和的快锻液压机组技术.docx
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和的快锻液压机组技术
16MN和45MN的快锻液压机组技术附件
1、快锻液压机组的组成
快锻液压机组主要包括以下几个部分（见示意图1）：
压机本体、液压系统、全液式锻造操作机、砧库、送料回转车、地下式升降回转台、电气和计算机控制系统（操纵、显示、监控、故障自断等）、通风、照明、排污、报警等公用设施等。
图1.快锻机组结构示意图
（1）压机本体
主机主要由机架、工作缸、回程缸、导向装置、上砧夹紧快换装置、上砧旋转装置、移动工作台、横向移砧装置、上下砧、润滑系统、行程检测装置、支架、托板及垫板等组成。
快锻液压机主机结构形式有两种，整体框架双柱式下拉式结构和分体预应力机架双柱斜置上压式结构，16MN和45MN的快锻液压机在结构上的对比如表1所示：
表1.16MN和45MN快锻液压机结构
名称
快锻液压机（16MN）
快锻液压机（45MN）
机架
整体框架结构，与压机中心线呈35°斜置
预应力组合机架，由上、下横梁和两件矩形空心立柱通过拉杆、螺母预紧形成一个刚性框架，整个机架与压机中心线35°斜置
活动横梁
无
有
工作缸
一个主工作缸
一个主工作缸和两个侧缸，均为单作用油缸
回程缸
两个活塞缸，固定在固定梁上
两个柱塞式单作用油缸，设置于下横梁与活动横梁之间
导向装置
导套装置固定在固定梁矩形孔内，在矩形立柱的4个面，分别有八块导向板
导向装置安装在活动梁与导向套形成的矩形孔中，上下个5副，每柱10副，共20副，每个立柱的四个面上加工有5个导向面
上砧夹紧快换装置
与45MN快锻液压机相似
由4个预压的蝶形弹簧组和可液动的T型拉杆组成
上砧旋转装置
与45MN快锻液压机相似
上砧旋转装置由中间液动旋转机构和T形螺栓组成
移动工作台
与45MN快锻液压机相似
移动工作台由台面、垫板、支座、左右托板、驱动油缸组成
横向移砧装置
与45MN快锻液压机相似
横向移砧装置由支架、滑块、导向板、勾板、拖板、驱动油缸组成
上下砧
与45MN快锻液压机相似
上下砧为锻造工具，直接与热锻件接触
润滑系统
集中敞开式润滑
集中润滑系统和个别单点手动润滑方式
行程检测装置
与45MN快锻液压机相似
回程缸内安装有超声波感应行程检测装置，检测精度25μm
（2）液压系统
液压系统主要为快锻液压机工作提供动力源，是为压机吨位大，工作环境温度高，高压大流量，工作频次高，控制精度好，而且适应多种锻造程序和工艺需要，优化性能等条件而设计的。
系统采用油泵
直接传动，伺服比例阀控方式。
快锻液压机液压系统主要由主泵系统、主控制系统、辅助控制系统、循环系统、控制系统、检测与排污装置等组成。
不同吨位的快段液压机组的液压系统在布置上有所区别，20MN以下，主泵台数较少，液压系统相对简单，全部布置在地面以下；25MN以上，主泵台数较多，液压系统复杂，全部布置在地面。
表2为16MN和45MN快段液压机液压系统的基本组成及功能。
表2.16MN和45MN快段液压机液压系统基本组成及功能
液压系统组成
基本功能
备注
16MN快段液压机
45MN快段液压机
主泵系统
驱动压机压下和回程
主泵系统主要采用6台德国RexrothA2F0500斜轴式轴向柱塞泵，阀体主要采用意大利atos产品。
主泵系统主要采用8台德国RexrothA4F0500斜轴式轴向柱塞泵，和4台A4V50500斜盘变量柱塞泵，各主泵控制阀组内先导阀、压力控制插装阀采用意大利atos产品，
主控制系统
驱动压机压下和回程
主控制系统包括主控阀站、卸载阀站、单向阀站。
主控制阀站中，主控阀全部集成为一体，主缸、回程进液阀采用美国Pareker比例插装阀，回程缸安全阀组、支撑阀组、其它先导阀采用意大利atos产品。
主缸卸载阀站所有液压阀集成为一体，并选用德国Rexroth的比例伺服锻造阀组及先导阀插装阀组。
