大型自由鍛造液壓機的技術(shù)特點分析

徐響　韓露　郭賀賀

摘要：文章主要基于我國國內(nèi)大型自由鍛造液壓機的技術(shù)特點，對國內(nèi)在建的萬噸級自由鍛造液壓機的電氣技術(shù)、主機結(jié)構(gòu)等進行詳細的分析，分析并對比了不同結(jié)構(gòu)的組成和基本特點，為進一步提高對大型自由鍛造液壓機的認(rèn)識提供了詳細的條件。

關(guān)鍵詞：大型液壓機；自由鍛造液壓機；技術(shù)特點

中圖分類號：TG315 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）04-0054-02

大型自由鍛造液壓機作為我國大型鍛件在自由鍛造過程中的重要設(shè)備，由于我國在大型自由鍛造液壓機技術(shù)方面發(fā)展較晚，所以其制約著我國在冶金、化工、電力、船舶、航空航天等行業(yè)的發(fā)展。因此，各行各業(yè)逐漸將其工作目標(biāo)轉(zhuǎn)向大型自由鍛造液壓機。據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計，目前國內(nèi)已投產(chǎn)的大型自由鍛造液壓機有十?dāng)?shù)余臺，在建造的仍有十?dāng)?shù)余臺，占世界大型自由鍛造液壓機總數(shù)的五分之二。本文主要針對大型自由鍛造液壓機的技術(shù)特點進行分析。

1 大型自由鍛造液壓機的技術(shù)特點

在我國國內(nèi)最早的大型自由鍛造液壓機要追溯到上世紀(jì)，傳統(tǒng)的大型自由鍛造液壓機屬于泵-蓄勢器傳動水壓機，對于現(xiàn)階段的大型自由鍛造液壓機其基本技術(shù)特點具有以下三個方面：

1.1 電氣技術(shù)

現(xiàn)有的大型自由鍛造液壓機的電氣系統(tǒng)在一定程度上都是采用PLC進行控制，具有相關(guān)的人機交互界面，這個人機交互界面通常是由工控機擔(dān)任，還有承擔(dān)工業(yè)現(xiàn)場的主控制器的作用。大型自由鍛造液壓機的操作機和鍛造液壓機同樣是具備PLC控制單元，此外操作機和鍛造液壓機的控制單元是相互獨立的。然后操作機和鍛造液壓機通過高速數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交互，實時的采集相關(guān)數(shù)據(jù)，如：滑塊位置、溫度、鍛造壓力等，這就在一定程度上實現(xiàn)了對各種設(shè)備的統(tǒng)領(lǐng)控制，此外還具有單獨控制功能。對于一般性的操作機和鍛造液壓機通常情況下共用一個單獨的操作控制臺，這就僅僅需要一個操作員進行單獨操作即可。電控設(shè)備的主泵驅(qū)動一般情況下采用10千伏的高壓電機，有時候同樣采用6千伏的高壓電機。

1.2 主機技術(shù)

主機的結(jié)構(gòu)：大型自由鍛造液壓機的主機，一般情況下按照立柱的數(shù)量進行劃分，具有四柱和雙柱兩種基本的形式，在四柱式自由鍛造液壓機中又可以分為多拉桿和單拉桿。在過去的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式中，四柱的自由鍛造液壓機成為設(shè)計的主流，其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全可靠的基本性能特點，但是現(xiàn)階段的大型自由鍛造液壓機以雙柱壓機為主，這種設(shè)計具有視野開闊、操作空間大等特點。雙柱式自由鍛造液壓機在中小型自由鍛造液壓機中成為了主流，但是大型自由鍛造液壓機仍然以四柱形式為主，主要是基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定考慮。從目前市場上所出現(xiàn)的大型自由鍛造液壓機來看，四柱的僅僅能達到165MN級別，而雙柱的早已經(jīng)達到185MN級別了。

目前在建的所有大型自由鍛造液壓機主要是以全預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)設(shè)計而成，這保證了其基本受力特定為在偏載受力情況下將復(fù)雜的受力狀態(tài)改為拉桿受拉應(yīng)力，立柱受偏載力的單一承載，這就最大限度的提高了整體機架的壽命和剛度，這是現(xiàn)階段的大型自由鍛造液壓機與過去的泵-蓄勢器傳動水壓機最大的改進之處。

在國內(nèi)現(xiàn)階段的出現(xiàn)的萬噸級大型自由鍛造液壓機均采用等徑三缸上推式結(jié)構(gòu)形式，這種形式在使用的過程中，容易出現(xiàn)油液泄漏事件，導(dǎo)致不必要的事故發(fā)生，因此必須保證其在運行過程中的防護措施。中小型的自由鍛造液壓機在設(shè)計過程中通常采用下拉式缸體結(jié)構(gòu)形式，將缸體以正裝形式“懸掛”在下橫梁上，這就在很大程度上避免了不必要的火災(zāi)發(fā)生，但是這種設(shè)計形式往往僅適用于中小型自由鍛造液壓機結(jié)構(gòu)，因為相較于大型自由鍛造液壓機在建造過程中小型自由鍛造液壓機在地基建造的過程中，并不需要太深的地基，從而減少了大量的開支，在國內(nèi)外的大型自由鍛造液壓機中大多數(shù)都沒有采取下拉式缸體結(jié)構(gòu)形式，僅僅有大約十分之一的萬噸級大型自由鍛造液壓機采用下拉式缸體結(jié)構(gòu)的形式。

