快鍛液壓機(jī)組的發(fā)展與應(yīng)用

快鍛液壓機(jī)組的發(fā)展與應(yīng)用

快速精煉機(jī)是近年來開發(fā)的一種自由精煉設(shè)備。自動化程度較高,在高速精整工序時(shí)鍛造次數(shù)達(dá)100次/min左右,能對鍛件尺寸進(jìn)行精確控制,需要完備的輔助裝置,必須有1～2臺鍛造操作機(jī)與其聯(lián)動操作,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制。因此該機(jī)組生產(chǎn)率高,特別適合鍛造溫度區(qū)窄的高強(qiáng)耐熱合金鋼的開坯或鍛造,產(chǎn)量相當(dāng)于2臺同一能量級的蒸汽自由鍛錘或普通自由鍛水壓機(jī)。但相應(yīng)也帶來了控制難度大,液壓系統(tǒng)復(fù)雜等問題,這里先從工作環(huán)境及工藝要求方面分析對快鍛液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的要求。1液壓泵的應(yīng)用水泵蓄能器站傳動的普通自由鍛水壓機(jī)也設(shè)有快鍛機(jī)制。采用回程缸常通高壓水形成差動系統(tǒng),來提高壓機(jī)鍛造次數(shù)。齊齊哈爾鋼廠的12.5MN壓機(jī)靠人工操縱主分配器,鍛造次數(shù)可達(dá)到近100次/min(原設(shè)計(jì)為68次/min);30MN水壓機(jī)可達(dá)50～60次/min(原設(shè)計(jì)為35～45次/min)。但它們畢竟和新一代的快鍛壓機(jī)不同,這樣高的鍛造次數(shù)所引起的振動和噪聲,使故障率增高。如管接頭斷裂,管卡子螺絲松動、斷裂、充液系統(tǒng)焊接部件開裂等,增加了維修工作量,降低了生產(chǎn)率?？戾懸簤簷C(jī)由于是專門為快鍛工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)的,其液壓系統(tǒng)針對快速性和液壓沖擊性方面,和普通壓機(jī)相比增加了以下特殊的措施:(1)目前中、小型快鍛液壓機(jī)以油介質(zhì)直接傳動居多。其原因是大功率變量液壓泵的發(fā)展為快鍛液壓機(jī)提供了較理想的動力源。它可以按壓機(jī)負(fù)荷的變化來改變壓機(jī)的工作速度,從而使壓機(jī)在工作行程結(jié)束時(shí),工作缸內(nèi)介質(zhì)儲存的多余能量較少,引起的沖擊振動大為改善。為了解決鍛造次數(shù)高帶來的振動和完成鍛件尺寸精度控制等要求,液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜。目前還只有油介質(zhì)的高壓變量泵和閥門元件比較成熟,能勝任工作(2)和普通壓機(jī)一樣,在精整鍛造過程中,所需壓力比鐓粗時(shí)小得多,行程量也小。故采用回程缸和工作缸(3)廣泛采用插裝閥。該閥是錐面密封無泄漏式閥門。過流面積大,液體通流量大,開啟行程小,質(zhì)量輕,動態(tài)響應(yīng)快,動作靈敏,啟閉迅速,對快鍛壓機(jī)很適宜,能有效地達(dá)到高鍛造次數(shù)和停位精度準(zhǔn)確的目的?？刂圃摬逖b閥的先導(dǎo)閥是配有特殊電磁鐵的快速閥,其切換頻率可高達(dá)250次/min。(4)快鍛壓機(jī)由于鍛造次數(shù)高,為了達(dá)到高速運(yùn)動時(shí)本體結(jié)構(gòu)重心低和防火等目的,廣泛采用下拉式結(jié)構(gòu),工作缸和回程缸都布置在地下?？紤]到縮短泵站和壓機(jī)之間的距離,減少建壓時(shí)間,提高系統(tǒng)容積效率,整個(gè)泵站均設(shè)在緊靠工作缸的地下室。尤其是充液罐,工作缸的排液和充液均要與其連通,一般都緊挨工作缸設(shè)置。其控制閥站也都設(shè)在液壓缸附近,使液壓系統(tǒng)剛度大,動作靈敏。(5)普通液壓機(jī)的工作缸進(jìn)、排液管路均是同一根管道,所以當(dāng)工作時(shí),帶來巨大動能的高壓介質(zhì)在管道內(nèi)來回串動而引起沖擊。而快鍛壓機(jī)把液壓缸的進(jìn)液和排液分開,使它們走兩道,讓液體在系統(tǒng)內(nèi)沿單行道走環(huán)形回路。充液閥的卸壓和排液功能也另辟通路,讓第37卷2009年第8期排液閥組來承擔(dān),使充液閥真正成了只充液的單向閥。