典型鍛壓機的結構特點與檢修

秦向宏

（寶雞鈦業股份有限公司，陜西寶雞 721014）

0 引言

鍛壓機在航空航天、探測設備、壓力容器、化工、冶金、汽車等多行業應用較為廣泛。隨著泵控、閥控系統技術日趨成熟，現已實現模鍛和自由鍛壓機的噸位的大幅提升。通過精密鑄造、無損探傷等手段，提升了大型鑄件的性能、成品率及使用壽命。鍛壓機結構設計更加完善，利用超級螺母緊固的預應力拉桿能使壓機框架承受更大的載荷，增強剛性、抗形變的能力。主體各部件模塊化的設計，便于長途運輸，也使得大型壓機的安裝和檢修更節省時間，能創造更大的經濟價值。控制系統采用PLC與多臺上位機電腦實現數據的傳輸，對于啟動、運行、故障（超壓、超溫、超差等）信號的監測，有效地實現過程的閉環控制，避免系統由隱患向故障的轉化，保護人員和設備的安全。基于局域網的壓機控制系統可以與多臺操作機、輔助設備相連，兼容性更強，配合作業、自動化程度更高。動力源的節能設計，變量泵、變頻電機的參與，實現壓力峰值與執行動作一致，波谷低轉速、低功率，更加節能，實現可持續性發展。介紹兩種典型鍛壓機的結構特點及一些檢修方案。

1 25/31.5MN 油壓機

油壓機采用三梁雙柱上傳動結構，工作介質為46#液壓油。主機由上橫梁、活動橫梁、下橫梁、主缸、回程缸等部件通過張立柱、預應力拉桿組合形成一個封閉的框架機構。活動橫梁位于上、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運動，實現壓下和回程等動作，把來自主缸的壓力通過錘頭傳遞到被鍛壓的工件上。25/31.5MN 油壓機主機如圖1 所示。

圖1 25/31.5MN 油壓機主機

1.1 結構上的優點

1.1.1 能方便、快捷的調整活動橫梁與立柱的間隙

（1）青銅滑板與錐狀基板安裝在活動橫梁的頂部和底部，對活動橫梁運動的導向間隙提供調節功能，同時也可延長滑板的使用壽命，滑板與基板安裝剖視圖如圖2 所示。在使用過程中，滑板會產生磨損，與立柱的間隙可通過塞尺進行確定。若間隙增大，通過減小調整墊的高度，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，達到理論要求的合理間隙。反之，增加調整墊的高度，使滑板遠離立柱方向，間隙增大。通過調整墊鐵的縱向高度來調整滑板的橫向導向間隙，操作方便、快捷。可以多次調整，直至青銅滑板的導油槽被完全磨損，再進行更換，使用壽命較長。

圖2 滑板與基板安裝

（2）間隙調整的理論數值。活動橫梁設計成與壓力方向相對的微量的撓度，當來自主缸的液壓力施加于橫梁上時，曲面變形，趨于平面；液壓力切斷后，曲面復位。預留合理的間隙（圖3），防止滑板與立柱的過渡磨損。

圖3 活動橫梁與立柱的間隙

1.1.2 主缸柱塞的球面墊設計

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

在偏心鍛造時，活動橫梁微量的偏移，但球面墊與座體始終保持垂直于壓機本體，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滑，且壓蘭處的防塵圈有效的阻隔外來污染源進入，延長使用壽命，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計，位移傳感器參與控制

回程缸安裝在活動橫梁的項部區域，每個沖程后把活動橫梁向上拉回起始位置，柱塞末端通過球狀帽，與活動橫梁鉸接方式連接，在偏心鍛造時，使其只有很小的側向作用力作用在密封和導向襯套上，受很少的磨損。在兩個回程缸活塞的心部各安裝一只磁性位移傳感器，用于檢測活動橫梁的位移量和傾斜量。一側為控制傳感器，另一側比較傳感器。當二者的差值大于10 mm時，即|X-Y|>10 mm 時，壓機偏載超差，系統報警，解除后才可以動作，對于設備的安全起到有效地保護作用，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、換砧機構的液壓驅動

上砧鎖緊機構，由兩個鎖緊油缸、導向連桿、T 形掛鉤、成套碟形彈簧等組裝后安裝在活動橫梁內部，上砧鎖緊、旋轉缸剖視圖如圖6 所示。旋轉缸固定于鎖緊缸體的外殼，配有組合式光電開關，控制旋轉角度及油路的通斷。

圖6 上砧鎖緊、旋轉缸剖視圖

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

依靠成套碟簧向上預壓緊的力，使得上砧與活動橫梁的基面始終保持貼合。旋轉缸的組合開關與鎖緊缸控制閥信號閉環控制（即兩個旋轉缸轉動到位，觸碰開關，鎖緊缸控制閥才失電斷油，否則不予執行），避免了更換上砧時誤操作，造成事故。

1.1.5 工作缸密封壓蘭調平機構

3 個工作缸密封壓蘭上設置有4 組頂絲、調整墊等壓蘭調平機構，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。使用過程中，通過更換調整墊，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 個厚度為12 mm調整墊，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 主機控制系統

