現(xiàn)代鍛錘技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新（二）
2015-06-29
⑹.創(chuàng)新設(shè)計(jì)連缸梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
早期的電液錘動(dòng)力頭從主操作閥到二級(jí)閥閥座是由一根無縫管相連，兩端焊接。這根管在工作過程中受交變載荷，錘頭回程時(shí)該管帶載，錘頭打擊時(shí)該管卸荷，周而復(fù)始，所以對(duì)工況比較惡劣的錘就會(huì)出現(xiàn)管子破裂和焊縫開裂的現(xiàn)象。
由于這根管在連缸梁的箱體內(nèi)部，一旦失效，很難修復(fù)，即使修復(fù)也很難保證質(zhì)量，所以它就成為一個(gè)較大隱患，也是影響動(dòng)力頭壽命的主要因素。為解決這個(gè)問題，我們將二級(jí)閥閥座直接移到主閥下面，去掉了這根焊接管，而缸體采用整體優(yōu)質(zhì)鑄鋼件，從而實(shí)現(xiàn)連缸梁內(nèi)部的無管化連接，提高了電液錘關(guān)鍵零件的可靠性。
?、?開發(fā)設(shè)計(jì)了大通徑閥和二級(jí)閥；
隨著大噸位電液錘開發(fā)設(shè)計(jì)，主缸下腔油環(huán)形面積越來越大，必須有配套通徑的快放閥和主閥，才能保證大噸位錘的打擊能量和打擊頻率。我們?cè)谠械?0型閥的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)了配套的70型主閥和二級(jí)閥，后又開發(fā)80型主閥和二級(jí)閥。我們?cè)?噸、2噸自由鍛和模鍛電液錘采用50型閥，在3噸自由鍛和3噸、5噸模鍛電液錘上采用70型閥，在5噸自由鍛電液錘上采用80型閥。
?、?新型的防撞頂裝置使保護(hù)更加安全可靠；
自由鍛錘的錘頭運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是快打、快提，錘頭撞頂機(jī)率高，對(duì)緩沖缸的緩沖特性要求高。通過對(duì)早期的電液錘緩沖缸結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)分析，我們改進(jìn)了設(shè)計(jì)，將緩沖缸和蓄能器的氣腔連同，使其壓力匹配，提高了防撞頂?shù)目煽啃浴?br />
⑼.解決系統(tǒng)發(fā)熱問題
電液錘系統(tǒng)發(fā)熱問題，也是一個(gè)很大的技術(shù)難題，它嚴(yán)重影響系統(tǒng)的密封性能和工作性能，對(duì)此，我們采取了以下措施，有效控制了系統(tǒng)發(fā)熱問題。一是最大限度地減少系統(tǒng)液阻，合理選擇油管通徑，把流速控制在合理范圍內(nèi)，二是提高主閥和二級(jí)閥耐磨損能力，減少內(nèi)卸，三是采用散熱系數(shù)較高的板式換熱器和較大流量的冷卻泵，提高冷卻速度和油的循環(huán)次數(shù)。
?、?解決油路振動(dòng)問題；
電液錘的油路振動(dòng)問題，對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也是一大危害。為此我們采用阻斷震動(dòng)源和緩沖振動(dòng)波的方法，取得了很好效果。一是凡與主機(jī)連接的管道和與液壓站連接的高壓管道都采用彈性連接；二是在高壓管道上增加緩沖蓄能器；三是壓力表全部采用耐震壓力表，表座用四根拉簧懸掛起來，連接管采用微型膠管連接。
二、全液壓電液錘
全液壓電液錘是工作缸上下腔工作介質(zhì)全部采用液壓油，工作缸下腔始終接蓄能器通常壓，液壓控制系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)上腔控制。提錘時(shí)，控制打擊閥使上腔接通油箱，即可實(shí)現(xiàn)。打擊時(shí)，控制打擊閥使上腔與下腔聯(lián)通，此時(shí)上下腔油壓相等但作用面積大小不一樣，因而能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)打擊。
