現(xiàn)代重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)研究

韓露+郭賀賀+徐響

摘要：現(xiàn)代重型模鍛液壓機的重要特點是在壓制過程中具有相當(dāng)?shù)膲褐茝姸龋瑸榱颂岣攥F(xiàn)代重型模鍛液壓機的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性，我們必須對現(xiàn)代重型模鍛液壓機采取相應(yīng)的措施。文章主要針對現(xiàn)代重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：重型模鍛液壓機；壓制精度；壓制效果；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：TG315 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0006-02

重型模鍛液壓機通常情況下指的是100MN以上的基本噸位，主要應(yīng)用領(lǐng)域為電力、船舶、航空航天行業(yè)。重型模鍛液壓機是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備，由于我國在重型模鍛液壓機技術(shù)方面發(fā)展較晚，過去很長時間內(nèi)，其嚴重制約我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是就現(xiàn)階段而言，我國成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，我國在重型模鍛液壓機的應(yīng)用和實踐方面已經(jīng)達到先進的水平。以下我們主要針對重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1 重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)

由于重型模鍛液壓機具有相當(dāng)大的負載，造成其在設(shè)計的過程中對于設(shè)計的強度和剛度具有嚴格的要求，因此使重型模鍛液壓機設(shè)備的制造具有很大的困難，在一定程度上限制了其數(shù)量。在20世紀60年代，傳統(tǒng)的重型模鍛液壓機屬于泵-蓄勢器傳動水壓機，這種設(shè)備一直處于恒壓的情況下進行運動，這種工作模式的工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的重型模鍛液壓機基本上處于恒流量傳動模式，并將超高壓技術(shù)融入其中，使得在鍛造過程中，其精度和效率得到了顯著的提高，超高壓技術(shù)決定了重型模鍛液壓機的基本特征。

電力、船舶、航空航天行業(yè)都需要高強度的合金和高溫合金的高技術(shù)含量的器材，其在鍛造過程中單位面積的模具壓力比高達2000MPa，為了達到這種單位面積的模具壓力比，最有效的方法是提高液壓壓力，只有這樣才能最大限度地提高壓機壓力，或者是采取超高壓技術(shù)，采用此種技術(shù)的效果是在較小的單位面積上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓制強度。現(xiàn)代化的重型模鍛液壓機主要是以大型超高壓工作模式，提高單位面積的模具壓力比，從而減少結(jié)構(gòu)的整體種類和縮減相應(yīng)架構(gòu)的尺寸，進而減少制造成本。在此前提上，必須要解決壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題。

1.1 壓缸結(jié)構(gòu)問題

重型模鍛液壓機的壓缸是整個液壓機的中樞神經(jīng)，重型模鍛液壓機壓缸的基本強度直接關(guān)系到整個模鍛液壓機的有效使用。在小型和中型模鍛液壓機設(shè)計過程中一般采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中一般不適用于重型模鍛液壓機壓缸設(shè)計，主要是因為普通壓缸在運行過程中由于其壓力有限造成整體缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化不大，處于可控制范圍內(nèi)，但是對于重型模鍛液壓機壓缸設(shè)計而言，其巨大的壓力使得缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)形變較大，嚴重地影響整體運行，容易發(fā)生缸底裂痕，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致。另外是由于液壓壓缸的基本特點造成的，由液壓壓缸的受力特點分析可知，其內(nèi)壁的受力特點極度的不均衡，其內(nèi)外壁切向應(yīng)力，可以根據(jù)相應(yīng)公式得到如下公式：

式中：

—內(nèi)壁切向應(yīng)力

—外壁切向應(yīng)力

K—內(nèi)外徑的比例

圖1 重型液壓缸結(jié)構(gòu)模型圖

從公式中我們可以得出以下結(jié)論，當(dāng)內(nèi)外徑的比例增大時，我們的切向應(yīng)力比就會增大。這就說明我們?nèi)藶榈卦黾油饷娴牟牧系倪^程并不是完全合理的，不能夠有效地提高其真實的承載能力。當(dāng)油壓處于一定的水平時，就不可能單純地利用增加內(nèi)壁厚度，因為這所有的值都是固定的，不可能通過增加內(nèi)壁厚度得以實現(xiàn)。

