董建虎，曹文勝，楊丹鋒，辛宏斌，謝建國(guó)，黃繼忠

(1．中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2．中國(guó)第一拖拉機(jī)股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003)

0 前言

國(guó)內(nèi)自上世紀(jì)60年代開始研制液壓對(duì)擊錘，從80年代末開始研制電液錘，主要用于蒸(空)鍛錘的改造和更新。先后有中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司、北京理工大學(xué)、濟(jì)南鑄鍛機(jī)械研究所有限公司等單位研制和推廣不同類型的電液錘，5 t以下的電液錘在結(jié)構(gòu)、工藝性、可靠性等方面都得到不斷完善和提高，受到了用戶的認(rèn)可和好評(píng)，但對(duì)于大噸位蒸 (空)模鍛錘的改造因其技術(shù)難度，開發(fā)推廣較晚，其高耗能問題也一直困擾著用戶。

中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司開發(fā)的全液壓電液錘專利技術(shù)更適合改造大噸位鍛錘，應(yīng)用該技術(shù)先后為中國(guó)第一拖拉機(jī)股份有限公司將10 t蒸汽模鍛錘改造為CMYQ-325型全液壓電液錘，將16 t蒸汽模鍛錘改造為CMYQ－450型全液壓電液錘。

1 大噸位蒸 (空)模鍛錘改造方案

以中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司的全液壓電液錘專利技術(shù)開發(fā)的專用動(dòng)力頭替換原10 t、16 t蒸 (空)模鍛錘的汽缸部分，原設(shè)備的機(jī)身、砧座部分不變，配制新的液壓動(dòng)力站及電控系統(tǒng)，甩掉原來(lái)的蒸 (空)動(dòng)力網(wǎng)。液壓動(dòng)力站置于地面，與動(dòng)力頭之間用管道相聯(lián)。電控系統(tǒng)控制油泵的啟停、上壓、卸荷及油的過(guò)濾、冷卻等。改造后的電液錘操縱方式與原鍛錘相似。

2 改造后的設(shè)備組成和技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備組成

改造后的設(shè)備由原蒸汽錘機(jī)身及砧座、動(dòng)力頭、液壓動(dòng)力站、電控系統(tǒng)等組成。

(1)動(dòng)力頭包括組合閥、發(fā)信裝置、工作缸、缸座、錘頭、錘頭與錘桿聯(lián)接裝置、操縱機(jī)構(gòu)、維修平臺(tái)等。

(2)液壓動(dòng)力站包括主油泵電機(jī)組、濾油機(jī)組、循環(huán)閥組、油冷卻機(jī)組、氣瓶組、管道系統(tǒng)等。

(3)電控系統(tǒng)包括軟驅(qū)動(dòng)器、PLC控制器等。

(4)機(jī)身與砧座、即原蒸汽錘取掉汽缸部分及汽缸座板、錘頭、操縱機(jī)構(gòu)等。

2.2 技術(shù)參數(shù)

CMYQ－325、CMYQ－450型全液壓電液錘的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main specifications

3 全液壓電液錘工作原理

全液壓電液錘液壓系統(tǒng)采用油泵－蓄能器聯(lián)合傳動(dòng)，油泵啟動(dòng)上壓后，液壓油通過(guò)單向閥進(jìn)入蓄能器，當(dāng)蓄能器打滿油后，發(fā)信裝置的上部霍爾開關(guān)發(fā)信，循環(huán)閥組上的電磁閥斷電，壓力閥卸荷，油泵打出的油空循環(huán)。當(dāng)錘頭動(dòng)作時(shí)，蓄能器中的油減少到發(fā)信裝置下部霍爾開關(guān)控制的油位時(shí)，霍爾開關(guān)發(fā)信，電磁閥通電，油泵上壓。錘頭提升時(shí)，錘桿活塞下腔通過(guò)提升閥進(jìn)壓力油，來(lái)自油泵及蓄能器的壓力油通過(guò)提升閥進(jìn)入錘桿活塞下腔，上腔通過(guò)排液閥排油;打擊時(shí)，活塞下腔的壓力油通過(guò)打擊閥排到錘桿活塞上腔，同時(shí)蓄能器通過(guò)進(jìn)液閥給錘桿活塞上腔補(bǔ)油，此時(shí)作用在錘桿上的油壓力及落下部分的重力推動(dòng)錘頭向下運(yùn)動(dòng)，完成打擊動(dòng)作。