從原理上可以看出，在打擊過程中上下腔要同時(shí)進(jìn)出油，雙腔流動(dòng)，因此油速受很大的限制，否則效率會(huì)很低，最好的解決方式是降低流速。一但速度下降，要保持打擊能量不變的情況(E=1/2mv2)，錘頭質(zhì)量必須加大。而要保持較高的打擊頻次的話，必須降低行程。簡單地說就是“大錘頭、短行程”，因此全液壓錘僅適用于模鍛錘上，尤其適合程控的模鍛錘上，而不適合對(duì)手動(dòng)操作靈活性很強(qiáng)的自由鍛上。這種理論，我們可以從國際上鍛錘發(fā)展趨勢得到驗(yàn)證。
三、程控全液壓模鍛錘
1、原理：
程控全液壓模鍛錘的基本原理是：采用油泵-蓄能器傳動(dòng)，油缸下腔通常壓，液壓系統(tǒng)對(duì)上腔進(jìn)行單腔控制。上腔進(jìn)油閥(亦稱打擊閥)打開，來自油泵、蓄能器以及通過差動(dòng)回路引來的下腔的共三部分高壓油進(jìn)入上腔，實(shí)現(xiàn)錘頭的加速向下和打擊行程，上腔一旦卸壓，錘頭立即快速回程，打擊能量以控制打擊閥閉合時(shí)間的長短來實(shí)現(xiàn)。
2、基本結(jié)構(gòu)
?、?機(jī)身采取立柱與砧座為一體的“U”形機(jī)身。這種結(jié)構(gòu)形式雖然給鑄造、起重和機(jī)械加工帶來一定的困難，但卻有如下優(yōu)點(diǎn)：a.增加了立柱的縱向、橫向和傾覆剛度，確保了錘頭的精確導(dǎo)向，有利于提高原材料的利用率；b.U形機(jī)身使二個(gè)立柱亦成為砧座重量的一部分，有利于整機(jī)重量的降低和打擊效率的提高；c.U形實(shí)心鑄造機(jī)身產(chǎn)生的打擊噪音明顯小于箱形和弓形立柱的機(jī)身。
?、?導(dǎo)軌：國內(nèi)蒸—空鍛錘的梳形導(dǎo)軌有力臂短，無溫度補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。為了不使錘頭因升溫膨脹使導(dǎo)軌間隙減小而導(dǎo)致卡死，只好加大導(dǎo)軌的冷態(tài)間隙，這就是在蒸—空鍛錘上難以進(jìn)行精密模鍛的原因。我公司開發(fā)的50KJ程控全液壓錘采用“X“形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。由于錘頭受熱時(shí)呈徑向輻射狀膨脹，導(dǎo)向面呈對(duì)角線布置，就不會(huì)因錘頭受熱膨脹而減小導(dǎo)向間隙。我公司的程控錘加大了導(dǎo)板的寬度，X形導(dǎo)軌又有較長的力臂，這就會(huì)明顯地減小偏擊時(shí)作用在導(dǎo)軌面上的比壓，有利于延長導(dǎo)板的使用壽命。
?、?液壓系統(tǒng)
a.液壓系統(tǒng)采用油泵—蓄能器組合傳動(dòng)，主油缸下腔始終與蓄能器相通，為常壓。液壓系統(tǒng)僅控制上腔，它是通過對(duì)打擊閥閉合時(shí)間的控制來實(shí)現(xiàn)打擊能量的大小，打擊閥是三級(jí)控制閥，先導(dǎo)閥是一個(gè)二位三通換向閥，系統(tǒng)對(duì)它的質(zhì)量要求很高，既要有高頻率而且重復(fù)精度要求較高，因此我們選用進(jìn)口原裝件；
b.打擊閥采用錐閥結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的滑閥相比，具有無磨損的優(yōu)點(diǎn)，密封可靠性大大提高；
c.油箱采用頂置式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部油路封閉在主閥塊上，這樣的結(jié)構(gòu)使得液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集成化，與油箱采用旁置式結(jié)構(gòu)相比，管道系統(tǒng)長度大大縮短，能量損失降低1倍以上，另外通過集成化，油路連接實(shí)現(xiàn)了無管化連接，增加了連接的可靠性；
d.液壓系統(tǒng)中在蓄能器與下腔之間設(shè)置了安全閥，一旦錘桿從中間斷裂，馬上將下腔油與蓄能器切斷，從而提高了使用的安全性。
?、?減振系統(tǒng)采用德國(青島)隔而固技術(shù)，從而隔離了鍛錘在打擊過程中產(chǎn)生的振動(dòng)。
?、?程控系統(tǒng)是根據(jù)鍛件需求程序控制打擊能量和打擊次數(shù)，我公司的程控全液壓錘采用OMRON中型C200HS可編程序控制器，并配以數(shù)字輸入輸出模塊，用以在控制面板上設(shè)定打擊能量。在保護(hù)系統(tǒng)采用四路模擬量輸入。電動(dòng)機(jī)采用預(yù)埋溫度傳感器方法，采集溫度數(shù)據(jù)以供PLC分析，油溫用插入式傳感器采集油溫變化，用以全過程PID(循環(huán)控制)調(diào)節(jié)。