因此而言，我們必須對其采用新的結(jié)構(gòu)模式。

在超高壓的重型液壓缸的設(shè)計過程中完全取消了傳統(tǒng)非應(yīng)力式結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體缸底模型，采用如圖1所示的嵌入式缸底模型。

液壓缸保持通孔形狀，內(nèi)壁光滑無臺階，有利于內(nèi)壁的加工，并且避免了壁厚變化而引起的應(yīng)力集中。獨立的缸底嵌入缸筒，用螺栓將兩者連接，并以可靠的密封封閉高壓油。除此之外，更加重要的是采用了預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從整體上提高了系統(tǒng)的承載能力。

1.2 間隙密封性問題

對于間隙密封性問題而言，本身系統(tǒng)的密封性無問題，產(chǎn)生問題的主要原因是在高壓力運行過程中缸壁由于液壓缸承受內(nèi)壓的原因造成一定的膨脹，對于膨脹而言造成這種現(xiàn)象主要跟壓力成正比。例如在實際運行過程中，一個400MN的液壓缸，當(dāng)其內(nèi)壓處于130MPa的情況時，若內(nèi)徑為972mm，對于其內(nèi)壁膨脹可以高達2.0mm，再加上在內(nèi)壁制作的過程中保留的間隙，此時的內(nèi)壁間隙甚至高達2.5mm，因此而言，間隙密封性是一個重大問題，同時也是一個難題。

（a）初始狀態(tài) （b）工作狀態(tài)

圖2 高壓密閉性組成圖

通常情況下造成密封問題的關(guān)鍵原因是在運行的過程中密封器具被破壞，過去的密封材料通常其材質(zhì)較軟，選擇這樣的密封材料的目的是為了適應(yīng)其形變，但是這種較軟的材質(zhì)容易被破壞，對于超高壓間隙密封性問題更加不適合。因此對于超高壓間隙密封性問題，我們擬采用支撐件，這個支撐件的密閉性、強度較好，最重要的原因是支撐件能夠?qū)?nèi)壁進行一定的補償，通過補償可以最大限度地保證超高壓過程中的密閉性問題。這種形式已經(jīng)在個別單位投入使用了，使用的等級為200MN和100MN，已經(jīng)證明是具有一定的可行性。高壓密閉性組成圖如圖2所示。

從圖2中可以明顯地看出，起初是狀態(tài)和工作狀態(tài)膨脹狀態(tài)的變換。

2 重型模鍛液壓機的其他技術(shù)分析

對于預(yù)應(yīng)力超高壓液壓缸的初步設(shè)計結(jié)構(gòu)的基本思想是通常是在液壓缸內(nèi)壁預(yù)先建立切向壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力），這個預(yù)應(yīng)力的構(gòu)造程度與工作狀態(tài)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加，這樣做的目的在于能夠盡可能多地減小或消除缸壁上的切向拉應(yīng)力，使液壓缸始終處于切向壓應(yīng)力或壓應(yīng)變狀態(tài)，以提高液壓缸的承載能力、發(fā)揮缸壁材料的強度潛力、提高抗疲勞性能。

對于重型液壓機，除液壓缸外，另一個重要的關(guān)鍵部件就是承載機架，在對承載機架設(shè)計的過程中，由于其機架設(shè)計原因，具有較高的強度和可靠性，但是橫梁和立柱就較易出現(xiàn)問題，解決的方法是將橫梁和立柱分開，再用預(yù)緊力將它們連接成整體，即預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的機架。

3 結(jié)語

本文主要針對重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，通過分析壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題，首先介紹了過去壓缸結(jié)構(gòu)和其間隙密封性的缺點，其次基于缺點對壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題進行了針對性的分析，從而為以后提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性提供了依據(jù)。

參考文獻

[1] 俞新陸.液壓機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[2] 俞新陸，楊津光.液壓機的結(jié)構(gòu)與控制[M].北京：

機械工業(yè)出版社，1989.

[3] 林宗棠.重型預(yù)應(yīng)力混凝土水壓機研究[M].北京：

清華大學(xué)出版社，1988.

[4] 米海耶夫·B.A.，太原重型機器廠設(shè)計科鍛壓設(shè)計

室.超高壓液壓機設(shè)備[M].北京：中國工業(yè)出版

社，1964.

