi)側(cè)導(dǎo)板能夠隨著立柱橫向的微量變形保持自動貼合狀態(tài),有效地提高了導(dǎo)向精度,實現(xiàn)了偏載力向立柱的傳遞.同時.在主缸的柱塞與活動橫梁的連接方式上,采用了一種雙球鉸式活節(jié)搖桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計,使允許的鍛造偏心距提高了一倍.工作時.鍛造力通過鉸接式搖桿傳遞到活動橫梁,而不是通過主柱塞直接傳遞:由于鉸接式搖桿的適應(yīng)性轉(zhuǎn)動,使偏心鍛造所產(chǎn)生的偏載力經(jīng)立柱傳遞到上橫粱,有效地減小了對油缸導(dǎo)套與密封處的水平作用力.從而提高了密封能力和延長了密封壽命.毋庸置疑,新型構(gòu)造的導(dǎo)向

20、系統(tǒng)的優(yōu)越性,都是傳統(tǒng)圓張立柱和導(dǎo)套所無法比擬的.其貢獻不僅在于技術(shù)層面上提高了壓機抗偏心鍛造能力.使壓機保持高的運動精度,使主工作缸不漏油,還在于經(jīng)濟層面上提高鍛件的尺寸精度和鍛造質(zhì)量,降低lSCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITYL.一054一No.12Dec-2010,TotalNo.203了維護經(jīng)費支出和設(shè)備壽命周期成本.2.4鍛造壓機配套設(shè)備的必要性2.4.1必須裝備的工模具機械化處理系統(tǒng)相對于沖壓壓機,擠壓機等,鍛造壓機的負荷率比較低,一些80MN,100MN水壓機的負荷率僅為45%55%,鍛件年產(chǎn)量不到3萬t.很多水壓機缺少必要的機械化配套設(shè)

21、施則是效率低下的主要原因之一.據(jù)統(tǒng)計,鍛造水壓機上每鍛造1t成品鍛件要反復(fù)搬運鋼錠,坯料8.5次,若包含鍛造工模具在內(nèi)超過10次,導(dǎo)致輔助作業(yè)時間長,有效開機率低下.而在1臺10MN油泵直接傳動雙柱斜置式鍛造液壓機上,配置有1臺100kN?m全液壓軌道式操作機,鋼錠旋轉(zhuǎn)升降臺,雙橫向換砧裝置,含有6種砧具的砧庫.只由一個操作工操作所有設(shè)備,快速地調(diào)換不同砧具,由方坯一火干成了一支曲柄連桿鍛件.可見,無論是對鍛造車間進行技術(shù)改造.還是新建,裝備工模具和鍛件機械化處理系統(tǒng)是必要的.如砧庫,砧子橫向移動裝置,快速換砧和夾緊裝置,鋼錠旋轉(zhuǎn)升降臺裝置或鋼錠運送小車或工具操作機等”宜人化”功能性裝置,不僅

22、改善鍛造車間的勞動環(huán)境和條件,實現(xiàn)鍛造作業(yè)自動化,機械化操作和文明化生產(chǎn),而且可縮短輔助時間,降低消耗,提高生產(chǎn)效率,設(shè)備負荷率和產(chǎn)量.與此同時,相對降低了固定費用,達到降低成本目的.此外,裝備大截面氣割裝置,鍛造之前對鋼錠冒口和底部進行切割,也是節(jié)省壓機機動臺時的必要措施.2.4.2配置鍛造操作機的必要性.在傳統(tǒng)水壓機鍛造生產(chǎn)過程中,主要借助于鍛造吊車,翻料機和鉗把套筒進行坯料或鋼錠的轉(zhuǎn)動和送進.那么,現(xiàn)代鍛造車間配置鍛造吊車是必不可少的嗎?在國外普遍認為操作機是提高鍛造工效和生產(chǎn)率必備的手段,因而所有鍛造液壓機上均配置有鍛造操作機.某廠80MN水壓機配備了1臺2100kN?m/4000kN

