195MN 自由锻造油压机的关键技术--资讯--中国锻造网

195MN 自由锻造油压机的关键技术

195MN 自由锻造油压机是由中国重型机械研究院股份公司设计，江苏国光重型机械有限公司制造和安装，主要用于生产大型冶金、化工、电力、航空航天和国防军工等行业高品质锻件。本文主要介绍195MN自由锻造油压机的组成和关键技术。

文/郭晓锋，段丽华，苏振华·中国重型机械研究院股份公司

设备简介及主要技术参数

该压机主机采用三梁四柱全预应力框架结构，由框架、动梁、移动工作台、工作缸、回程缸、底座和润滑装置等组成。液压系统采用液压油作为工作介质，采用泵直驱阀控传动技术，由高压泵供液，通过比例伺服阀控制工作缸的进排液和卸压，实现锻压和回程动作的转换；通过改变泵的供液流量，实现压机的速度控制。该系统投入低，运行功耗低，具有高精度、高频响和长寿命等特点。

设备采用10kV 高压电机驱动主泵，采用可编程控制器为主控器，以工控机为人机界面，组建工业现场控制网络。在操作台即可完成锻件的工艺参数设定和生产操作，可实时监控液压系统关键阀的工作状态以及油箱、充液罐等处的液位、压力、温度等关键参数。设备见图1，主要技术参数见表1。

图1 195MN 自由锻造油压机

表1 压机主要参数

主机研制的关键技术

根据《中国冰雪旅游发展报告（2017）》，2016-2017年我国冰雪旅游人均停留2.6天，人均花费1577.2元，比2016年国内旅游人均花费高出78%。而吉林省2018年春节期间，人均停留时间仅为1.91天，人均花费仅945.52元。由此可见，不管是冰雪旅游的停留时间、还是人均花费，吉林省均低于全国平均水平。这一方面是由于省内居民的参与度较低，居民常年生活在冰雪环境中，对冰雪旅游活动缺乏新鲜感，加上一般的滑雪器材费用和冰雪娱乐项目的价格较高，这使得居民的参与积极性不高。另一方面是由于许多游客都将吉林作为旅游中转站，停留时间较短，消费水平不高。

压套插入式全预应力框架结构

该压机框架采用压套插入式全预应力框架，由上、下横梁、压套、拉杆、螺母等组成。压套插入上横梁和下横梁之中，四根拉杆贯穿上横梁、压套、下横梁，通过螺母在每个拉杆的两端施加足够的预紧拉应力，将上横梁、压套、下横梁强力压紧，组成一个封闭的刚性框架，以承受锻造时整个压机的锻造力；压套两端各有两段圆柱形台阶，将其插入上横梁和下横梁，对压套起到径向定位作用，并承受偏心锻造时动梁上的偏心力矩引起的作用在压套的横向力。预应力结构将偏载下承受拉弯作用而处于复杂受力状态的立柱改成由拉杆和压套分别近似单一承载，即高强拉杆承受近似单向拉伸力，压套承受偏心锻造时产生的弯曲力，提高了框架的疲劳寿命和整体刚度。而压套插入式结构和平接式结构，如图2 所示，压套插入式结构可有效降低压套在偏载时所承受的最大弯矩，较平接式结构的压套所受弯曲拉应力降低19.6%，明显增强了框架的刚度。

组合上横梁

图2 压套与横梁连接图

压机上横梁是压机主受力部件之一，除承受压机全部吨位压力的反作用力外，还要承受由锻造偏心矩产生的力矩。若采用整体铸造上横梁，整个铸件的重量将超过400 吨，需要约700 吨以上钢水浇铸，同时受到铸造、机械加工乃至运输、安装等一系列环节的制约。因此该压机上横梁采用两件组合式结构，沿垂直于移动工作台的方向剖分，用16 根拉杆预紧组合装配。此设计使得上横梁的单个铸件重量不超过200吨，使制造难度及制造成本大大降低，并为更大型的设备设计开发提供了设计参考。图3 为装配好的组合上横梁。

静压润滑工作台

国内外大型压机移动工作台大都采用滑动形式，滑动面磨损、拉伤在所难免，是液压机普遍存在的一个难题，另外还存在润滑方面的问题。在此压机中创新性的将静压润滑技术用于大型压机的移动工作台，解决了普通滑动摩擦导板磨损快，低速蠕动等问题，实际使用情况表明工作台运行平稳可靠，滑板磨损速率大大减小。

液压系统

图3 组合上横梁

该压机液压系统采用油泵直接驱动阀控系统，其系统具有如下突出特点：系统压力高，流量巨大，系统庞大，高压管道长而粗；受压缩高压油液容积大，卸压时易造成剧烈的液压冲击和设备振动；由于活动横梁等运动部分重量和运动惯量大，这使压机动梁的位置控制难度大，难以保证较高精度的控制锻件尺寸。

液压系统的构成

该设备吨位大，部分零部件达到了目前制造极限，加工难度大。在保证设备可靠性的前提下，为了提高设备使用寿命、减少设备投资和维修成本、提高生产效率，必须创新设计和制造，才能保证设备满足设计要求，降低制造和维护成本。这台压机的设计采用了多项关键技术，加工制造也突破了多项制造极限。