[5] 顏永年，俞新陸.機械設(shè)計中的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)[M].北

京：機械工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：韓露（1984—），男，湖北武昌人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠主管設(shè)計師，助理工程師，研究方向：液壓機設(shè)計與鍛壓工藝。

摘要：現(xiàn)代重型模鍛液壓機的重要特點是在壓制過程中具有相當(dāng)?shù)膲褐茝姸龋瑸榱颂岣攥F(xiàn)代重型模鍛液壓機的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性，我們必須對現(xiàn)代重型模鍛液壓機采取相應(yīng)的措施。文章主要針對現(xiàn)代重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：重型模鍛液壓機；壓制精度；壓制效果；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：TG315 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0006-02

重型模鍛液壓機通常情況下指的是100MN以上的基本噸位，主要應(yīng)用領(lǐng)域為電力、船舶、航空航天行業(yè)。重型模鍛液壓機是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備，由于我國在重型模鍛液壓機技術(shù)方面發(fā)展較晚，過去很長時間內(nèi)，其嚴重制約我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是就現(xiàn)階段而言，我國成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，我國在重型模鍛液壓機的應(yīng)用和實踐方面已經(jīng)達到先進的水平。以下我們主要針對重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1 重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)

由于重型模鍛液壓機具有相當(dāng)大的負載，造成其在設(shè)計的過程中對于設(shè)計的強度和剛度具有嚴格的要求，因此使重型模鍛液壓機設(shè)備的制造具有很大的困難，在一定程度上限制了其數(shù)量。在20世紀60年代，傳統(tǒng)的重型模鍛液壓機屬于泵-蓄勢器傳動水壓機，這種設(shè)備一直處于恒壓的情況下進行運動，這種工作模式的工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的重型模鍛液壓機基本上處于恒流量傳動模式，并將超高壓技術(shù)融入其中，使得在鍛造過程中，其精度和效率得到了顯著的提高，超高壓技術(shù)決定了重型模鍛液壓機的基本特征。

電力、船舶、航空航天行業(yè)都需要高強度的合金和高溫合金的高技術(shù)含量的器材，其在鍛造過程中單位面積的模具壓力比高達2000MPa，為了達到這種單位面積的模具壓力比，最有效的方法是提高液壓壓力，只有這樣才能最大限度地提高壓機壓力，或者是采取超高壓技術(shù)，采用此種技術(shù)的效果是在較小的單位面積上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓制強度。現(xiàn)代化的重型模鍛液壓機主要是以大型超高壓工作模式，提高單位面積的模具壓力比，從而減少結(jié)構(gòu)的整體種類和縮減相應(yīng)架構(gòu)的尺寸，進而減少制造成本。在此前提上，必須要解決壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題。

1.1 壓缸結(jié)構(gòu)問題

重型模鍛液壓機的壓缸是整個液壓機的中樞神經(jīng)，重型模鍛液壓機壓缸的基本強度直接關(guān)系到整個模鍛液壓機的有效使用。在小型和中型模鍛液壓機設(shè)計過程中一般采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中一般不適用于重型模鍛液壓機壓缸設(shè)計，主要是因為普通壓缸在運行過程中由于其壓力有限造成整體缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化不大，處于可控制范圍內(nèi)，但是對于重型模鍛液壓機壓缸設(shè)計而言，其巨大的壓力使得缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)形變較大，嚴重地影響整體運行，容易發(fā)生缸底裂痕，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致。另外是由于液壓壓缸的基本特點造成的，由液壓壓缸的受力特點分析可知，其內(nèi)壁的受力特點極度的不均衡，其內(nèi)外壁切向應(yīng)力，可以根據(jù)相應(yīng)公式得到如下公式：

式中：

—內(nèi)壁切向應(yīng)力

—外壁切向應(yīng)力

K—內(nèi)外徑的比例

圖1 重型液壓缸結(jié)構(gòu)模型圖

從公式中我們可以得出以下結(jié)論，當(dāng)內(nèi)外徑的比例增大時，我們的切向應(yīng)力比就會增大。這就說明我們?nèi)藶榈卦黾油饷娴牟牧系倪^程并不是完全合理的，不能夠有效地提高其真實的承載能力。當(dāng)油壓處于一定的水平時，就不可能單純地利用增加內(nèi)壁厚度，因為這所有的值都是固定的，不可能通過增加內(nèi)壁厚度得以實現(xiàn)。