大型自由鍛造液壓機的活動橫梁可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式分為整體結(jié)構(gòu)模型和組合式結(jié)構(gòu)模型，對于后者在形式上分為導(dǎo)向座和活動橫梁本身，這種形式的優(yōu)點在于可以將大型自由鍛造液壓機的基本框架在不解體的情況下將梁體成功取出，從而在一定程度上減少安裝時間和難度。

1.3 液壓技術(shù)

對于傳統(tǒng)的泵-蓄勢器傳動水壓機技術(shù)，這種技術(shù)一直處于恒壓的情況下進行運動，這種工作模式下工作速度受到鍛件變形抗力的影響；而現(xiàn)階段生產(chǎn)的大型自由鍛造液壓機基本上處于恒流量傳動模式，與鍛件變形抗力沒有關(guān)系，泵直接傳動的壓機速度與泵的數(shù)量有直接關(guān)系，現(xiàn)階段的大型自由鍛造液壓機優(yōu)點就在于其速度一直保持在恒定的值，這就使得鍛件在鍛造過程中精度得到了保證，相較于泵-蓄勢器傳動水壓機而言其精度方面得到了大幅度提高，對于這兩種機器的鍛造性能和基本特點，又可以將其分為水壓機和油壓機。現(xiàn)階段的大型自由鍛造液壓機屬于油壓機，相對而言具有低能耗、高精度、低投入和高壽命的特點，這是現(xiàn)階段全球大型自由鍛造液壓機發(fā)展的主要方向。對于油壓機而言，液壓控制系統(tǒng)可分為泵控系統(tǒng)和閥控系統(tǒng)，目前市場上幾乎所有的大型自由鍛造液壓機都采用這兩種控制方式。泵控系統(tǒng)主要用于油品精度高、效率高、功率大的工作場合。泵控系統(tǒng)的代表為德國威普克—潘克的正弦驅(qū)動系統(tǒng)，通過控制油泵實現(xiàn)對油缸運動方向和運動速度的控制并可無級變速。閥控系統(tǒng)具有高精度和高頻響的特點，現(xiàn)階段大多數(shù)液壓機采用閥控系統(tǒng)，其通過電液伺服閥控制油缸的運動方向，并同時控制油泵輸出的油液的流量大小來控制油缸的運動速度。

目前我國國內(nèi)的泵控系統(tǒng)相對國外而言較為薄弱，市場上所流行的泵控系統(tǒng)主要是德國和法國的泵控系統(tǒng)，對于現(xiàn)階段大型自由鍛造液壓機的泵控系統(tǒng)而言，只有德國生產(chǎn)的泵控系統(tǒng)符合我國現(xiàn)階段對大型鍛件的要求。

2 大型自由鍛造液壓機的控制特點

大型自由鍛造液壓機其工作特點決定了它在工作過程中工作壓力高、而且轉(zhuǎn)向較為頻繁，這就使得我們必須對自由鍛造液壓機進行一種更加精確、平穩(wěn)的控制。在過去我們常見的自由鍛造液壓機控制方式中，很難達到我們對于自由鍛造液壓機的控制要求。眾所周知，速度和平穩(wěn)度向來是呈反比的，不論采取任何方式一味的追求速度就必定會對其平穩(wěn)性造成較大的影響。反之，一味的追求平穩(wěn)就必定會對其速度造成影響。因此而言，我們需要尋求其中的平衡點，這個平衡點需要我們要有合適的控制策略。

3 大型自由鍛造液壓機發(fā)展趨勢

我們可以從相關(guān)數(shù)據(jù)看出，無論從萬噸級自由鍛造液壓機的數(shù)量或規(guī)格來看，我國已成為世界擁有最多數(shù)量、最大噸位重型自由鍛壓設(shè)備的國家。國內(nèi)萬噸級自由鍛造液壓機和全液壓鍛造操作機的設(shè)計成套能力已達國際先進水平。隨著自由鍛造液壓機向智能化、精細化和程序化方向發(fā)展，我國現(xiàn)階段的首要任務(wù)是：在設(shè)計和制作的過程中更多的考慮其安全性能、其次加強液壓機的泵控系統(tǒng)設(shè)計、最后在設(shè)計的過程中進一步提高設(shè)計的速度和精度。

參考文獻

[1] 高峰，郭為忠，宋清玉.重型制造裝備國內(nèi)外研究與發(fā)展[J].機械工程學(xué)報，2010，（19）：92-107.

作者簡介：徐響（1987—），男，江蘇徐州人，江蘇省徐州市特種鍛壓機床廠助理工程師，主管設(shè)計師，研究方向：液壓機設(shè)計與鍛壓工藝。