压机通过主控阀站实现对其运行动作及状态的控制，主控阀站主要包括主缸进液阀块、回程缸控制阀块、工作台控制阀块等。这些主控阀块均安装于压机旁边的地下室内，尽可能靠近压机及执行油缸，减少高压管路长度和高压液体的压缩体积，有利于减小压机的冲击振动，使压机动作更快速、平稳。

主缸进液阀块还集成有比例流量控制阀，在加压完后实现了主缸平稳快速的卸压。回程缸控制阀块主要实现回程缸的进排液控制，并为压机提供活动部分的背压。同时在回程缸控制阀块上设有平衡阀和安全阀，为压机动梁提供了稳定可靠平衡力和超压保护，拥有稳定可靠的平衡力是压机控制精度的重要保证。移动工作台控制阀站主要包括进液阀、排液阀、补液阀及安全阀等，可实现工作的快速、慢速左右移动、停止及液压锁紧等动作。

充液系统主要由充液罐、充液阀块及缓冲罐等组成。充液系统主要是将主缸通过充液阀块与充液罐联通起来。压机快速下降时充液罐通过充液阀快速向主缸充填补液，避免主缸在快降时产生吸空现象；压机在回程时，充液阀打开，主缸通过充液阀快速的向充液罐排液。由于压机吨位大充排液量大、充液管路直径大且管路长，在充液或排液时容易产生大的冲击振动，为此专门在充液阀块与充液罐中间设有一个缓冲罐，进一步对充排液流进行缓冲，有效实现大流量的平稳充排液。

油箱在线维护和检修技术

该压机系统采用双油箱设计，若其中一个油箱出现故障，另一个油箱也可满足系统正常运行需求，实现了两个油箱均可在线维护清理和检修，提高了检修效率、降低了维修维护成本，避免了油箱清理维护时对生产的影响。

系统安全保护技术

液压系统设计时充分考虑安全问题，防止设备在误操作、过载等意外情况下造成安全事故。

充液系统长期带有压力，如果液位、压力控制不当容易造成大流量泄漏，本系统在充液罐和低压补偿器上除具有液位和压力传感器双保险控制外，还设有气、液智能排放系统和补偿系统，可自动调节罐内气液占比和压力，确保罐内的液体在指定的液位和压力范围内，安全正常地进行工作。压机工作时，若工件的变形抗力超过设备吨位能力而产生闷车现象时，压机将自动卸压并回程，从而起到保护压机的作用，减少了油泵长时间高压溢流而造成的系统发热现象。

电控系统

电气自动化控制系统是由可编程序控制器(PLC)、远程I/O 从站及操作员站(HMI)、工业以太网(TCP/IP)以及工业现场总线(Profibus-DP)、传感器及检测元件等组成。自动化系统的设计采用分布式远程I/O 从站，远程I/O 从站分别设置在主操纵室、各地操纵箱、控制阀组以及主体设备附近。该电控系统采用了以下关键控制技术。

锻件尺寸智能化控制技术

精确的控制动梁位置，才能控制最终锻件的尺寸精度。因为该设备活动横梁等活动部分的重量超过800 吨，运动时会产生很大的运动惯量，在加压时通过回程缸控制阀块上的平衡阀精确平衡活动部分的重量，实现动梁位置的高精度控制。在实际工作时，不同压力、不同行程时，加压完成并卸压后，压机及锻件会出现不同程度的反弹现象，对此电气控制系统的控制软件中使用中国重型院自主研发的“尺寸自动修正补偿系统”，从而进一步保证锻件尺寸具有较高的控制精度。

油泵智能组合控制技术

首次采用油泵智能化组合控制，实现考虑多种因素下的油泵组合选用机制。如图4 所示，当接到压机动作指令后，程序根据不同动作指令确定需投入工作的油泵数量，然后执行油泵组合选用程序，选取确定数量的油泵投入系统，压机执行动作。

图4 油泵选用流程

该油泵组合选用程序根据现场实际情况综合考虑多种因素，如压机动作、每台泵在本轮工作中已投入使用的总时间、每台泵距上次停止使用的时间等。通过该程序选用的油泵组合，防止某几台泵超长时间使用而某些泵很少使用，有效避免油泵使用的不均衡，提高了油泵密封和轴承的使用寿命。

大流量快速卸压和排液控制技术

该压机系统采用油泵直接传动，工作压力高达32MPa，每分钟流量达数千升，运动部件重量上百吨，活动横梁控制精度要求达到±1mm，控制难度大。主缸的卸压主要通过二通型比例流量插装阀实现，采用分段比例卸压的策略，并通过反复试验，确定主缸卸压和排液的理想曲线后，应用电控程序完成高压大流量按设定曲线的分段比例控制，使压机卸压和排液平稳且快速，有效的缓解了液压冲击和设备振动。

联动智能化锻造技术

由于锻造工艺需求，锻造压机和操作机需要联合操作，协调动作。该系统通过实时采集和处理设备关键部位及位置、压力、温度和液位等信号，保证压机各个动作之间、压机和操作机的有序正常工作。通过处理来自压机和操作机的各项实时信号参数，实现对压机与操作机的联合控制；具有操作机优先和压机优先两种联动控制模式，可将各种规格锻件的成熟工艺，通过人机对话窗口输入计算机。在锻造时，只需调取相关程序，压机就按照预存工艺的顺序及数据自动完成锻造生产过程，可根据现场需要最大程度地实现自动化锻造。