因此而言，我們必須對其采用新的結(jié)構(gòu)模式。

在超高壓的重型液壓缸的設(shè)計過程中完全取消了傳統(tǒng)非應(yīng)力式結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體缸底模型，采用如圖1所示的嵌入式缸底模型。

液壓缸保持通孔形狀，內(nèi)壁光滑無臺階，有利于內(nèi)壁的加工，并且避免了壁厚變化而引起的應(yīng)力集中。獨立的缸底嵌入缸筒，用螺栓將兩者連接，并以可靠的密封封閉高壓油。除此之外，更加重要的是采用了預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從整體上提高了系統(tǒng)的承載能力。

1.2 間隙密封性問題

對于間隙密封性問題而言，本身系統(tǒng)的密封性無問題，產(chǎn)生問題的主要原因是在高壓力運行過程中缸壁由于液壓缸承受內(nèi)壓的原因造成一定的膨脹，對于膨脹而言造成這種現(xiàn)象主要跟壓力成正比。例如在實際運行過程中，一個400MN的液壓缸，當(dāng)其內(nèi)壓處于130MPa的情況時，若內(nèi)徑為972mm，對于其內(nèi)壁膨脹可以高達2.0mm，再加上在內(nèi)壁制作的過程中保留的間隙，此時的內(nèi)壁間隙甚至高達2.5mm，因此而言，間隙密封性是一個重大問題，同時也是一個難題。

（a）初始狀態(tài) （b）工作狀態(tài)

圖2 高壓密閉性組成圖

通常情況下造成密封問題的關(guān)鍵原因是在運行的過程中密封器具被破壞，過去的密封材料通常其材質(zhì)較軟，選擇這樣的密封材料的目的是為了適應(yīng)其形變，但是這種較軟的材質(zhì)容易被破壞，對于超高壓間隙密封性問題更加不適合。因此對于超高壓間隙密封性問題，我們擬采用支撐件，這個支撐件的密閉性、強度較好，最重要的原因是支撐件能夠?qū)?nèi)壁進行一定的補償，通過補償可以最大限度地保證超高壓過程中的密閉性問題。這種形式已經(jīng)在個別單位投入使用了，使用的等級為200MN和100MN，已經(jīng)證明是具有一定的可行性。高壓密閉性組成圖如圖2所示。

從圖2中可以明顯地看出，起初是狀態(tài)和工作狀態(tài)膨脹狀態(tài)的變換。

2 重型模鍛液壓機的其他技術(shù)分析

對于預(yù)應(yīng)力超高壓液壓缸的初步設(shè)計結(jié)構(gòu)的基本思想是通常是在液壓缸內(nèi)壁預(yù)先建立切向壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力），這個預(yù)應(yīng)力的構(gòu)造程度與工作狀態(tài)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加，這樣做的目的在于能夠盡可能多地減小或消除缸壁上的切向拉應(yīng)力，使液壓缸始終處于切向壓應(yīng)力或壓應(yīng)變狀態(tài)，以提高液壓缸的承載能力、發(fā)揮缸壁材料的強度潛力、提高抗疲勞性能。

對于重型液壓機，除液壓缸外，另一個重要的關(guān)鍵部件就是承載機架，在對承載機架設(shè)計的過程中，由于其機架設(shè)計原因，具有較高的強度和可靠性，但是橫梁和立柱就較易出現(xiàn)問題，解決的方法是將橫梁和立柱分開，再用預(yù)緊力將它們連接成整體，即預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的機架。

3 結(jié)語

本文主要針對重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，通過分析壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題，首先介紹了過去壓缸結(jié)構(gòu)和其間隙密封性的缺點，其次基于缺點對壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題進行了針對性的分析，從而為以后提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性提供了依據(jù)。

參考文獻

[1] 俞新陸.液壓機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

[2] 俞新陸，楊津光.液壓機的結(jié)構(gòu)與控制[M].北京：

機械工業(yè)出版社，1989.

[3] 林宗棠.重型預(yù)應(yīng)力混凝土水壓機研究[M].北京：

清華大學(xué)出版社，1988.

[4] 米海耶夫·B.A.，太原重型機器廠設(shè)計科鍛壓設(shè)計

室.超高壓液壓機設(shè)備[M].北京：中國工業(yè)出版

社，1964.

[5] 顏永年，俞新陸.機械設(shè)計中的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)[M].北

京：機械工業(yè)出版社，1989.

