液壓機發展趨勢淺談

楊國強

（寶雞鈦業股份有限公司鍛造廠，陜西寶雞 721014）

0 引言

液壓機是指以高壓液體（油、乳化液）傳遞工作壓力的鍛壓機械。液壓機具有行程可變、工作壓力高、工作平穩等優點。液壓機容易達到最大較大的鍛造深度，適合大鍛件生產，可以在液壓機上進行開坯、鐓粗、切斷、拔長等工序。液壓機主要包括水壓機和油壓機。某些彎曲、矯正、剪切機械也屬于液壓機一類。工業部門常用的液壓機就是油壓機和水壓機，他們既有聯系又有區別，不同主要包括工作介質、傳動方式、控制方式及機械結構等。但他們的工作原理一致，都是依靠液體的靜壓力來完成工作的。

寶鈦集團鍛造廠自20 世紀60年代開始陸續投產了12.5 MN水壓機、31.5 MN 水壓機、25/31.5 MN 快鍛機、100 MN 自由鍛液壓機。這些設備中12.5 MN 和31.5 MN 立式鍛造水壓機基本相似，機械結構類似，只不過后期對31.5 MN 操作系統、和電氣控制系統進行了升級改造，以適應現代化的生產要素。25/31.5 MN 和100 MN 自由鍛壓機都是引進德國的進口裝備，他們在設計理念、機械結構、控制方式上有很大不同。

在本文中，液壓機特指自由鍛造壓機，它為國民經濟很多部門提供了關鍵的產品，例如三峽發電機組的電機主軸、核電站主反應器、大飛機起落架等。作為有色金屬加工行業一名普通科技人員，只有不斷關注液壓機行業的發展動向，研究該行業的重大問題，才能縮小與世界先進水平的差距，才會更好、更全面地掌握液壓機方面的專業知識。

1 液壓機本體結構的發展

1.1 梁

水壓機本體（主機）是指三梁、四柱、液壓缸等部件以及這些部件的連接方式及特點。三梁是指：上橫梁、活動橫梁、下橫梁（也稱底座），四柱指四根立柱、缸體主要有主缸、提升缸、工具工作缸等。中小型水壓機一般是傳統的三梁四柱式結構（圖1）。橫梁是液壓機的重要部件，其外形輪廓尺寸很大，為了節約金屬一般做成空心箱體結構，中間假設筋板，在安裝各種缸、柱塞及立柱的地方做成圓筒形，在承載大的地方加密筋，這樣可以提高亮的剛度、降低局部應力。梁一般也是按照整體鑄件制造，現在工藝也比較成熟。由最開始采用焊接的方法制造梁開始，一步步地掌握了整體鑄件的制造方法，但國內制造大型鑄件的水平還有待提高，100 MN 下拉式自由鍛壓機梁都超過200 t（單重），國內要制造這樣的大型鑄件還不成熟。需要相關專業的技術人員來消化吸收在創新來發展我國的大型鑄件技術。

1.2 立柱

圖1 水壓機結構

立柱一般由35#或者45#鍛造制成，立柱式機架的主要支撐件和受力件。12.5 MN、31.5 MN 均采用四柱式結構，活動橫梁在上、下梁之間，中大型水壓機的立柱一般做成空心的，一個作用是可以作為壓機回水的“通路”，立柱還有另一個重要作用就是導向，各種液壓機的導向方式不盡相同，12.5 MN 和31.5 MN 是圓立柱導向套的工作方式，導向套一般安裝在活動橫梁內，此種結構較為落后，是因為該套磨損后、無法補償間隙、導向精度低、無法調整，圓立柱還可導致動梁的定位精度及鍛件尺寸精度很低，大大降低了鍛件利用率。為了提高鍛件的尺寸精度，20 世紀70年代后期出現了方立柱平面可調間隙導向結構，25/31.5 MN 和100 MN 液壓機就是這種結構（圖2）：動梁內安裝可沿導向面法向調整立柱間隙的導向板，也可在路住上安裝耐磨的導向滑板。此種結構的優點較多：導向滑板間隙可調，且可方便的更換。此結構是面接觸受力情況較好，運行平穩且無卡滯可能。其導向精度較圓立柱導向套形式高的多，動梁的定位精度高，所以鍛件的尺寸精度也高。一般情況下其精度在3 mm 以內，但其也有缺點：方立柱滑板形式結構復雜，造價昂貴。所以，液壓機立柱從圓立柱導向套形式發展到方立柱滑板形式是很大的進步，但在具體生產實踐中究竟怎么選擇還需要綜合考慮各種因素。液壓機的立柱受力情況復雜，它的受力方式和本體的結構方式密切相關。

