大吨位蒸 (空)模锻锤改造技术

董建虎，曹文胜，杨丹锋，辛宏斌，谢建国，黄继忠

(1．中国重型机械研究院有限公司，陕西 西安 710032;2．中国第一拖拉机股份有限公司，河南 洛阳 471003)

0 前言

国内自上世纪60年代开始研制液压对击锤，从80年代末开始研制电液锤，主要用于蒸(空)锻锤的改造和更新。先后有中国重型机械研究院有限公司、北京理工大学、济南铸锻机械研究所有限公司等单位研制和推广不同类型的电液锤，5 t以下的电液锤在结构、工艺性、可靠性等方面都得到不断完善和提高，受到了用户的认可和好评，但对于大吨位蒸 (空)模锻锤的改造因其技术难度，开发推广较晚，其高耗能问题也一直困扰着用户。

中国重型机械研究院有限公司开发的全液压电液锤专利技术更适合改造大吨位锻锤，应用该技术先后为中国第一拖拉机股份有限公司将10 t蒸汽模锻锤改造为CMYQ-325型全液压电液锤，将16 t蒸汽模锻锤改造为CMYQ－450型全液压电液锤。

1 大吨位蒸 (空)模锻锤改造方案

以中国重型机械研究院有限公司的全液压电液锤专利技术开发的专用动力头替换原10 t、16 t蒸 (空)模锻锤的汽缸部分，原设备的机身、砧座部分不变，配制新的液压动力站及电控系统，甩掉原来的蒸 (空)动力网。液压动力站置于地面，与动力头之间用管道相联。电控系统控制油泵的启停、上压、卸荷及油的过滤、冷却等。改造后的电液锤操纵方式与原锻锤相似。

2 改造后的设备组成和技术参数

2.1 设备组成

改造后的设备由原蒸汽锤机身及砧座、动力头、液压动力站、电控系统等组成。

(1)动力头包括组合阀、发信装置、工作缸、缸座、锤头、锤头与锤杆联接装置、操纵机构、维修平台等。

(2)液压动力站包括主油泵电机组、滤油机组、循环阀组、油冷却机组、气瓶组、管道系统等。

(3)电控系统包括软驱动器、PLC控制器等。

(4)机身与砧座、即原蒸汽锤取掉汽缸部分及汽缸座板、锤头、操纵机构等。

2.2 技术参数

CMYQ－325、CMYQ－450型全液压电液锤的主要技术参数见表1。

表1 主要技术参数Table 1 Main specifications

3 全液压电液锤工作原理

全液压电液锤液压系统采用油泵－蓄能器联合传动，油泵启动上压后，液压油通过单向阀进入蓄能器，当蓄能器打满油后，发信装置的上部霍尔开关发信，循环阀组上的电磁阀断电，压力阀卸荷，油泵打出的油空循环。当锤头动作时，蓄能器中的油减少到发信装置下部霍尔开关控制的油位时，霍尔开关发信，电磁阀通电，油泵上压。锤头提升时，锤杆活塞下腔通过提升阀进压力油，来自油泵及蓄能器的压力油通过提升阀进入锤杆活塞下腔，上腔通过排液阀排油;打击时，活塞下腔的压力油通过打击阀排到锤杆活塞上腔，同时蓄能器通过进液阀给锤杆活塞上腔补油，此时作用在锤杆上的油压力及落下部分的重力推动锤头向下运动，完成打击动作。

锤头的各种动作是通过操纵阀来控制，当操纵阀阀芯处在原位置时，锤头停止;当阀芯向下微动时，锤头慢降;到下位时，锤头打击;阀芯到上位时，锤头提升。

锤头的做功包括两部分:一是作用在锤杆上的油压力做功，二是锤头落下部分重力做功，即为双作用锤。

4 创新技术

以小吨位全液压电液锤为基础，按照其力能参数开发研制大吨位电液锤。在CMYQ－325型、CMYQ－450型全液压电液锤改造中采用的主要新技术如下。

(1)大口径专用组合式锥阀组。大口径专用组合式锥阀 (口径≥φ250 mm)、排液阀 (口径≥φ240 mm)、进液阀 (口径≥φ230 mm)，三阀共用一活塞杆串联，通过活塞运动控制阀的动作，三阀可实现联动控制。该组合锥阀组阀口口径大流速低，锻锤高频次连续打击时锤杆活塞下腔进油及上腔排油阻力小，液压油发热慢。