主控制系统包括压机操纵与控制系统，主缸的进液及卸压、排液与回程缸的进液阀基本选用德国公司Rexroth的比例伺服锻造阀组。
此快锻液压机具有3个压力级别，1500t\3000t\4500t，为了每个锻造压力下压机能够根好的工作，3个油缸的充液卸压阀站为3个独立的装置。
控制系统
为主变量泵、主控制系统的所有比例伺服阀、WRC阀组和蓄能器所需的先导控制油提供油源
与45MN锻造液压机相似
由一个1.2m3、一台德国Rexroth的A4VS0125变量泵和泵头安全阀块、5μm精度的滤油器（贺德克）、蓄能器（贺德克）、压力表和传感器、独立的过滤冷却循环系统、油箱自动补油管路等组成。
辅助控制系统
驱动控制移动工作台、横向移砧台、上砧快换装置
主要有1台A2F160斜轴式手动变量柱塞泵，驱动电机及液压阀站组成。
压力油来自主泵中的其中一台变量泵。
工作台与移砧装置各具有相同的控制回路，由各种液压阀体组成，并且两组阀体集成于一个阀块中。
循环系统
对系统油液进行加热、冷却、过滤的，向主泵提供压力油
由主油箱、充液罐、气罐、两台循环及冷却泵、循环阀站、加热器、板式换热器、两套磁芯网式过滤器等组成。
相似
检测与排污装置
主要检测油温、压力、液位并进行控制、检测、报警，排送泄露的油或水送至地面处理
主要由压力、温度检测控制装置、电动、手动放气装置、副邮箱、倒油泵、排污泵、接油盘等组成。
相似
（3）全液式锻造操作机
全液式锻造操作机是配合主机完成锻造过程的主要辅助设备，主要通过其机械手夹钳所锻铸件，配合主机锻造。
全液式锻造操作机主要有无轨和有轨两种。
目前，国内尚无技术成熟的无轨锻造操作机，主要依靠进口。
国内主要是有轨锻造操作机。
无轨锻造操作机相对于有轨锻造操作机具有占地面机小、操作灵活的特点。
目前，无轨锻造操作机是兰州兰石重工新技术有限公司技术攻关项目。
不同型号的有轨锻造操作机基本结构是相同的，主要由机架、钳杆、吊挂系统、液压系统、检测系统、润滑系统、供电供水拖链、行走轨道及电气控制等12个部件组成，能完成六打动作：
钳口加紧松开、钳杆平行升降及上下倾斜、钳杆水平面移动、钳杆正反旋转、操作机行走等动作。
锻造操作机的选型常根据快锻液压机的选型进行匹配，也可根据用户的实际需求进行匹配。
（4）砧库
用与存放待用的锻造工具（上砧和下砧）的工作平台。
（5）送料回转车
送料回转车是专门给操作机准确送料和使锻件调头的有轨小车。
（6）地下式升降回转台
地下式升降回转台一般设置在主机和操作机之间承接锭坯，并能通过旋转使锻件调头。
（7）电气和计算机控制系统
锻造液压机组动作复杂，结构庞大，控制对象和监测点较多，分布范围广且较为分散（分为地上、地下多个控制单元），故采用以网络技术为基础的通用工业现场控制总线系统结构，由带有网络控制功能的可编程控制器、工业现场总线控制单元、工业控制计算机和工业监控计算机联网组成机组实时控制网络系统。
表3为16MN和45MN快段液压机组电气和计算机控制系统的基本组成及功能。
表3.16MN和45MN快段液压机组电气和计算机控制系统基本组成及功能
电气和计算机控制系统组成
基本功能
备注
16MN
45MN
电源控制系统
为整个系统提供电源
AC380V动力电源、AC220V控制电源、DC24V控制电源、±12V、5V传感电源，直流稳压电源采用德国Phoenix高精度一体化电源
相同
可编程（PLC）控制系统
控制系统完成压机、操作机的手动工作方式、各种辅机动作、故障报警与诊断、模拟显示等任务，还要完成整个网络的管理与协调
以美国Modicon公司Quantum系列PLC为核心
相同
工业现场总线系统
确保从单元层到现场层的集成通信
整个机组自动化网络系统以MB+连接，网络模块采用分布式Momentum系列
相同
工业计算机的（IPC）控制系统
完成压机的半自动、自动及与操作机联动工作方式，对系统的压力、位移、温度的参数进行实时采集，并在显示屏实时显示
计算机采集信息主要通过Modbus接口传递
相同
人机对话操作系统