1.3 結構形式

12.5 MN 和31.5 MN 液壓機都是傳統的三梁四柱的局部預緊框架結構形式，所謂的預應力框架，就是液壓機沒有工作的狀況下在框架內部已經存在預緊應力。其上下梁、4 個立柱以及16 個立柱螺帽組成一個封閉框架，立柱主體部分承受拉彎聯合應力，立柱受力情況復雜。國內也發生了很多立柱折斷的不安全事故，修復往往需要數月甚至更長的時間，為了提高液壓機本體部分的安全性和可靠性，現在大型液壓機向全預應力框架結構形式發展?？蚣苁浇Y構的優點是剛性好、導向精度高、疲勞能力強，但其也有明顯的缺點，如制造成本高、操作不如梁柱式方便等。隨著科技的發展，寶雞鈦業股份有限公司引進了25/31.5 MN 油壓機后液壓機的結構形式也發生了變化。上梁底梁、活動橫梁、兩件立柱、兩件拉桿靠4 個液壓螺母組成一個預應力框架，此種結構有剛度大、立柱承載小，拆卸方便等優點。近年公司引進了德國潘克公司100 MN 下拉式雙立柱液壓機，該設備解決了大規格坯料、鍛件等方面的生產問題。該設備的結構為全預應力框架，由上、下梁、兩件方立柱、16 件預應力拉桿（包括32件超級螺母）組成的。100 MN 液壓機全預應力框架是行業現在發展的趨勢代表著行業最高技術水平，其主要的優點有：框架整體剛度好，立柱受力情況好、壽命長，但投資較大，25/31.5 MN和100 MN 壓機的結構就是這種。由圖3 可以看到，局部應力結構應力脈動很大，而預應力框架結構應力就“平緩”了很多。為了使液壓機工作平穩，要對液壓機的框架進行預緊這樣可以使液壓機工作時螺母與梁之間始終存著預緊應力，使框架為一個整體，增加了設備的整體剛度。液壓機預緊方式主要有3 種：淤超壓預緊，利用設備自身的工作載荷達到預緊目的；于液壓拉申預緊，利用設備的液壓力對拉桿直接施加外力（在拉桿彈性變形區間）而產生一個預應力，通過計算計算出拉桿需要的變形量，然后緊固螺母即可；盂加熱預緊，利用外加熱方式，將立柱加熱，立柱受熱變形伸長（由預應力大小通過計算可得伸長量，從而計算出加熱溫度），擰緊螺母冷卻后就產生需要的預緊力。

圖2 方立柱導向裝置

圖3 立柱受力分析

2 控制方式探討

傳統的水壓機基本上都是泵和蓄勢器的傳動方式，在自動化程度、控制的精確性等方面略顯不足。而25/31.5 MN 油壓機采用變量液壓泵和定量液壓泵為閥控方式直接驅動，100 MN液壓機是泵控方式，它們在設計理念和節能環保方面更是優勢凸顯。這其中伺服控制技術、綠色節能技術、集成化技術等高科技都已經應用到工業生產中。

2.1 伺服控制技術

水壓機以乳化液為介質，近些年也都加以改造變為伺服電機直接驅動搖桿軸控制分配閥芯最終控制壓機各個動作的目的。它明顯地降低了勞動強度，提高了系統的穩定性。25/31.5 MN 液壓機就是采用伺服控制技術。伺服控制技術是近幾十年發展起來的一種精密驅動技術，其核心技術是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控制量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化而變化。伺服控制技術無疑是一種科技進步。另外，現在閥集成化程度也越來越高，導致伺服閥集集成化、智能化技術于一體，越來越適應現代工業生產的要求，對提高產品質量發揮著關鍵作用。

2.2 泵控技術

隨著現代科技的進步，出現了泵控技術，其工作原理是：液壓泵（軸向柱塞泵）一個油口連接著壓機主工作缸進油口，而提升缸回油口連著液壓泵的另一個油口，這樣就完成了加壓，提升缸的回油直接到了液壓泵里，而不像其他壓機一樣會回到油箱去，相反液壓機為提升動作時從主缸回來的液壓油會進入液壓泵然后到提升缸，這一點很類似液壓上的閉式回路。然而這是一項新的“技術革命”，其最大的優勢就是非常節能環保，符合當下時代的潮流。

3 結論

鍛造液壓機是國民經濟離不開的大國重器，科技人員應該學好它、用好它，使我國的鍛造液壓機制造、使用水平達到國際先進行列。具體到某個行業如何選擇合適的液壓機，還需要統籌考慮。