典型鍛壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與檢修

秦向宏

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西寶雞 721014）

0 引言

鍛壓機(jī)在航空航天、探測(cè)設(shè)備、壓力容器、化工、冶金、汽車(chē)等多行業(yè)應(yīng)用較為廣泛。隨著泵控、閥控系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模鍛和自由鍛壓機(jī)的噸位的大幅提升。通過(guò)精密鑄造、無(wú)損探傷等手段，提升了大型鑄件的性能、成品率及使用壽命。鍛壓機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加完善，利用超級(jí)螺母緊固的預(yù)應(yīng)力拉桿能使壓機(jī)框架承受更大的載荷，增強(qiáng)剛性、抗形變的能力。主體各部件模塊化的設(shè)計(jì)，便于長(zhǎng)途運(yùn)輸，也使得大型壓機(jī)的安裝和檢修更節(jié)省時(shí)間，能創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。控制系統(tǒng)采用PLC與多臺(tái)上位機(jī)電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，對(duì)于啟動(dòng)、運(yùn)行、故障（超壓、超溫、超差等）信號(hào)的監(jiān)測(cè)，有效地實(shí)現(xiàn)過(guò)程的閉環(huán)控制，避免系統(tǒng)由隱患向故障的轉(zhuǎn)化，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。基于局域網(wǎng)的壓機(jī)控制系統(tǒng)可以與多臺(tái)操作機(jī)、輔助設(shè)備相連，兼容性更強(qiáng)，配合作業(yè)、自動(dòng)化程度更高。動(dòng)力源的節(jié)能設(shè)計(jì)，變量泵、變頻電機(jī)的參與，實(shí)現(xiàn)壓力峰值與執(zhí)行動(dòng)作一致，波谷低轉(zhuǎn)速、低功率，更加節(jié)能，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。介紹兩種典型鍛壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及一些檢修方案。

1 25/31.5MN 油壓機(jī)

油壓機(jī)采用三梁雙柱上傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，工作介質(zhì)為46#液壓油。主機(jī)由上橫梁、活動(dòng)橫梁、下橫梁、主缸、回程缸等部件通過(guò)張立柱、預(yù)應(yīng)力拉桿組合形成一個(gè)封閉的框架機(jī)構(gòu)。活動(dòng)橫梁位于上、下橫梁之間，與主缸、回程缸柱塞鉸接，在液壓力的作用下沿張立柱的矩形表面做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓下和回程等動(dòng)作，把來(lái)自主缸的壓力通過(guò)錘頭傳遞到被鍛壓的工件上。25/31.5MN 油壓機(jī)主機(jī)如圖1 所示。

圖1 25/31.5MN 油壓機(jī)主機(jī)

1.1 結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1 能方便、快捷的調(diào)整活動(dòng)橫梁與立柱的間隙

（1）青銅滑板與錐狀基板安裝在活動(dòng)橫梁的頂部和底部，對(duì)活動(dòng)橫梁運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向間隙提供調(diào)節(jié)功能，同時(shí)也可延長(zhǎng)滑板的使用壽命，滑板與基板安裝剖視圖如圖2 所示。在使用過(guò)程中，滑板會(huì)產(chǎn)生磨損，與立柱的間隙可通過(guò)塞尺進(jìn)行確定。若間隙增大，通過(guò)減小調(diào)整墊的高度，讓錐狀基板的高度降低，安裝在基板上的青銅滑板往立柱方向靠近，間隙減小，達(dá)到理論要求的合理間隙。反之，增加調(diào)整墊的高度，使滑板遠(yuǎn)離立柱方向，間隙增大。通過(guò)調(diào)整墊鐵的縱向高度來(lái)調(diào)整滑板的橫向?qū)蜷g隙，操作方便、快捷。可以多次調(diào)整，直至青銅滑板的導(dǎo)油槽被完全磨損，再進(jìn)行更換，使用壽命較長(zhǎng)。

圖2 滑板與基板安裝

（2）間隙調(diào)整的理論數(shù)值。活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì)成與壓力方向相對(duì)的微量的撓度，當(dāng)來(lái)自主缸的液壓力施加于橫梁上時(shí)，曲面變形，趨于平面；液壓力切斷后，曲面復(fù)位。預(yù)留合理的間隙（圖3），防止滑板與立柱的過(guò)渡磨損。