23、?I1q鍛造操作機,生產(chǎn)效率比原先采用的兩臺鍛造吊車提高了1.6-2倍.某廠140MN水壓機經(jīng)現(xiàn)代化改造,配備了1臺1600kN?ITI和4000kN?m鍛造操作機,在600MW級的低壓渦輪轉(zhuǎn)子軸的鍛造中,鍛造時間縮短了8%,設(shè)備負荷率可達到74%,實際月產(chǎn)量增加了20%.由于不受起重機更換工模具作業(yè)的限制,輔助時間縮短決策參12%.相反.某新廠延續(xù)了傳統(tǒng)水壓機車間設(shè)備的配置思想,采用了1臺200t的鍛造吊車,與1臺現(xiàn)代的80MN自由鍛造油液壓機配套.投產(chǎn)后,經(jīng)常鍛造8090t的鋼錠,鍛造吊套筒套料煙熏火烤苦不堪言,操作極為不便,效率極為低下.迫不得已.只好又籌劃上1臺100t以上的鍛造操作機

24、.事實證明,即使是油泵直接傳動的鍛造液壓機,沒有操作機的配合,壓機的技術(shù)性能也不可能得到充分發(fā)揮.因此,在現(xiàn)代化的鍛造車間,尤其在大型自由鍛造液壓機上配備軌道式鍛造操作機已是必不可少.而且一臺鍛造液壓機左右各配置一臺有軌操作機已逐漸成為一個新的發(fā)展趨勢.3現(xiàn)代雙柱型自由鍛造油液壓機太原重工股份有限公司在新型的自由鍛造液壓機進行開發(fā)和研制中,消化吸收了國外同類液壓機的先進經(jīng)驗,運用現(xiàn)代設(shè)計方法和手段,成系列地開發(fā)了25MN.35MN,45MN,63MN,80MN和125MN級別的油泵直接傳動的雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機架自由鍛造液壓機,以及與之配套的不同噸位的全液壓軌道式鍛造操作機成套裝備,并實現(xiàn)了向市

25、場供貨.目前,正在為某公司研制一臺世界最大噸位的200MN雙柱型自由鍛造液壓機.并在制訂“雙柱型自由鍛造液(油)壓機”推薦性國家或行業(yè)標準.3.1自由鍛造壓機技術(shù)進步的一個標志歷史雄辯地證明,基于對結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)知識的掌握,對于一個滿足工藝參數(shù)要求的規(guī)范化設(shè)計,只要其構(gòu)件能夠借助于現(xiàn)有的裝備和手段制造出來,對于壓機結(jié)構(gòu)的多樣性及任何形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有一個必然的限制.40年前的鍛造水壓機大都是四柱式結(jié)構(gòu),近40年以來.在國內(nèi)外已建和在建的13臺超過萬噸級的自由鍛造液壓機中,l0臺為四柱式,雙柱式為3臺,分別是:1971年日本鑄鍛鋼公司油泵直接傳動的80/100MN雙柱式鍛造壓機,1976年法

26、國克魯索鋼鐵廠水泵一蓄勢器傳動的90MN/110MN雙柱式鍛造壓機,兩臺都已使用了30多年.第三臺誕生于2008年,150MN雙柱下拉式自由鍛造液壓機在韓國太熊公司投產(chǎn),又使得諸如”雙柱結(jié)構(gòu)僅能用于80MN以下壓機,雙柱下拉式結(jié)構(gòu)只適用于30MN以下的小型壓機”劃分說不再成立.原來僅有一兩臺,大家在觀望,現(xiàn)在多起來.被更多人接受,這就是進步.從2000年以來,世界僅35MN級以上雙柱結(jié)構(gòu)鍛造液壓機就增加到20臺以上,其中以63MN,70MN,80MN級居多.正在某廠安裝的185MN自由鍛造液壓機,將雙柱結(jié)構(gòu)壓機的設(shè)計技術(shù)演繹到了極致.但是還未投產(chǎn)就與世界之最擦肩而過,被太重制造的一臺200MN

27、雙柱型自由鍛造液壓機的記錄所刷新.除了具有前述預(yù)應(yīng)力機架結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點外.雙柱式鍛造液壓機較四柱具有較大的操作空間和工藝適應(yīng)性,易于接近中心,鋼錠進出空間大的特點,以及良好的可操作性和可視性.這也是引起人們重新審視和接受雙柱式的原因之一.3.2雙柱機架的穩(wěn)定性判據(jù)在大型自由鍛造液壓機上采用雙柱結(jié)構(gòu)機架的設(shè)計是具有挑戰(zhàn)性的.由于受鍛件工藝設(shè)計如剁切,錯移,扭轉(zhuǎn)引起的偏鍛.材料加熱不均勻性影響,以及受工具位置影響等所引起的非對稱加載,鍛件抗力遠小于常鍛壓力,都是在壓機設(shè)計允許的偏心距鍛造范圍內(nèi).尤其是采用軌道式操作機后,極大地消除了意外大偏心加載的可能性.導(dǎo)致水壓機加載和泄壓時機架的晃動和不穩(wěn)定因

