30 t 操作機(jī)電機(jī)泵組布置優(yōu)化

郭 璞，韋朝強(qiáng)，李兆凱，杜真一，魏太春，史海博，陳 波

（西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

操作機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)形式包括鉗桿平升降、左右移、左右擺、上下傾、左右旋和大車(chē)前進(jìn)、后退等，通過(guò)操作機(jī)與快鍛機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制可大幅度提高鍛造生產(chǎn)效率。操作機(jī)在工作過(guò)程中，鍛坯在外力的作用下沿豎直方向運(yùn)動(dòng)至下砧，在快鍛機(jī)與下砧的共同作用下達(dá)到對(duì)鍛坯控性、控性的目的。操作機(jī)的性能直接影響著鍛件延展過(guò)程中，獲得的材料質(zhì)量。鍛造工藝的改變與新開(kāi)發(fā)，對(duì)操作機(jī)使用性能和維修效率提出更高要求，如何在勞動(dòng)強(qiáng)度不大的前提下，維修耗時(shí)最短，讓設(shè)備迅速恢復(fù)生產(chǎn)，一直是鍛造人研究的主要方向。

楊文玉等人針對(duì)操作機(jī)順應(yīng)性能評(píng)價(jià)與優(yōu)化方法進(jìn)行研究，應(yīng)用Matlab 計(jì)算函數(shù)曲面，給出了一種有效的操作機(jī)本體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)性能優(yōu)化和評(píng)價(jià)方法[1]。周斌等人設(shè)計(jì)了鍛造操作機(jī)大車(chē)行走電液比例控制系統(tǒng)，利用AMESim 軟件建立了大車(chē)行走液壓控制系統(tǒng)的物理仿真模型[2]。郭加寧等人針對(duì)20 MN 鍛造操作機(jī)大車(chē)行走液壓控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，利用AMESim 軟件建立操作機(jī)大車(chē)行走液壓控制系統(tǒng)的仿真模型，分析了空載和額定負(fù)載工況下操作機(jī)大車(chē)行走系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性[3]。李現(xiàn)友等人提出具有節(jié)能特點(diǎn)的優(yōu)化液壓系統(tǒng)改造方案[4]。

1 舊設(shè)備的不足

某廠30 t 操作機(jī)投用已近10 年，優(yōu)化前的行走和旋轉(zhuǎn)電機(jī)泵組布置如圖1 所示。操作機(jī)行走及旋轉(zhuǎn)電機(jī)泵組位于油箱下方，這種電機(jī)泵組存在不足。

（1）散熱效果差。由于2 電機(jī)泵組布置相對(duì)集中，在工作過(guò)程中置于密閉空間中，空氣流動(dòng)性差，電機(jī)和液壓泵熱量無(wú)法正常散出，導(dǎo)致液壓油溫升過(guò)快，液壓元件密封損壞失效，動(dòng)作異常，特別是夏季，經(jīng)常需要停機(jī)等待油溫冷卻至工作區(qū)間。

（2）維修停機(jī)耗時(shí)長(zhǎng)?？臻g受限，由于2 電機(jī)泵組體積較大，行走驅(qū)動(dòng)裝置維修操作空間不足，造成拆卸和安裝操作困難；位置受限，天車(chē)等設(shè)備無(wú)法直接使用，需要加工專(zhuān)用杠桿，增設(shè)配重，方可進(jìn)行，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）故障點(diǎn)排查困難。在2 電機(jī)泵組周?chē)M小空間內(nèi)分布有許多控制、供液、高、低壓油路，還有行走閥塊和電纜橋架等，人員通行受限，不利于日常巡檢過(guò)程中故障點(diǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2 布置優(yōu)化方案

充分借鑒目前主流的操作機(jī)電液系統(tǒng)—電機(jī)泵組布置方式，在保證設(shè)備性能和功能的前提下，提出了一種布置優(yōu)化方案并加以實(shí)施，旨在解決30 t 操作機(jī)電機(jī)泵組在布置方面的不足，設(shè)計(jì)匯流閥塊，優(yōu)化行走閥塊布置，確保兩側(cè)行走馬達(dá)動(dòng)作的同步性。

新方案是在操作機(jī)末端設(shè)計(jì)一平臺(tái)，將2 電機(jī)泵組移出并安裝于平臺(tái)上，通過(guò)連接板與操作機(jī)墻板和地板焊接，平臺(tái)的寬度和長(zhǎng)度都進(jìn)行仔細(xì)計(jì)算，避免影響拖鏈和圍欄，三維模型如圖2 所示。

圖1 優(yōu)化前布置

3 有限元仿真

為了保證平臺(tái)強(qiáng)度，針對(duì)方案進(jìn)行了多次結(jié)構(gòu)優(yōu)化和有限元仿真，考慮到現(xiàn)場(chǎng)工況，特設(shè)置了動(dòng)載荷系數(shù)。應(yīng)力和位移分布如圖3 所示。

由圖3 應(yīng)力分布可看出最大應(yīng)力出現(xiàn)在連接處：66.35 MPa 材料為Q235B，安全系數(shù)約為3.5 倍，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。最大位移出現(xiàn)在最末端，考慮到懸臂結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，與墻板連接質(zhì)量直接決定方案的實(shí)施效果。

圖2 優(yōu)化后電機(jī)泵組布置

4 安裝與使用

由于整個(gè)平臺(tái)是焊接在操作機(jī)末端，為了保證焊接質(zhì)量，關(guān)鍵連接部位現(xiàn)場(chǎng)拼焊，消除誤差間隙，確保連接可靠。待平臺(tái)安裝完成后，組裝電機(jī)泵組、定位閥塊、配置液壓管路、連接線纜、安裝圍欄等，實(shí)際裝配如圖4 所示。

圖3 應(yīng)力與位移分布

優(yōu)化過(guò)后，行走、旋轉(zhuǎn)兩電機(jī)泵組散熱不良也得到了極大改善，更換耗時(shí)減少一半；維修更換過(guò)程中，天車(chē)等設(shè)備可以直接使用，不再受到位置限制，提升了維修效率，減少人員操作難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，停機(jī)耗時(shí)也大大縮短。

5 結(jié)束語(yǔ)

本優(yōu)化方案的順利實(shí)施，形成了此類(lèi)操作機(jī)電液系統(tǒng)布置優(yōu)化改造全流程體系，為以后相近設(shè)備優(yōu)化升級(jí)改造提供基礎(chǔ)和可借鑒案例。

圖4 優(yōu)化后安裝