圖3 活動(dòng)橫梁與立柱的間隙

1.1.2 主缸柱塞的球面墊設(shè)計(jì)

主缸缸體位于上橫梁的中心，強(qiáng)制適配連接，通過(guò)缸的配合帶和連接螺栓固定于上橫梁。柱塞通過(guò)球面墊座體、壓蘭、球面墊等部件連接于活動(dòng)橫梁上。

在偏心鍛造時(shí)，活動(dòng)橫梁微量的偏移，但球面墊與座體始終保持垂直于壓機(jī)本體，有效的避免主缸密封和襯套的磨損。球面墊配合面采用甘油集中潤(rùn)滑，且壓蘭處的防塵圈有效的阻隔外來(lái)污染源進(jìn)入，延長(zhǎng)使用壽命，主缸柱塞連接剖視圖如圖4 所示。

圖4 主缸柱塞連接

1.1.3 回程缸連接的球面墊設(shè)計(jì)，位移傳感器參與控制

回程缸安裝在活動(dòng)橫梁的項(xiàng)部區(qū)域，每個(gè)沖程后把活動(dòng)橫梁向上拉回起始位置，柱塞末端通過(guò)球狀帽，與活動(dòng)橫梁鉸接方式連接，在偏心鍛造時(shí)，使其只有很小的側(cè)向作用力作用在密封和導(dǎo)向襯套上，受很少的磨損。在兩個(gè)回程缸活塞的心部各安裝一只磁性位移傳感器，用于檢測(cè)活動(dòng)橫梁的位移量和傾斜量。一側(cè)為控制傳感器，另一側(cè)比較傳感器。當(dāng)二者的差值大于10 mm時(shí)，即|X-Y|>10 mm 時(shí)，壓機(jī)偏載超差，系統(tǒng)報(bào)警，解除后才可以動(dòng)作，對(duì)于設(shè)備的安全起到有效地保護(hù)作用，回程缸剖視圖如圖5 所示。

圖5 回程缸剖視圖

1.1.4 上砧鎖緊、換砧機(jī)構(gòu)的液壓驅(qū)動(dòng)

上砧鎖緊機(jī)構(gòu)，由兩個(gè)鎖緊油缸、導(dǎo)向連桿、T 形掛鉤、成套碟形彈簧等組裝后安裝在活動(dòng)橫梁內(nèi)部，上砧鎖緊、旋轉(zhuǎn)缸剖視圖如圖6 所示。旋轉(zhuǎn)缸固定于鎖緊缸體的外殼，配有組合式光電開(kāi)關(guān)，控制旋轉(zhuǎn)角度及油路的通斷。

圖6 上砧鎖緊、旋轉(zhuǎn)缸剖視圖

執(zhí)行換砧指令時(shí)，鎖緊缸無(wú)桿腔進(jìn)油，推動(dòng)柱塞桿連接的件6—T 形掛鉤下行，與件7—上砧底座形成2 cm 間隙，此時(shí)件3—碟簧處于壓縮狀態(tài)，件4—旋轉(zhuǎn)缸拖拽鎖緊缸體整體轉(zhuǎn)動(dòng)至指定位置停止，T形掛鉤短邊與上砧底座T 形溝槽短邊平行，活動(dòng)橫梁提升，掛鉤完全與上砧脫離。更換完畢后，旋轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊缸與掛鉤整體轉(zhuǎn)動(dòng)，T 形掛鉤長(zhǎng)邊與上砧T 形溝槽短邊垂直，鎖緊缸無(wú)桿腔高壓油停止，原處于壓縮狀態(tài)的成套碟簧回彈，推動(dòng)T 形掛鉤上移。

依靠成套碟簧向上預(yù)壓緊的力，使得上砧與活動(dòng)橫梁的基面始終保持貼合。旋轉(zhuǎn)缸的組合開(kāi)關(guān)與鎖緊缸控制閥信號(hào)閉環(huán)控制（即兩個(gè)旋轉(zhuǎn)缸轉(zhuǎn)動(dòng)到位，觸碰開(kāi)關(guān)，鎖緊缸控制閥才失電斷油，否則不予執(zhí)行），避免了更換上砧時(shí)誤操作，造成事故。

1.1.5 工作缸密封壓蘭調(diào)平機(jī)構(gòu)