采用2 個西門子S7－400 PLC 和2 個西門子S7－300 PLC，通過4 個HMI 界面任意一個來訪問CPU。系統采用PROFIBUS－DP現場總線技術，用一根通信電纜代替大量的I/O 電纜，用數字化通信代替DC 24 V 和4～20 mA 信號的傳送，實現對現場設備的控制和監測。

1.2 主要的檢修過程

1.2.1 主缸襯套、壓套的更換

先拆除活動梁下沖程限位、回程缸與動梁的鎖緊裝置等部件，保證主缸柱塞能夠繼續下行與缸體分離，預留檢修空間。同時為保證過程的平穩性，需借助于平衡梁，貫穿在立柱開檔之間，使用行車抬吊，或使用成對千斤頂同步運行，調整高度。導套安裝于缸筒內部，過盈配合，安裝過程可采用溫差法（液氮冷卻銅套）安裝，防止其局部變形，進而影響與柱塞的配合間隙。

1.2.2 主缸密封的更換

V 形開口密封的安裝方式、裁剪形式如圖7 所示。為延長密封的使用壽命，一般預留合理的余量。密封長度按L=πD+e 來計算（其中D 為密封的中徑，e 為預留尺寸），e 的選用參考見表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D=（250+280）/2=265 mm，裁剪密封長度L=3.14×265+7=839.1 mm。

2 31.5 MN 水壓機

3150T 水壓機以乳化液為介質，傳動形式是泵—蓄勢器傳動，即在水路系統中增設高壓容器—蓄勢器。水壓機工作時，高壓水由泵和蓄勢器共同供給，短時間內可供給水壓機大量的高壓水。水壓機不工作時，高壓水則儲存于蓄勢器內，所以水泵及電機的功率可以小些，其利用系數及水壓機的速度都可以提高。3150T 水壓機主機實物如圖8 所示。

圖8 3150T 水壓機主機

壓機主體采用3 梁4 柱，上橫梁和下橫梁通過4 根立柱和螺帽連接成一個封閉的剛性框架，并承受全部工作載荷。上橫梁安裝3 個工作缸、2 個回程缸缸體等。中間設活動橫梁，與3 個工作缸、2 個回程缸柱塞連接，上、下面設有立柱導套。

控制系統為閥控系統。利用凸輪機構的邏輯順序控制閥的開關，分配通向工作缸的高壓水，驅動工作缸執行相關的工作。

2.1 結構上的特點

2.1.1 柱塞與活動橫梁的連接

主缸采用剛性連接，當偏心鍛造時，活動橫梁發生傾斜，由于立柱導套和立柱的間隙較大（1～3 mm）；而柱塞與工作缸導套的間隙較小（D4/dc4），偏心矩主要通過柱塞和工作缸傳給上橫梁。立柱受力雖有改善，但工作缸導套和密封環會加速磨損，增加維修，而且制造、安裝找正比較困難。且密封壓蘭處未設置壓蘭調平機構，易出現密封的偏磨，工作介質容易泄漏。

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

2.1.2 活動橫梁的導向裝置

襯套采用鑄銅對開圓柱體，在長期的滑動摩擦下，會產生磨損，因無預先設計的間隙調整裝置，活動橫梁與立柱之間的間隙增大后，需要更換新件達到預設的間隙要求，壽命較短，操作繁瑣。且襯套處為手動潤滑方式，未設置心部潤滑通道，潤滑效果欠佳。

2.1.3 閥控系統

采用伺服電機驅動搖桿軸、凸輪、頂桿機構，實現液壓閥的開關，控制高壓水的通斷、流向，閥控系統原理如圖9 所示。存在的問題有以下2 點：

圖9 閥控系統原理

（1）凸輪、頂桿機構的運動軌跡線性較差，凸輪表面易磨損，進而導致控制高壓水的通斷時沖擊大、振動大。

（2）液壓閥的結構未設計通過先導高壓來開啟主閥，且伺服電機負載較大，聯軸器受較大扭矩，加速磨損，間隙增大后，反饋在搖桿軸另一側的角度傳感器上的誤差增大。累計誤差的存在，需要不斷的在給定和反饋值上修正，故障率高。不能準確的反饋活動橫梁的精確位置，會造成壓機加壓不受控的風險。

2.1.4 上砧采用T 形掛鉤的方式固定

上砧底座與活動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。無相應的防松裝置，使用過程中，螺栓易松動、T 形掛鉤易磨損，造成間隙過大。上砧在上行，下行的過程中，由于慣性與底座相互沖擊，產生噪聲。

2.2 主要檢修工藝

2.2.1 工作缸配合帶的修復，缸體襯套、壓套的更換

從壓機頂部緩沖罐、充液閥、接力器、回程缸拉桿等部件的拆卸，然后落下工作缸，吊開上橫梁，移除缸體、柱塞、活動橫梁等。按技術要求進行修復。

2.2.2 閥控系統檢修

更換伺服電機聯軸器時，保證與凸輪軸的同軸度，避免內嚙合齒輪的過度磨損，間隙增大。凸輪在軸上的基準位置共線，牢靠固定。凸輪的升角、曲線，符合閥開關的邏輯順序。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，潤滑可靠。