錘頭的各種動(dòng)作是通過(guò)操縱閥來(lái)控制，當(dāng)操縱閥閥芯處在原位置時(shí)，錘頭停止;當(dāng)閥芯向下微動(dòng)時(shí)，錘頭慢降;到下位時(shí)，錘頭打擊;閥芯到上位時(shí)，錘頭提升。

錘頭的做功包括兩部分:一是作用在錘桿上的油壓力做功，二是錘頭落下部分重力做功，即為雙作用錘。

4 創(chuàng)新技術(shù)

以小噸位全液壓電液錘為基礎(chǔ)，按照其力能參數(shù)開發(fā)研制大噸位電液錘。在CMYQ－325型、CMYQ－450型全液壓電液錘改造中采用的主要新技術(shù)如下。

(1)大口徑專用組合式錐閥組。大口徑專用組合式錐閥 (口徑≥φ250 mm)、排液閥 (口徑≥φ240 mm)、進(jìn)液閥 (口徑≥φ230 mm)，三閥共用一活塞桿串聯(lián)，通過(guò)活塞運(yùn)動(dòng)控制閥的動(dòng)作，三閥可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。該組合錐閥組閥口口徑大流速低，鍛錘高頻次連續(xù)打擊時(shí)錘桿活塞下腔進(jìn)油及上腔排油阻力小，液壓油發(fā)熱慢。

(2)液壓系統(tǒng)組合閥。將液壓系統(tǒng)中各主要閥門即專用組合式錐閥組、單向閥、壓力閥、提升閥、操縱閥、卸荷閥、蓄能器等設(shè)計(jì)為一個(gè)集成體，閥與閥、閥與蓄能器之間由內(nèi)部通道相聯(lián)，無(wú)聯(lián)結(jié)管道，結(jié)構(gòu)緊湊，流阻小，也避免了因管道聯(lián)結(jié)造成的管道震裂及密封損壞導(dǎo)致的漏油現(xiàn)象。

(3)錘頭聯(lián)接裝置。錘桿與錘頭采用球鉸活動(dòng)聯(lián)接，使錘桿與錘頭之間具有五個(gè)自由度。在偏心鍛造時(shí)，當(dāng)錘頭受到偏心載荷作用時(shí)，錘頭相對(duì)于錘桿可在X、Y方向進(jìn)行少量錯(cuò)移，可繞X、Y、Z方向進(jìn)行少量轉(zhuǎn)動(dòng)，錘桿不受彎矩作用，大大提高了錘桿的使用壽命。

(4)錘頭緩沖限位裝置。錘頭的回程限位設(shè)計(jì)為雙限位，第一限位為反饋式限位，當(dāng)錘頭上升到第一限位碰到反饋輪時(shí)，反饋裝置通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)使操縱閥由錘頭上升狀態(tài)變?yōu)殄N頭停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)提升閥停止給回程缸內(nèi)錘桿活塞下腔供油，錘頭停止上升。第二限位為機(jī)械式緩沖限位，當(dāng)?shù)谝幌尬晃恢貌粶?zhǔn)或失靈時(shí)，利用第二限位強(qiáng)制限位。該限位裝置在缸座底部下凸兩塊，錘頭兩側(cè)各上凸一塊，當(dāng)錘頭上升到上限位時(shí)，撞擊缸座下凸塊，依靠動(dòng)力頭的重量及機(jī)身與動(dòng)力頭聯(lián)接的8個(gè)螺柱上壓的大彈簧緩沖，吸收錘頭的巨大沖擊慣性，強(qiáng)制錘頭停止。

