水壓機水改油的關鍵技術研究

郭曉鋒　段麗華　蘇振華

摘? 要：水壓機的控制精度較差，普遍存在控制精度差，設備故障率高、能耗高，系統泄漏嚴重等問題。將水壓機改造成油壓機，能全面提升壓機性能，提高生產效率，降低維護維修成本和能耗。重點介紹了水改油的關鍵技術，并通過水改油工程實踐表明：將老舊水壓機改造升級成為油壓機，能全面提升設備性能，提高生產效率，節能降耗;實現新的功能和工藝，有利于提升產品質量和開發新產品。

關鍵詞：水壓機;泵-蓄勢器傳動;油泵直接傳動;水改油

新中國成立后，我國建造了一大批重型水壓機，這些水壓機采用水泵蓄勢站傳動，以手動操作為主，設備精度較差，存在設備能耗高，產品成品率低，設備故障率高，系統泄漏嚴重等問題[1]。隨著技術的發展，這些老舊水壓機愈發顯得能耗高、效率低，精度差，環境友好度差，維修維護頻率高。同時，隨著我國大飛機、重載火箭等項目的實施，新的產品及工藝對液壓機提出了更高的要求，如產品尺寸精確控制等。因油壓機具有低能耗、高精度等特點，將水壓機改造成油壓機，成為諸多廠家的迫切需求。

1水改油的突出優點

通過水改油技術將老舊水壓機改造升級成油壓機，具有如下突出優點：

（1）具有更高的控制精度。水壓機采用的泵—蓄勢器傳動近似為恒壓力傳動，壓機工作速度與鍛件變形抗力有關，控制精度難以保證;而水改油后采用高精度變量油泵直接傳動，速度根據需要由油泵的供油量決定，與產品的變形抗力無關，壓機控制精度高。

（2）具有更長的壽命和更低的維護成本。水壓機高壓水沖擊嚴重，不可避免的造成水蝕，使水閥維護頻繁。而液壓油自身具有潤滑和防銹作用，整個液壓元件及系統壽命遠大于水系統，設備維護維修頻率和成本大幅降低。

（3）油壓機能效更高。水壓機的驅動力來自蓄勢罐，而蓄勢罐需一直保持在高壓狀態，高壓水對閥體沖擊較大，存在較大的能量損失。油壓機能做到按需輸出能量，能效更高，且無水資源浪費。

2水改油的關鍵技術

2.1主機修復的關鍵技術

油壓系統對主機的精度、密封等方面有更高的要求，而老舊水壓機因水系統的腐蝕，設備的主缸、柱塞等關鍵零件都銹蝕嚴重，密封泄漏量非常大。對主機關鍵零部件進行修復，使其能夠適用油壓系統是水改油的重要環節。

（1）表面修復技術。對柱塞、缸體等關鍵零部件拆除加工修復，對柱塞表面、缸體密封面采用堆焊后再精加工的方式進行修復，提高零件的精度和表面質量，減小設備運動摩擦阻力，大幅提升了設備的使用壽命。

（2）大型銅套高精度加工技術。更換壓機主缸導向銅套是恢復壓機機械精度的重要環節，而大型壓機的銅套具有直徑大、壁厚薄的特點，且銅合金材質相對比較軟，在加工時易發生變形。針對大型薄壁銅套等關鍵鑄銅件，創新加工工藝，在加工時采用多次釋放應力、多道次加工的方式，能有效控制銅套加工變形量，保證了大型銅套的加工精度。

（3）現場除銹修復技術。老舊水壓機經過多年的使用，原水系統對設備銹蝕非常嚴重，很多重要零件無法拆下返廠加工，需要現場進行除銹和補焊修復。針對不同的零部件、不同的銹蝕度采用不同的除銹方法，包括人工打磨、干冰除銹、化學酸洗等多種方式，形成了一套有效的現場除銹修復技術，并對裂紋等缺陷設計專用加熱裝置進行現場補焊修復。