(2)液压系统组合阀。将液压系统中各主要阀门即专用组合式锥阀组、单向阀、压力阀、提升阀、操纵阀、卸荷阀、蓄能器等设计为一个集成体，阀与阀、阀与蓄能器之间由内部通道相联，无联结管道，结构紧凑，流阻小，也避免了因管道联结造成的管道震裂及密封损坏导致的漏油现象。

(3)锤头联接装置。锤杆与锤头采用球铰活动联接，使锤杆与锤头之间具有五个自由度。在偏心锻造时，当锤头受到偏心载荷作用时，锤头相对于锤杆可在X、Y方向进行少量错移，可绕X、Y、Z方向进行少量转动，锤杆不受弯矩作用，大大提高了锤杆的使用寿命。

(4)锤头缓冲限位装置。锤头的回程限位设计为双限位，第一限位为反馈式限位，当锤头上升到第一限位碰到反馈轮时，反馈装置通过连杆机构使操纵阀由锤头上升状态变为锤头停止状态，此时提升阀停止给回程缸内锤杆活塞下腔供油，锤头停止上升。第二限位为机械式缓冲限位，当第一限位位置不准或失灵时，利用第二限位强制限位。该限位装置在缸座底部下凸两块，锤头两侧各上凸一块，当锤头上升到上限位时，撞击缸座下凸块，依靠动力头的重量及机身与动力头联接的8个螺柱上压的大弹簧缓冲，吸收锤头的巨大冲击惯性，强制锤头停止。

(5)管路缓冲联接。由于锻锤在锻打工件时震动较大，为避免管道被震裂，动力头与动力站之间的液压管道不能全用钢管联接，在动力头附近采用软连接。对于小吨位的电液锤，液压系统需要的供油量小，所以用一根通径为φ51 mm的高压软管与组合阀和液压管道的钢管相联即可;但对于大吨位的电液锤，由于所需流量大，因流速过高一根高压软管不能满足要求，而市场上没有更大口径的高压软管可供选择，因此，采用两到三根通径为φ51 mm的进口高压软管并联来解决大口径管道的软联接问题。高压气管用一根通径为φ51 mm的进口高压软管，低压回油管用一根通径为φ150～φ200 mm的金属软管。

(6)大口径专用压力阀。CMYQ－325型、CMYQ－450型电液锤油缸需要的供油量大，液压站上分别设有5台和7台414 L/min主油泵，设备工作时的供油总流量为2070 L/min和2898 L/min，为了满足该流量下系统的上压和卸荷，在液压动力站上各配置了一套大口径专用压力阀，即采用两个口径均为φ80 mm的先导式压力阀相并联，各用一个电磁阀来控制其卸荷，在油箱上实现油的空循环，有效地减少系统的发热。

(7)液压系统油压采用中压 (≤11 MPa)，以保证液压系统各元件及管路在强力冲击、震动工况下的使用可靠性。

(8)液压系统油的冷却采用电制冷冷却方式，冷却效果好，避免了水冷方式冷却器漏水时造成的液压油损坏。

5 使用情况

中国重型机械研究院有限公司为第一拖拉机股份有限公司改造的第一台CMYQ-325型电液锤2005年4月投产，CMYQ-450型电液锤2009年2月投产。两台设备从投产至今使用情况良好，故障率低，可靠性高，节能效果显著。

经不完全统计，CMYQ-325型电液锤共生产曲轴、大齿轮、链轮等锻件约29.11万余件，50多个品种，合计重量约1.54万t，实现产值1.5亿多元，利润1400多万元，节能费1000余万元，节能率90%以上。CMYQ-450型电液锤共生产曲轴、链轮等锻件约25.9万余件，20多个品种，合计重量约2.91万t，实现产值2.8亿多元，利润2600多万元，节能费1890余万元，节能率90%以上。

在首台CMYQ-325型全液压电液锤投产后，中国重型机械研究院有限公司又先后与第一拖拉机股份有限公司、丹东五一八内燃机配件有限公司、国营山西锻造厂、南车资阳机车有限公司、苏州孚杰机械有限公司等企业签订了CMYQ－325型、CMYQ－450型两种规格11台大吨位全液压电液锤的供货合同，已经投产的有10台。

［1］ 董建虎，刘积录，辛宏斌，等．全液压电液锤［J］．重型机械，2002(5)．

［2］ 何永标．蒸气锤改造为气动液压锤的探讨 ［J］．重型机械，1985(9)．

［3］ 李启法，魏振东，董建虎，等．蒸 (空)锻锤的改造途径及方向［J］．重型机械，1990(6)．