作者簡介：韓露（1984—），男，湖北武昌人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠主管設(shè)計師，助理工程師，研究方向：液壓機設(shè)計與鍛壓工藝。

摘要：現(xiàn)代重型模鍛液壓機的重要特點是在壓制過程中具有相當(dāng)?shù)膲褐茝姸龋瑸榱颂岣攥F(xiàn)代重型模鍛液壓機的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性，我們必須對現(xiàn)代重型模鍛液壓機采取相應(yīng)的措施。文章主要針對現(xiàn)代重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：重型模鍛液壓機；壓制精度；壓制效果；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號：TG315 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0006-02

重型模鍛液壓機通常情況下指的是100MN以上的基本噸位，主要應(yīng)用領(lǐng)域為電力、船舶、航空航天行業(yè)。重型模鍛液壓機是我國大型鍛件在模鍛過程中的重要設(shè)備，由于我國在重型模鍛液壓機技術(shù)方面發(fā)展較晚，過去很長時間內(nèi)，其嚴重制約我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，但是就現(xiàn)階段而言，我國成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型模鍛鍛壓設(shè)備的國家，我國在重型模鍛液壓機的應(yīng)用和實踐方面已經(jīng)達到先進的水平。以下我們主要針對重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1 重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)

由于重型模鍛液壓機具有相當(dāng)大的負載，造成其在設(shè)計的過程中對于設(shè)計的強度和剛度具有嚴格的要求，因此使重型模鍛液壓機設(shè)備的制造具有很大的困難，在一定程度上限制了其數(shù)量。在20世紀60年代，傳統(tǒng)的重型模鍛液壓機屬于泵-蓄勢器傳動水壓機，這種設(shè)備一直處于恒壓的情況下進行運動，這種工作模式的工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的重型模鍛液壓機基本上處于恒流量傳動模式，并將超高壓技術(shù)融入其中，使得在鍛造過程中，其精度和效率得到了顯著的提高，超高壓技術(shù)決定了重型模鍛液壓機的基本特征。

電力、船舶、航空航天行業(yè)都需要高強度的合金和高溫合金的高技術(shù)含量的器材，其在鍛造過程中單位面積的模具壓力比高達2000MPa，為了達到這種單位面積的模具壓力比，最有效的方法是提高液壓壓力，只有這樣才能最大限度地提高壓機壓力，或者是采取超高壓技術(shù)，采用此種技術(shù)的效果是在較小的單位面積上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的壓制強度。現(xiàn)代化的重型模鍛液壓機主要是以大型超高壓工作模式，提高單位面積的模具壓力比，從而減少結(jié)構(gòu)的整體種類和縮減相應(yīng)架構(gòu)的尺寸，進而減少制造成本。在此前提上，必須要解決壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題。

1.1 壓缸結(jié)構(gòu)問題

重型模鍛液壓機的壓缸是整個液壓機的中樞神經(jīng)，重型模鍛液壓機壓缸的基本強度直接關(guān)系到整個模鍛液壓機的有效使用。在小型和中型模鍛液壓機設(shè)計過程中一般采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中一般不適用于重型模鍛液壓機壓缸設(shè)計，主要是因為普通壓缸在運行過程中由于其壓力有限造成整體缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化不大，處于可控制范圍內(nèi)，但是對于重型模鍛液壓機壓缸設(shè)計而言，其巨大的壓力使得缸底和缸筒位置處結(jié)構(gòu)形變較大，嚴重地影響整體運行，容易發(fā)生缸底裂痕，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致。另外是由于液壓壓缸的基本特點造成的，由液壓壓缸的受力特點分析可知，其內(nèi)壁的受力特點極度的不均衡，其內(nèi)外壁切向應(yīng)力，可以根據(jù)相應(yīng)公式得到如下公式：

式中：

—內(nèi)壁切向應(yīng)力

—外壁切向應(yīng)力

K—內(nèi)外徑的比例

圖1 重型液壓缸結(jié)構(gòu)模型圖

從公式中我們可以得出以下結(jié)論，當(dāng)內(nèi)外徑的比例增大時，我們的切向應(yīng)力比就會增大。這就說明我們?nèi)藶榈卦黾油饷娴牟牧系倪^程并不是完全合理的，不能夠有效地提高其真實的承載能力。當(dāng)油壓處于一定的水平時，就不可能單純地利用增加內(nèi)壁厚度，因為這所有的值都是固定的，不可能通過增加內(nèi)壁厚度得以實現(xiàn)。

