大型自由鍛造液壓機的技術特點分析

徐響　韓露　郭賀賀

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

關鍵詞：大型液壓機；自由鍛造液壓機；技術特點

中圖分類號：TG315 文獻標識碼：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備，由于我國在大型自由鍛造液壓機技術方面發展較晚，所以其制約著我國在冶金、化工、電力、船舶、航空航天等行業的發展。因此，各行各業逐漸將其工作目標轉向大型自由鍛造液壓機。據相關部門的統計，目前國內已投產的大型自由鍛造液壓機有十數余臺，在建造的仍有十數余臺，占世界大型自由鍛造液壓機總數的五分之二。本文主要針對大型自由鍛造液壓機的技術特點進行分析。

1 大型自由鍛造液壓機的技術特點

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

1.1 電氣技術

現有的大型自由鍛造液壓機的電氣系統在一定程度上都是采用PLC進行控制，具有相關的人機交互界面，這個人機交互界面通常是由工控機擔任，還有承擔工業現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據總線進行數據交互，實時的采集相關數據，如：滑塊位置、溫度、鍛造壓力等，這就在一定程度上實現了對各種設備的統領控制，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。電控設備的主泵驅動一般情況下采用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

主機的結構：大型自由鍛造液壓機的主機，一般情況下按照立柱的數量進行劃分，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。在過去的結構設計形式中，四柱的自由鍛造液壓機成為設計的主流，其具有結構穩定、安全可靠的基本性能特點，但是現階段的大型自由鍛造液壓機以雙柱壓機為主，這種設計具有視野開闊、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，主要是基于結構穩定考慮。從目前市場上所出現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應力框架結構設計而成，這保證了其基本受力特定為在偏載受力情況下將復雜的受力狀態改為拉桿受拉應力，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。

在國內現階段的出現的萬噸級大型自由鍛造液壓機均采用等徑三缸上推式結構形式，這種形式在使用的過程中，容易出現油液泄漏事件，導致不必要的事故發生，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計過程中通常采用下拉式缸體結構形式，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發生，但是這種設計形式往往僅適用于中小型自由鍛造液壓機結構，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，在國內外的大型自由鍛造液壓機中大多數都沒有采取下拉式缸體結構形式，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構的形式。

大型自由鍛造液壓機的活動橫梁可以根據其結構形式分為整體結構模型和組合式結構模型，對于后者在形式上分為導向座和活動橫梁本身，這種形式的優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

對于傳統的泵-蓄勢器傳動水壓機技術，這種技術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；而現階段生產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系，泵直接傳動的壓機速度與泵的數量有直接關系，現階段的大型自由鍛造液壓機優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，這是現階段全球大型自由鍛造液壓機發展的主要方向。對于油壓機而言，液壓控制系統可分為泵控系統和閥控系統，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。泵控系統主要用于油品精度高、效率高、功率大的工作場合。泵控系統的代表為德國威普克—潘克的正弦驅動系統，通過控制油泵實現對油缸運動方向和運動速度的控制并可無級變速。閥控系統具有高精度和高頻響的特點，現階段大多數液壓機采用閥控系統，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。

目前我國國內的泵控系統相對國外而言較為薄弱，市場上所流行的泵控系統主要是德國和法國的泵控系統，對于現階段大型自由鍛造液壓機的泵控系統而言，只有德國生產的泵控系統符合我國現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性造成較大的影響。反之，一味的追求平穩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展趨勢

我們可以從相關數據看出，無論從萬噸級自由鍛造液壓機的數量或規格來看，我國已成為世界擁有最多數量、最大噸位重型自由鍛壓設備的國家。國內萬噸級自由鍛造液壓機和全液壓鍛造操作機的設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展，我國現階段的首要任務是：在設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設計、最后在設計的過程中進一步提高設計的速度和精度。

參考文獻

[1] 高峰，郭為忠，宋清玉.重型制造裝備國內外研究與發展[J].機械工程學報，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，主管設計師，研究方向：液壓機設計與鍛壓工藝。