3 個(gè)工作缸密封壓蘭上設(shè)置有4 組頂絲、調(diào)整墊等壓蘭調(diào)平機(jī)構(gòu)，使得密封壓蘭始終垂直于柱塞，保證密封均勻的壓縮量，防止偏磨。使用過(guò)程中，通過(guò)更換調(diào)整墊，緊固密封壓蘭，獲得V 形密封相同的壓縮量，方便、快捷。例如：將4 個(gè)厚度為12 mm調(diào)整墊，替換成為8 mm 后，緊固密封壓蘭，即V 形密封獲得了4 mm 的壓縮量。

1.1.6 主機(jī)控制系統(tǒng)

采用2 個(gè)西門(mén)子S7－400 PLC 和2 個(gè)西門(mén)子S7－300 PLC，通過(guò)4 個(gè)HMI 界面任意一個(gè)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)CPU。系統(tǒng)采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，用一根通信電纜代替大量的I/O 電纜，用數(shù)字化通信代替DC 24 V 和4～20 mA 信號(hào)的傳送，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和監(jiān)測(cè)。

1.2 主要的檢修過(guò)程

1.2.1 主缸襯套、壓套的更換

先拆除活動(dòng)梁下沖程限位、回程缸與動(dòng)梁的鎖緊裝置等部件，保證主缸柱塞能夠繼續(xù)下行與缸體分離，預(yù)留檢修空間。同時(shí)為保證過(guò)程的平穩(wěn)性，需借助于平衡梁，貫穿在立柱開(kāi)檔之間，使用行車(chē)抬吊，或使用成對(duì)千斤頂同步運(yùn)行，調(diào)整高度。導(dǎo)套安裝于缸筒內(nèi)部，過(guò)盈配合，安裝過(guò)程可采用溫差法（液氮冷卻銅套）安裝，防止其局部變形，進(jìn)而影響與柱塞的配合間隙。

1.2.2 主缸密封的更換

V 形開(kāi)口密封的安裝方式、裁剪形式如圖7 所示。為延長(zhǎng)密封的使用壽命，一般預(yù)留合理的余量。密封長(zhǎng)度按L=πD+e 來(lái)計(jì)算（其中D 為密封的中徑，e 為預(yù)留尺寸），e 的選用參考見(jiàn)表1。

表1 e 的選用參考 mm

圖7 密封的安裝、裁剪剖視圖

以直徑為Ф250 mm 的柱塞，裝配Ф250/280×125 mm 的密封為例，密封的中經(jīng)D=（250+280）/2=265 mm，裁剪密封長(zhǎng)度L=3.14×265+7=839.1 mm。

2 31.5 MN 水壓機(jī)

3150T 水壓機(jī)以乳化液為介質(zhì)，傳動(dòng)形式是泵—蓄勢(shì)器傳動(dòng)，即在水路系統(tǒng)中增設(shè)高壓容器—蓄勢(shì)器。水壓機(jī)工作時(shí)，高壓水由泵和蓄勢(shì)器共同供給，短時(shí)間內(nèi)可供給水壓機(jī)大量的高壓水。水壓機(jī)不工作時(shí)，高壓水則儲(chǔ)存于蓄勢(shì)器內(nèi)，所以水泵及電機(jī)的功率可以小些，其利用系數(shù)及水壓機(jī)的速度都可以提高。3150T 水壓機(jī)主機(jī)實(shí)物如圖8 所示。

圖8 3150T 水壓機(jī)主機(jī)

壓機(jī)主體采用3 梁4 柱，上橫梁和下橫梁通過(guò)4 根立柱和螺帽連接成一個(gè)封閉的剛性框架，并承受全部工作載荷。上橫梁安裝3 個(gè)工作缸、2 個(gè)回程缸缸體等。中間設(shè)活動(dòng)橫梁，與3 個(gè)工作缸、2 個(gè)回程缸柱塞連接，上、下面設(shè)有立柱導(dǎo)套。

控制系統(tǒng)為閥控系統(tǒng)。利用凸輪機(jī)構(gòu)的邏輯順序控制閥的開(kāi)關(guān)，分配通向工作缸的高壓水，驅(qū)動(dòng)工作缸執(zhí)行相關(guān)的工作。

2.1 結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)