用于操作机组的操作平台及辅助系统
操作平台面板主要由手动操作柄、工作方式设定、辅助系统控制开关、急停开关及TFT触摸屏等及部分组成
相同
主泵驱动系统
完成压机和辅助系统泵站电机的控制
主泵电机采用美国A-B公司新产品智能马达控制器（SMCplus）作为起动设备，采用6台主泵电机（250kw）和1台辅助泵电机（55kw）共用一套SMC的启动方案
主泵电机采用10KV高压真空接触器直接启动；操作机主泵电机采用法国TE公司的软控制器（ATS）作为起动设备，采用1台主泵电机（220kw）和1台主泵电机（160kw）共用一套SMC的启动方案
监控系统（模拟显示屏）
具备声光报警功能，在机组运行时，对机组进行监控，便于维修人员分析、检查、排除故障、是系统易于维修
模拟显示屏以液压系统为原理图，采用丝网印刷的控制简图，显示所有电源信号、开关量状态、模拟量幅值
相同
检测系统
该系统对机组的系统参数，如油温、液位、主泵压力、压机行程位移、操作机大车行走、钳杆旋转角度等非电量参数，通过各种传感器反馈给控制系统，由控制计算机进行控制，通过TCP/IP与监测计算机通讯，所有参数均能在TFT触摸屏上以量化和图形的方式动态显示。
工业电视监视系统
设置在操作台上，方便机组操作人员动态监视压机液压站，电调镜头具有调焦功能，可清晰观测各种仪表数值，准确反映现场工况。
机组通讯系统
设置无线对讲机，方便操作人员与室外人员进行交流
2、快锻液压机组的主要参数
（1）快锻液压机锻造参数
快锻液压机的锻造参数如表4示：
表4.快锻液压机锻造参数
序号
项目
压机吨位（t）
公称压力
参数
单位
1
常锻次数
800-2000
8-20MN
43（回程量100mm）
次/分
2500-4500
25-45MN
40（回程量100mm）
2
快段次数
800-2000
6.3-16MN
90（回程量25mm）
次/分
2500-4500
16-30MN
85（回程量25mm）
3
常锻加压速度
800-2000
8-20MN
95
mm/s
2500-4500
25-45MN
91
4
快锻加压速度
800-2000
6.3-16MN
115
mm/s
2500-4500
16-30MN
135
5
空程下降速度
800-2000
350（可调）
mm/s
（可调）
6
回程速度
800-2000
350（可调）
mm/s
（可调）
7
移动工作台速度
0-300
mm/s
8
移砧装置速度
0-300
mm/s
（2）快段液压机基本参数
快锻液压机的基本参数如表5示：
表5.快锻液压机基本参数
公称压力
结构形式
传动方式及介质
工作液体压力
工作行程（mm）
8MN
整体框架双柱下拉式
油泵直接传动介质为液压油
31.5MPa
1000
12.5MN
1200
16MN
1400
20MN
1600
25MN
预应力双柱斜置上压式
1800
31.5MN
2000
45MN
2200
（3）锻造操作机基本参数
锻造操作机的基本参数如表6示：
表6锻造操作机基本参数
吨位（t）
形式
公称夹持重量（KN）
夹持力矩（KN.M）
夹持锻件尺寸（mm）
3
全液压有轨直移式
30
60
φ120-φ520
5
50
120
φ120-φ620
10
100
200
φ180-φ940
16
160
320
φ180-φ1100
20
200
400
φ190-φ1200
30
300
800
Φ400-φ1450
40
400
900
Φ600-φ1600
（4）控制精度
快锻液压机锻造尺寸控制精度为±1mm；锻造操作机钳头旋转控制精度为±1°，操作机行走距离控制精度±10mm，操作机钳头旋转步进角度预选。
3、快锻液压机组的技术特性
（1）压机结构
（a）在结构形式上，小型压机（20MN以下）以双柱下拉式为主，重心低、稳定性好、管道短、液压冲击小。
而中大型压机（25MN以上）采用上推式，以减少活动部分管量、易于控制、节省能源。