早期的電液錘動(dòng)力頭從主操作閥到二級(jí)閥閥座是由一根無縫管相連，兩端焊接。這根管在工作過程中受交變載荷，錘頭回程時(shí)該管帶載，錘頭打擊時(shí)該管卸荷，周而復(fù)始，所以對(duì)工況比較惡劣的錘就會(huì)出現(xiàn)管子破裂和焊縫開裂的現(xiàn)象。
由于這根管在連缸梁的箱體內(nèi)部，一旦失效，很難修復(fù)，即使修復(fù)也很難保證質(zhì)量，所以它就成為一個(gè)較大隱患，也是影響動(dòng)力頭壽命的主要因素。為解決這個(gè)問題，我們將二級(jí)閥閥座直接移到主閥下面，去掉了這根焊接管，而缸體采用整體優(yōu)質(zhì)鑄鋼件，從而實(shí)現(xiàn)連缸梁內(nèi)部的無管化連接，提高了電液錘關(guān)鍵零件的可靠性。
?、?開發(fā)設(shè)計(jì)了大通徑閥和二級(jí)閥；
隨著大噸位電液錘開發(fā)設(shè)計(jì)，主缸下腔油環(huán)形面積越來越大，必須有配套通徑的快放閥和主閥，才能保證大噸位錘的打擊能量和打擊頻率。我們?cè)谠械?0型閥的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)了配套的70型主閥和二級(jí)閥，后又開發(fā)80型主閥和二級(jí)閥。我們?cè)?噸、2噸自由鍛和模鍛電液錘采用50型閥，在3噸自由鍛和3噸、5噸模鍛電液錘上采用70型閥，在5噸自由鍛電液錘上采用80型閥。
?、?新型的防撞頂裝置使保護(hù)更加安全可靠；
自由鍛錘的錘頭運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是快打、快提，錘頭撞頂機(jī)率高，對(duì)緩沖缸的緩沖特性要求高。通過對(duì)早期的電液錘緩沖缸結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)分析，我們改進(jìn)了設(shè)計(jì)，將緩沖缸和蓄能器的氣腔連同，使其壓力匹配，提高了防撞頂?shù)目煽啃浴?br />
⑼.解決系統(tǒng)發(fā)熱問題
電液錘系統(tǒng)發(fā)熱問題，也是一個(gè)很大的技術(shù)難題，它嚴(yán)重影響系統(tǒng)的密封性能和工作性能，對(duì)此，我們采取了以下措施，有效控制了系統(tǒng)發(fā)熱問題。一是最大限度地減少系統(tǒng)液阻，合理選擇油管通徑，把流速控制在合理范圍內(nèi)，二是提高主閥和二級(jí)閥耐磨損能力，減少內(nèi)卸，三是采用散熱系數(shù)較高的板式換熱器和較大流量的冷卻泵，提高冷卻速度和油的循環(huán)次數(shù)。
?、?解決油路振動(dòng)問題；
電液錘的油路振動(dòng)問題，對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也是一大危害。為此我們采用阻斷震動(dòng)源和緩沖振動(dòng)波的方法，取得了很好效果。一是凡與主機(jī)連接的管道和與液壓站連接的高壓管道都采用彈性連接；二是在高壓管道上增加緩沖蓄能器；三是壓力表全部采用耐震壓力表，表座用四根拉簧懸掛起來，連接管采用微型膠管連接。
二、全液壓電液錘
全液壓電液錘是工作缸上下腔工作介質(zhì)全部采用液壓油，工作缸下腔始終接蓄能器通常壓，液壓控制系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)上腔控制。提錘時(shí)，控制打擊閥使上腔接通油箱，即可實(shí)現(xiàn)。打擊時(shí)，控制打擊閥使上腔與下腔聯(lián)通，此時(shí)上下腔油壓相等但作用面積大小不一樣，因而能實(shí)現(xiàn)差動(dòng)打擊。
從原理上可以看出，在打擊過程中上下腔要同時(shí)進(jìn)出油，雙腔流動(dòng)，因此油速受很大的限制，否則效率會(huì)很低，最好的解決方式是降低流速。一但速度下降，要保持打擊能量不變的情況(E=1/2mv2)，錘頭質(zhì)量必須加大。而要保持較高的打擊頻次的話，必須降低行程。簡單地說就是“大錘頭、短行程”，因此全液壓錘僅適用于模鍛錘上，尤其適合程控的模鍛錘上，而不適合對(duì)手動(dòng)操作靈活性很強(qiáng)的自由鍛上。這種理論，我們可以從國際上鍛錘發(fā)展趨勢得到驗(yàn)證。