從而大大減少了液壓沖擊和振動。同時(shí)也使回程缸管路內(nèi)液體不致嚴(yán)重發(fā)熱。(6)進(jìn)液閥按正弦曲線開啟和關(guān)閉來分配流量。經(jīng)試驗(yàn)減振效果很好。故快鍛壓機(jī)的工作缸進(jìn)液閥可由口徑不等的多個(gè)閥組成多級式主閥,由微機(jī)控制組合,按最佳匹配組合開啟和關(guān)閉是減振的良好途徑。也可直接采用按正弦曲線供液的變量液壓泵作為油源。如聯(lián)邦德國潘恩克公司(PAHNKE)設(shè)計(jì)的快鍛壓機(jī)液壓系統(tǒng)中采用的偉普柯(WEPUKO)公司的RS350型可逆回轉(zhuǎn)式徑向活塞變量油泵。該泵的排量由0～100%所需時(shí)間為0.08s。(7)采用多級卸壓和排液閥組(8)整個(gè)液壓系統(tǒng)內(nèi)各管道流速差異小,介質(zhì)流速平穩(wěn),沒有突變。相同功能的閥組合成集成閥塊,使外接管路少,管路簡潔、通暢。2工作缸卸壓回流調(diào)整系統(tǒng)20MN快鍛壓機(jī)組其液壓系統(tǒng)具備了上述快鍛壓機(jī)的典型特點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮功能比較齊全,系統(tǒng)壓力高(31.5MPa)、流量大,采用了(1)主要閥均采用液壓插裝閥。由于流量大,采用的閥口徑大,用三級控制。工作缸和回程缸的進(jìn)液閥組,先導(dǎo)級采用力士樂公司(Rexroth)的高速切換電磁球閥,從給出計(jì)訊號到缸內(nèi)壓力升到穩(wěn)態(tài)只需0.02s。在快鍛時(shí)從上停點(diǎn)轉(zhuǎn)到快速下降,使120t重的活動框架達(dá)到180mm/s速度僅需0.12s。(2)工作缸卸壓回程。首先通過先導(dǎo)球閥V5使C6插裝閥快速向充液罐內(nèi)卸壓,當(dāng)達(dá)到液動閥V4的調(diào)定壓力時(shí),使C7打開,從而使主排液閥C5打開,主缸內(nèi)的液體排向充液罐。通過這種多級卸壓,使工作缸迅速釋放能量,大大減少了液壓系統(tǒng)的沖擊和降低了噪聲。該公司提供的25/30MN快鍛機(jī)組(安裝在上鋼五廠)液壓原理也類同,只是由于工作缸容積更大,工作液體壓力可增壓到40MPa,在卸壓時(shí)在液動閥V4前再增加一級卸壓閥C7,見圖2。(3)回程缸系統(tǒng)還設(shè)有插裝閥C8等閥組,使框架在自重下快速下降;插裝閥C10等閥組起支承平衡作用;C12閥組起回程系統(tǒng)的安全溢流作用;C11閥組能讓框架慢速下降,上、下砧座置零;C13閥組為排液閥;C14閥組使回程缸和工作缸聯(lián)通構(gòu)成差動系統(tǒng)。(4)由于系統(tǒng)比較復(fù)雜、閥多,整個(gè)系統(tǒng)設(shè)有專門的循環(huán)冷卻系統(tǒng)和精過濾系統(tǒng)來改善油介質(zhì)的工作條件,提高系統(tǒng)可靠性。3國內(nèi)快速挖掘機(jī)群自從1986年11月我國8MN快鍛壓機(jī)組投產(chǎn)以來,已陸續(xù)有10多套8MN和6.3MN快鍛壓機(jī)組投產(chǎn),其液壓系統(tǒng)簡圖見圖34液壓系統(tǒng)性能好由德國潘恩克公司與國內(nèi)合作制造了2套30MN快鍛壓機(jī)組由于壓機(jī)回程缸與蓄能器聯(lián)通,因而壓機(jī)向下行程為向蓄能器儲存能量的過程,回程時(shí)(見圖4),蓄能器連同主缸卸荷的能量通過主工作缸傳給主泵,使泵處于液壓馬達(dá)狀態(tài),能量又返回系統(tǒng),使泵和電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高,但其回程速度仍由主泵控制，按改進(jìn)后正弦曲線變化。該液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)功能完善,妥善地解決了壓機(jī)和操作機(jī)的聯(lián)動,鍛件尺寸厚度公差可達(dá)±1mm,操作機(jī)鉗桿旋轉(zhuǎn)角度和大車步進(jìn)精度較高,輔助動作配合協(xié)調(diào),自動化程度高,是一臺比較典型而且有代表性的快鍛壓機(jī)。3個(gè)缸由閥組控制其分級，得到16MN、25MN和30MN三級壓力，系統(tǒng)的蓄能器使回程缸在快鍛時(shí)保持高壓壓