（b）在压机整体放置时，小、中、大型压机均采用斜置，即整个机架与压机的中心线呈35°斜置。
从而，在两立柱的前后左右形成较大的柱向净空距，便于摆放移动工作台和横向移砧装置，并还有以下优点：
对操作工有良好的可视性；对锻工有良好的操作性，空间大；对锻造大的环形或锻件有开阔的工艺尺寸空间；对放置和吊取工具工装天车容易接近。
（c）在横向移砧装置、上砧快换选装置、砧库和移动工作台配合可随时方便地换砧，提高锻造频率。
（2）液压系统
液压系统是快锻液压机组的核心技术，目前不同型号的快锻液压机，其液压传动方式均为油泵直接传动。
在液压控制方式上采用阀控方式。
阀控方式中，油泵为定量泵和变量泵，采用比例阀组和伺服阀组控制系统流量、压力，促进高压大流量液压系统工作平稳，避免了较大的冲击振动，而且系统发热小，不致油温过高而影响其性能，甚至影响生产，即使在炎热的夏季也能保证液压系统的正常运行。
（3）锻造操作机
锻造操作机采用带固定活塞杆和运动刚体的夹紧油缸驱动，克服了传统活塞式移动夹紧缸存在的偏心载荷，及需设有一个导向来引导。
没有导向和摩擦，使夹紧的机械效率提高，油缸密封的使用寿命提高。
钳杆提升回路由油缸、蓄能器组成具有垂直缓冲性能的“同步浮动”系统，使操作机能在压机大压下量的锻造工序中平稳工作，克服轴类锻件的“香蕉弯”现象。
夹紧与旋转回路采用比例溢流阀，由计算机控制工作压力，使得加紧力，旋转力矩可根据锻件大小进行选择。
行走驱动采用无间隙式传动，提高传动精度，并有效减少了反向传动时的冲击。
钳杆的旋转和操作机大车行走采用比例换向阀，由计算机控制，可实现无级调速。
总的来说，锻造操作机具有夹持力矩大，动作灵活，控制准确，而且有侧移及上下倾斜功能；并且其液压系统可靠，能适应多种工况的工艺要求，在计算机的控制下可实现自动操作与联动操作。
（4）电气和计算机控制系统
电气和计算机控制系统的系统功能及特点如下所述：
（a）实现机组手动、半自动、自动、联动及模仿的工作制度：
手动状态—压机和操作机分别手动控制；半自动状态—压机与操作机分别手动控制，但压机到下给定值时，能自动停在下给定值位置上；自动状态—压机能按给定锻造参数，自动锻打一道次，在予置下一道次后，能连续自动锻打，操作机手动控制；联动状态—压机与操作机联动进行自动锻造（分坯料单独进给和旋转复合进给）；模仿状态—直接调用自动或联动时所存的规范或工艺程序（各道次的设定值）就能模仿其进行全过程自动锻造。
（b）能在操作台上方便地实现各种工作方式之间的转换，并且能在自动和联动方式下手动干预。
（c）实现电气拖动系统的各种启动，联锁，对电机进行短路、过载、过流保护，对压机主泵电机实行“软起动”，电器元件除低压断路器以外全部选用进口产品。
（d）丰富的显示功能。
通过IPC实时动态地显示各种工作状态和检测参数，并可记录打印，方便调整压机和操作机的各项参数，为调试和维护机组正常运行提供便利。
（e）故障信号均有指示和声、光报警功能，同时在显示器上也有相应的中文说明，使系统具备一定的自诊功能，大大缩短维修时间。
（f）全屏触摸（而不采用键盘或按键）进行参数的设定、修改与管理，提高了可靠性且“免维护”。
（g）可以实时进行锻造参数的设定和快速修改，只需轻轻一点即可完成。
（h）传感元件的参数均可在触摸屏上更改，方便用户换型或改型，不影响系统的控制精度。
（i）砧型操作方便快捷，锻造过程中更换砧型，系统将自动换算锻件尺寸值，无需人工换算。
（j）全中文操作提示，具备Windows风格的操作环境，设置机组模拟显示屏，易于维修。
（k）设置电视监视系统，对液压站进行监控；
（l）操作台设置对讲机系统，方便操作人员与操作室外及液压站工作人员交流。
（m）操作室外设置高亮度LED大字符屏，显示锻件尺寸。
（n）记录设备各部件的运行时间，方便用户制定备件计划。
图1.16MN快锻机组
图2.35MN快锻机组
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