三、程控全液壓模鍛錘
1、原理：
程控全液壓模鍛錘的基本原理是：采用油泵-蓄能器傳動(dòng)，油缸下腔通常壓，液壓系統(tǒng)對(duì)上腔進(jìn)行單腔控制。上腔進(jìn)油閥(亦稱打擊閥)打開，來自油泵、蓄能器以及通過差動(dòng)回路引來的下腔的共三部分高壓油進(jìn)入上腔，實(shí)現(xiàn)錘頭的加速向下和打擊行程，上腔一旦卸壓，錘頭立即快速回程，打擊能量以控制打擊閥閉合時(shí)間的長短來實(shí)現(xiàn)。
2、基本結(jié)構(gòu)
?、?機(jī)身采取立柱與砧座為一體的“U”形機(jī)身。這種結(jié)構(gòu)形式雖然給鑄造、起重和機(jī)械加工帶來一定的困難，但卻有如下優(yōu)點(diǎn)：a.增加了立柱的縱向、橫向和傾覆剛度，確保了錘頭的精確導(dǎo)向，有利于提高原材料的利用率；b.U形機(jī)身使二個(gè)立柱亦成為砧座重量的一部分，有利于整機(jī)重量的降低和打擊效率的提高；c.U形實(shí)心鑄造機(jī)身產(chǎn)生的打擊噪音明顯小于箱形和弓形立柱的機(jī)身。
?、?導(dǎo)軌：國內(nèi)蒸—空鍛錘的梳形導(dǎo)軌有力臂短，無溫度補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。為了不使錘頭因升溫膨脹使導(dǎo)軌間隙減小而導(dǎo)致卡死，只好加大導(dǎo)軌的冷態(tài)間隙，這就是在蒸—空鍛錘上難以進(jìn)行精密模鍛的原因。我公司開發(fā)的50KJ程控全液壓錘采用“X“形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。由于錘頭受熱時(shí)呈徑向輻射狀膨脹，導(dǎo)向面呈對(duì)角線布置，就不會(huì)因錘頭受熱膨脹而減小導(dǎo)向間隙。我公司的程控錘加大了導(dǎo)板的寬度，X形導(dǎo)軌又有較長的力臂，這就會(huì)明顯地減小偏擊時(shí)作用在導(dǎo)軌面上的比壓，有利于延長導(dǎo)板的使用壽命。
?、?液壓系統(tǒng)
a.液壓系統(tǒng)采用油泵—蓄能器組合傳動(dòng)，主油缸下腔始終與蓄能器相通，為常壓。液壓系統(tǒng)僅控制上腔，它是通過對(duì)打擊閥閉合時(shí)間的控制來實(shí)現(xiàn)打擊能量的大小，打擊閥是三級(jí)控制閥，先導(dǎo)閥是一個(gè)二位三通換向閥，系統(tǒng)對(duì)它的質(zhì)量要求很高，既要有高頻率而且重復(fù)精度要求較高，因此我們選用進(jìn)口原裝件；
b.打擊閥采用錐閥結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的滑閥相比，具有無磨損的優(yōu)點(diǎn)，密封可靠性大大提高；
c.油箱采用頂置式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部油路封閉在主閥塊上，這樣的結(jié)構(gòu)使得液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集成化，與油箱采用旁置式結(jié)構(gòu)相比，管道系統(tǒng)長度大大縮短，能量損失降低1倍以上，另外通過集成化，油路連接實(shí)現(xiàn)了無管化連接，增加了連接的可靠性；
d.液壓系統(tǒng)中在蓄能器與下腔之間設(shè)置了安全閥，一旦錘桿從中間斷裂，馬上將下腔油與蓄能器切斷，從而提高了使用的安全性。
?、?減振系統(tǒng)采用德國(青島)隔而固技術(shù)，從而隔離了鍛錘在打擊過程中產(chǎn)生的振動(dòng)。
?、?程控系統(tǒng)是根據(jù)鍛件需求程序控制打擊能量和打擊次數(shù)，我公司的程控全液壓錘采用OMRON中型C200HS可編程序控制器，并配以數(shù)字輸入輸出模塊，用以在控制面板上設(shè)定打擊能量。在保護(hù)系統(tǒng)采用四路模擬量輸入。電動(dòng)機(jī)采用預(yù)埋溫度傳感器方法，采集溫度數(shù)據(jù)以供PLC分析，油溫用插入式傳感器采集油溫變化，用以全過程PID(循環(huán)控制)調(diào)節(jié)。