因此而言，我們必須對其采用新的結(jié)構(gòu)模式。

在超高壓的重型液壓缸的設(shè)計過程中完全取消了傳統(tǒng)非應(yīng)力式結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體缸底模型，采用如圖1所示的嵌入式缸底模型。

液壓缸保持通孔形狀，內(nèi)壁光滑無臺階，有利于內(nèi)壁的加工，并且避免了壁厚變化而引起的應(yīng)力集中。獨立的缸底嵌入缸筒，用螺栓將兩者連接，并以可靠的密封封閉高壓油。除此之外，更加重要的是采用了預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從整體上提高了系統(tǒng)的承載能力。

1.2 間隙密封性問題

對于間隙密封性問題而言，本身系統(tǒng)的密封性無問題，產(chǎn)生問題的主要原因是在高壓力運行過程中缸壁由于液壓缸承受內(nèi)壓的原因造成一定的膨脹，對于膨脹而言造成這種現(xiàn)象主要跟壓力成正比。例如在實際運行過程中，一個400MN的液壓缸，當(dāng)其內(nèi)壓處于130MPa的情況時，若內(nèi)徑為972mm，對于其內(nèi)壁膨脹可以高達2.0mm，再加上在內(nèi)壁制作的過程中保留的間隙，此時的內(nèi)壁間隙甚至高達2.5mm，因此而言，間隙密封性是一個重大問題，同時也是一個難題。

（a）初始狀態(tài) （b）工作狀態(tài)

圖2 高壓密閉性組成圖

通常情況下造成密封問題的關(guān)鍵原因是在運行的過程中密封器具被破壞，過去的密封材料通常其材質(zhì)較軟，選擇這樣的密封材料的目的是為了適應(yīng)其形變，但是這種較軟的材質(zhì)容易被破壞，對于超高壓間隙密封性問題更加不適合。因此對于超高壓間隙密封性問題，我們擬采用支撐件，這個支撐件的密閉性、強度較好，最重要的原因是支撐件能夠?qū)?nèi)壁進行一定的補償，通過補償可以最大限度地保證超高壓過程中的密閉性問題。這種形式已經(jīng)在個別單位投入使用了，使用的等級為200MN和100MN，已經(jīng)證明是具有一定的可行性。高壓密閉性組成圖如圖2所示。

從圖2中可以明顯地看出，起初是狀態(tài)和工作狀態(tài)膨脹狀態(tài)的變換。

2 重型模鍛液壓機的其他技術(shù)分析

對于預(yù)應(yīng)力超高壓液壓缸的初步設(shè)計結(jié)構(gòu)的基本思想是通常是在液壓缸內(nèi)壁預(yù)先建立切向壓應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力），這個預(yù)應(yīng)力的構(gòu)造程度與工作狀態(tài)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加，這樣做的目的在于能夠盡可能多地減小或消除缸壁上的切向拉應(yīng)力，使液壓缸始終處于切向壓應(yīng)力或壓應(yīng)變狀態(tài)，以提高液壓缸的承載能力、發(fā)揮缸壁材料的強度潛力、提高抗疲勞性能。

對于重型液壓機，除液壓缸外，另一個重要的關(guān)鍵部件就是承載機架，在對承載機架設(shè)計的過程中，由于其機架設(shè)計原因，具有較高的強度和可靠性，但是橫梁和立柱就較易出現(xiàn)問題，解決的方法是將橫梁和立柱分開，再用預(yù)緊力將它們連接成整體，即預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的機架。

3 結(jié)語

本文主要針對重型模鍛液壓機的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，通過分析壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題，首先介紹了過去壓缸結(jié)構(gòu)和其間隙密封性的缺點，其次基于缺點對壓缸結(jié)構(gòu)問題和其間隙密封性問題進行了針對性的分析，從而為以后提高現(xiàn)代重型模鍛液壓機的壓制精度、壓制效果以及設(shè)備的可靠性和安全性提供了依據(jù)。

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作者簡介：韓露（1984—），男，湖北武昌人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠主管設(shè)計師，助理工程師，研究方向：液壓機設(shè)計與鍛壓工藝。