2.1.1 柱塞與活動(dòng)橫梁的連接

主缸采用剛性連接，當(dāng)偏心鍛造時(shí)，活動(dòng)橫梁發(fā)生傾斜，由于立柱導(dǎo)套和立柱的間隙較大（1～3 mm）；而柱塞與工作缸導(dǎo)套的間隙較小（D4/dc4），偏心矩主要通過(guò)柱塞和工作缸傳給上橫梁。立柱受力雖有改善，但工作缸導(dǎo)套和密封環(huán)會(huì)加速磨損，增加維修，而且制造、安裝找正比較困難。且密封壓蘭處未設(shè)置壓蘭調(diào)平機(jī)構(gòu)，易出現(xiàn)密封的偏磨，工作介質(zhì)容易泄漏。

側(cè)缸采用球面支承連接，柱塞立于活動(dòng)橫梁球面座上，其半徑為柱塞直徑的1.5～2 倍。偏心鍛造時(shí)，活動(dòng)橫梁產(chǎn)生傾斜，柱塞在球面副上相對(duì)滑動(dòng)，使柱塞仍能保持垂直，不易損壞密封及工作缸導(dǎo)套。

2.1.2 活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向裝置

襯套采用鑄銅對(duì)開(kāi)圓柱體，在長(zhǎng)期的滑動(dòng)摩擦下，會(huì)產(chǎn)生磨損，因無(wú)預(yù)先設(shè)計(jì)的間隙調(diào)整裝置，活動(dòng)橫梁與立柱之間的間隙增大后，需要更換新件達(dá)到預(yù)設(shè)的間隙要求，壽命較短，操作繁瑣。且襯套處為手動(dòng)潤(rùn)滑方式，未設(shè)置心部潤(rùn)滑通道，潤(rùn)滑效果欠佳。

2.1.3 閥控系統(tǒng)

采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖桿軸、凸輪、頂桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)液壓閥的開(kāi)關(guān)，控制高壓水的通斷、流向，閥控系統(tǒng)原理如圖9 所示。存在的問(wèn)題有以下2 點(diǎn)：

圖9 閥控系統(tǒng)原理

（1）凸輪、頂桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡線(xiàn)性較差，凸輪表面易磨損，進(jìn)而導(dǎo)致控制高壓水的通斷時(shí)沖擊大、振動(dòng)大。

（2）液壓閥的結(jié)構(gòu)未設(shè)計(jì)通過(guò)先導(dǎo)高壓來(lái)開(kāi)啟主閥，且伺服電機(jī)負(fù)載較大，聯(lián)軸器受較大扭矩，加速磨損，間隙增大后，反饋在搖桿軸另一側(cè)的角度傳感器上的誤差增大。累計(jì)誤差的存在，需要不斷的在給定和反饋值上修正，故障率高。不能準(zhǔn)確的反饋活動(dòng)橫梁的精確位置，會(huì)造成壓機(jī)加壓不受控的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 上砧采用T 形掛鉤的方式固定

上砧底座與活動(dòng)橫梁采用螺栓連接后，用T 形掛鉤將上砧與上砧底座相連接。無(wú)相應(yīng)的防松裝置，使用過(guò)程中，螺栓易松動(dòng)、T 形掛鉤易磨損，造成間隙過(guò)大。上砧在上行，下行的過(guò)程中，由于慣性與底座相互沖擊，產(chǎn)生噪聲。

2.2 主要檢修工藝

2.2.1 工作缸配合帶的修復(fù)，缸體襯套、壓套的更換

從壓機(jī)頂部緩沖罐、充液閥、接力器、回程缸拉桿等部件的拆卸，然后落下工作缸，吊開(kāi)上橫梁，移除缸體、柱塞、活動(dòng)橫梁等。按技術(shù)要求進(jìn)行修復(fù)。

2.2.2 閥控系統(tǒng)檢修

更換伺服電機(jī)聯(lián)軸器時(shí)，保證與凸輪軸的同軸度，避免內(nèi)嚙合齒輪的過(guò)度磨損，間隙增大。凸輪在軸上的基準(zhǔn)位置共線(xiàn)，牢靠固定。凸輪的升角、曲線(xiàn)，符合閥開(kāi)關(guān)的邏輯順序。安裝在凸輪軸兩端的軸承的軸肩位置定位精確。頂桿與套配合間隙合理，潤(rùn)滑可靠。