28、素主要是:水泵一蓄勢器傳動固有的高壓水力沖擊產(chǎn)生的橫向力.三梁四圓柱結(jié)構(gòu)必須承受單向大幅值的交變載荷,活動橫梁圓導(dǎo)套的點接觸應(yīng)力狀態(tài)而引起的不均勻磨損和導(dǎo)向間隙增大,任一側(cè)的兩根立柱都不可能均勻受力,會導(dǎo)致單根立柱承受偏心載荷.這里也有操作者的隨意性問題.從材料力學(xué)分析可知,構(gòu)件的抗彎面積慣量.即截面慣性矩是衡量截面抗彎能力的一個判據(jù).在截面面積相同的情況下,矩形橫截面構(gòu)件的慣性矩是最大的,抗彎曲性比圓形或是正方形截面更穩(wěn)定.即使是四根矩形截面立柱,將任一側(cè)的兩根分體立柱截面的慣性矩疊加起來.總慣性矩也僅是具有相同截面面積和結(jié)構(gòu)特性的一根整體立柱的1/4關(guān)鍵是,必須以適當?shù)姆绞嚼眠@種效果.第

29、56頁圖2顯示的雙柱斜置式機架布置,較四柱式具有較大的截面慣性矩和抗彎剛度,允許偏心鍛造范圍大,并且能夠達到很好的平衡性和穩(wěn)定性.通過計算,萬噸級鍛造壓機共振頻率僅為35Hz.實際上,在這樣大的壓機上,無論何部位產(chǎn)生300次/min的頻率都是不可能的,因而也不必擔心快速鍛造時產(chǎn)生共振影響.3.3空心矩形立柱和多拉桿結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐證明,采用多根拉桿優(yōu)于只用一根拉桿.科接刨葡與生產(chǎn)力i一一一2010g-12月總第203期一055策參考E廠,卜,一/1一重2一a雙柱斜置式機架2一b四柱式機架圖2雙柱斜置式機架與四柱式機架布置比較空心矩形斷面立柱的材料遠離中性軸,多拉桿可隨之遠離布置.受力均衡.每根拉桿

30、直徑一般在qd60q240mm間.材料的許用應(yīng)力可達700MPa,安全系數(shù)一般在2.5以上.拉桿螺紋根部加工誤差小,產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力影響較小,材料組織和熱處理性能均勻性好.可用較小的液壓預(yù)緊缸分別變張力預(yù)緊每根拉桿.應(yīng)力均勻一致性好.傳統(tǒng)水壓機的四根張立柱雖然設(shè)置有限程套,能部分防止氧化皮,工具等對張立柱表面造成損傷,卻不能阻隔由于鋼錠或鍛件的熱輻射,對張立柱的應(yīng)力和變形造成的不均勻影響.鍛件大量的熱能傳遞影響,與距離的平方成反比.恰恰在雙柱斜置式機架中.才可能使拉桿由于立柱的阻熱作用,更多地遠離了熱源.這種空心結(jié)構(gòu)立柱猶如一個自然煙囪.既可直接阻隔來自鋼錠或鍛件熱的熱輻射,又可通過下橫梁的出砂

31、孔或主柱外側(cè)開El,將冷空氣吸人.使聚集在立柱內(nèi)部的熱氣流從上橫梁的出砂孔散出.有效防止了熱輻射造成拉桿的不均勻伸長.3.4結(jié)構(gòu)的整體性與安全性任何一個設(shè)計人員寧愿或盡可能采用較少的構(gòu)件,使主要構(gòu)件整體化,尤其上橫梁,活動橫梁,下橫梁,機架等各主要構(gòu)件,以避免它們之間的連接問題,由此帶來附加的磨損,潛在的失效以及維護和修理的附加要求.但任何1臺萬噸級以上的鍛造壓機,這幾個構(gòu)件的凈重都會超過200t,鑄造,熱處理和機加工都是有難度的.如果采用鑄焊結(jié)構(gòu)或焊接結(jié)構(gòu)替代整體鑄造結(jié)構(gòu).存在諸如材料重量增加,焊縫質(zhì)量,退火處理,焊縫疲勞壽命等問題.因而常常要將主要構(gòu)件分成2件或更多件,采用機械連接方式.同時,為了避免制造,運輸,吊裝等一系列問題,大凡超過100MN的鍛造壓機大多是在當?shù)亟柚谧?/p>