2.2高效高精度液壓控制技術

針對不同壓機和生產工藝要求，設計全新的油泵直接傳動閥控液壓系統，包括油泵站、泵頭閥站、執行閥站、先導控制系統、伺服控制系統、充液系統等。對原主工作油缸，采用高頻響的比例閥或者伺服閥提高響應速度，提高設備的速度和位置控制精度。通過閉環控制實現大型壓機的超低速的高精度控制，滿足產品極端制造工藝對壓機工作速度控制的要求。對于超大的移動橫梁，在運動過程中，不僅要建立運動部件的驅動系統和平衡系統，還需考慮運動過程中的不同步，需要設計專門的同步系統，提高超大移動橫梁運動的同步精度，避免對設備的損壞。

2.3設備智能化及工藝數據庫

經水改油技術升級后的壓機，在最新電氣和液壓控制系統技術支撐下，設立相應的檢測系統和反饋處理機制，能夠實現整機設備的精細化控制，全面提升設備的自動化水平。在安全控制方面，可以引入更多的連鎖和保護機制，對于出現的異常現象能夠及時的報警，對于出現泄漏等事故時能夠自動判斷和執行相關操作，最大程度的減少損失和實現安全保護。同時，建立能耗監測與控制系統、產品生產過程記錄系統和產品管理系統等，全面提高設備的智能化。

新的電控系統能夠對大量的生產試驗過程數據進行自動記錄、篩選和處理，并快速建立和優化工藝路線，通過對不同材料的塑性變形進行研究和在設備上實驗驗證，大量的研究積累，進而建立改油壓機的工藝數據庫。

3水改油技術的最新應用

近年來，中國重型機械研究院積極開展水改油技術的研究和應用推廣，目前已成功完成了西南鋁125MN擠壓機和100MN多向模鍛水壓機的水改油升級，為今后大型水壓機改造積累了豐富的經驗。

3.1基于水改油的新功能、新工藝的應用

得益于油壓系統的高可控性，水壓機改造成為油壓機后，可以應用更先進的控制技術，全面提高控制精度，可實現更多的新工藝和功能。如改造后的125MN擠壓機實現了擠壓桿、擠壓筒速度高精度控制和有效摩擦擠壓，成功應用穿孔針速度控制技術及液壓固定針技術，實現了反向擠壓和變徑管擠壓功能[2]。改造后的100MN模鍛壓機恢復了垂直與水平方向的多向模鍛，實現了水平對中功能和水平非對稱鍛造;同時，實現了0.01mm/s～0.05mm/s的超低速等溫模鍛[3]。這些新功能、新工藝的應用，大幅提升了產品質量和成品率，極大的豐富了產品品類。

3.2水改油的效果和經濟效益

油泵直接傳動平均功率消耗僅為水泵蓄勢器傳動平均功率消耗的1/4～1/2，油壓機的綜合效率可達70%～86%，而水壓機的綜合效率僅為19%～48%[4]。

以125MN壓擠壓水改油技術升級為例，通過改造提高了擠壓筒、擠壓桿的速度控制精度，從而提升了產品質量和成品率。該擠壓機改造前月產量在700噸左右，升級后月產量達到1200噸以上，產能提升達70%。改造后的成品率也有大幅提高，2015年～2017年改擠壓機生產的某重點航空鋁型材的成品率在60%～68%之間，而水改油后的第一年2019年成品率即達到83.4%。由于油泵直接傳動系統具有更高的綜合效率，改造后其噸產品平均用電量下降30%以上。該擠壓機的改造費用僅為投資同等規模新設備費用的20%～30%，而升改造后的設備在增產、節能、維護等方面產生的效益在投產一年后即已達到改造費用，投資回收期僅一年時間，為用戶帶來的經濟效益顯著。

4結論

通過水改油技術可對老舊水壓機進行改造升級，全面提升設備性能，降低能耗，提高生產效率;水改油后的壓機能實現和應用更多新的功能和工藝，有利于提升產品質量和開發新產品。

參考文獻

[1]? 高峰，郭為忠，宋清玉，等.重型制造裝備國內外研究與發展[J].機械工程學報，2010（3）：92-106.

[2]? 張君，侯永超，楊紅娟，等.125MN水改油擠壓機改造關鍵技術研究[J].鍛壓裝備與制造技術，2019（4）：10-17.

[3]? 楊紅娟，楊大祥，薛菲菲，等.10000t多向模鍛水壓機改油壓機關鍵技術研究[J].鋁加工，2019（6）：19-22.

[4]? 俞新陸.液壓機的設計與應用[M].北京：機械工業出版社，2006.