(5)管路緩沖聯(lián)接。由于鍛錘在鍛打工件時(shí)震動(dòng)較大，為避免管道被震裂，動(dòng)力頭與動(dòng)力站之間的液壓管道不能全用鋼管聯(lián)接，在動(dòng)力頭附近采用軟連接。對(duì)于小噸位的電液錘，液壓系統(tǒng)需要的供油量小，所以用一根通徑為φ51 mm的高壓軟管與組合閥和液壓管道的鋼管相聯(lián)即可;但對(duì)于大噸位的電液錘，由于所需流量大，因流速過(guò)高一根高壓軟管不能滿足要求，而市場(chǎng)上沒有更大口徑的高壓軟管可供選擇，因此，采用兩到三根通徑為φ51 mm的進(jìn)口高壓軟管并聯(lián)來(lái)解決大口徑管道的軟聯(lián)接問題。高壓氣管用一根通徑為φ51 mm的進(jìn)口高壓軟管，低壓回油管用一根通徑為φ150～φ200 mm的金屬軟管。

(6)大口徑專用壓力閥。CMYQ－325型、CMYQ－450型電液錘油缸需要的供油量大，液壓站上分別設(shè)有5臺(tái)和7臺(tái)414 L/min主油泵，設(shè)備工作時(shí)的供油總流量為2070 L/min和2898 L/min，為了滿足該流量下系統(tǒng)的上壓和卸荷，在液壓動(dòng)力站上各配置了一套大口徑專用壓力閥，即采用兩個(gè)口徑均為φ80 mm的先導(dǎo)式壓力閥相并聯(lián)，各用一個(gè)電磁閥來(lái)控制其卸荷，在油箱上實(shí)現(xiàn)油的空循環(huán)，有效地減少系統(tǒng)的發(fā)熱。

(7)液壓系統(tǒng)油壓采用中壓 (≤11 MPa)，以保證液壓系統(tǒng)各元件及管路在強(qiáng)力沖擊、震動(dòng)工況下的使用可靠性。

(8)液壓系統(tǒng)油的冷卻采用電制冷冷卻方式，冷卻效果好，避免了水冷方式冷卻器漏水時(shí)造成的液壓油損壞。

5 使用情況

中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司為第一拖拉機(jī)股份有限公司改造的第一臺(tái)CMYQ-325型電液錘2005年4月投產(chǎn)，CMYQ-450型電液錘2009年2月投產(chǎn)。兩臺(tái)設(shè)備從投產(chǎn)至今使用情況良好，故障率低，可靠性高，節(jié)能效果顯著。

經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，CMYQ-325型電液錘共生產(chǎn)曲軸、大齒輪、鏈輪等鍛件約29.11萬(wàn)余件，50多個(gè)品種，合計(jì)重量約1.54萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值1.5億多元，利潤(rùn)1400多萬(wàn)元，節(jié)能費(fèi)1000余萬(wàn)元，節(jié)能率90%以上。CMYQ-450型電液錘共生產(chǎn)曲軸、鏈輪等鍛件約25.9萬(wàn)余件，20多個(gè)品種，合計(jì)重量約2.91萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值2.8億多元，利潤(rùn)2600多萬(wàn)元，節(jié)能費(fèi)1890余萬(wàn)元，節(jié)能率90%以上。

在首臺(tái)CMYQ-325型全液壓電液錘投產(chǎn)后，中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司又先后與第一拖拉機(jī)股份有限公司、丹東五一八內(nèi)燃機(jī)配件有限公司、國(guó)營(yíng)山西鍛造廠、南車資陽(yáng)機(jī)車有限公司、蘇州孚杰機(jī)械有限公司等企業(yè)簽訂了CMYQ－325型、CMYQ－450型兩種規(guī)格11臺(tái)大噸位全液壓電液錘的供貨合同，已經(jīng)投產(chǎn)的有10臺(tái)。

［1］ 董建虎，劉積錄，辛宏斌，等．全液壓電液錘［J］．重型機(jī)械，2002(5)．

［2］ 何永標(biāo)．蒸氣錘改造為氣動(dòng)液壓錘的探討 ［J］．重型機(jī)械，1985(9)．

［3］ 李啟法，魏振東，董建虎，等．蒸 (空)鍛錘的改造途徑及方向［J］．重型機(jī)械，1990(6)．