水压机水改油的关键技术研究

郭晓锋　段丽华　苏振华

摘  要：水压机的控制精度较差，普遍存在控制精度差，设备故障率高、能耗高，系统泄漏严重等问题。将水压机改造成油压机，能全面提升压机性能，提高生产效率，降低维护维修成本和能耗。重点介绍了水改油的关键技术，并通过水改油工程实践表明：将老旧水压机改造升级成为油压机，能全面提升设备性能，提高生产效率，节能降耗;实现新的功能和工艺，有利于提升产品质量和开发新产品。

关键词：水压机;泵-蓄势器传动;油泵直接传动;水改油

新中国成立后，我国建造了一大批重型水压机，这些水压机采用水泵蓄势站传动，以手动操作为主，设备精度较差，存在设备能耗高，产品成品率低，设備故障率高，系统泄漏严重等问题[1]。随着技术的发展，这些老旧水压机愈发显得能耗高、效率低，精度差，环境友好度差，维修维护频率高。同时，随着我国大飞机、重载火箭等项目的实施，新的产品及工艺对液压机提出了更高的要求，如产品尺寸精确控制等。因油压机具有低能耗、高精度等特点，将水压机改造成油压机，成为诸多厂家的迫切需求。

1水改油的突出优点

通过水改油技术将老旧水压机改造升级成油压机，具有如下突出优点：

（1）具有更高的控制精度。水压机采用的泵—蓄势器传动近似为恒压力传动，压机工作速度与锻件变形抗力有关，控制精度难以保证;而水改油后采用高精度变量油泵直接传动，速度根据需要由油泵的供油量决定，与产品的变形抗力无关，压机控制精度高。

（2）具有更长的寿命和更低的维护成本。水压机高压水冲击严重，不可避免的造成水蚀，使水阀维护频繁。而液压油自身具有润滑和防锈作用，整个液压元件及系统寿命远大于水系统，设备维护维修频率和成本大幅降低。

（3）油压机能效更高。水压机的驱动力来自蓄势罐，而蓄势罐需一直保持在高压状态，高压水对阀体冲击较大，存在较大的能量损失。油压机能做到按需输出能量，能效更高，且无水资源浪费。

2水改油的关键技术

2.1主机修复的关键技术

油压系统对主机的精度、密封等方面有更高的要求，而老旧水压机因水系统的腐蚀，设备的主缸、柱塞等关键零件都锈蚀严重，密封泄漏量非常大。对主机关键零部件进行修复，使其能够适用油压系统是水改油的重要环节。

（1）表面修复技术。对柱塞、缸体等关键零部件拆除加工修复，对柱塞表面、缸体密封面采用堆焊后再精加工的方式进行修复，提高零件的精度和表面质量，减小设备运动摩擦阻力，大幅提升了设备的使用寿命。

（2）大型铜套高精度加工技术。更换压机主缸导向铜套是恢复压机机械精度的重要环节，而大型压机的铜套具有直径大、壁厚薄的特点，且铜合金材质相对比较软，在加工时易发生变形。针对大型薄壁铜套等关键铸铜件，创新加工工艺，在加工时采用多次释放应力、多道次加工的方式，能有效控制铜套加工变形量，保证了大型铜套的加工精度。

（3）现场除锈修复技术。老旧水压机经过多年的使用，原水系统对设备锈蚀非常严重，很多重要零件无法拆下返厂加工，需要现场进行除锈和补焊修复。针对不同的零部件、不同的锈蚀度采用不同的除锈方法，包括人工打磨、干冰除锈、化学酸洗等多种方式，形成了一套有效的现场除锈修复技术，并对裂纹等缺陷设计专用加热装置进行现场补焊修复。

2.2高效高精度液压控制技术

针对不同压机和生产工艺要求，设计全新的油泵直接传动阀控液压系统，包括油泵站、泵头阀站、执行阀站、先导控制系统、伺服控制系统、充液系统等。对原主工作油缸，采用高频响的比例阀或者伺服阀提高响应速度，提高设备的速度和位置控制精度。通过闭环控制实现大型压机的超低速的高精度控制，满足产品极端制造工艺对压机工作速度控制的要求。对于超大的移动横梁，在运动过程中，不仅要建立运动部件的驱动系统和平衡系统，还需考虑运动过程中的不同步，需要设计专门的同步系统，提高超大移动横梁运动的同步精度，避免对设备的损坏。

2.3设备智能化及工艺数据库

经水改油技术升级后的压机，在最新电气和液压控制系统技术支撑下，设立相应的检测系统和反馈处理机制，能够实现整机设备的精细化控制，全面提升设备的自动化水平。在安全控制方面，可以引入更多的连锁和保护机制，对于出现的异常现象能够及时的报警，对于出现泄漏等事故时能够自动判断和执行相关操作，最大程度的减少损失和实现安全保护。同时，建立能耗监测与控制系统、产品生产过程记录系统和产品管理系统等，全面提高设备的智能化。

新的电控系统能够对大量的生产试验过程数据进行自动记录、筛选和处理，并快速建立和优化工艺路线，通过对不同材料的塑性变形进行研究和在设备上实验验证，大量的研究积累，进而建立改油压机的工艺数据库。

3水改油技术的最新应用

近年来，中国重型机械研究院积极开展水改油技术的研究和应用推广，目前已成功完成了西南铝125MN挤压机和100MN多向模锻水压机的水改油升级，为今后大型水压机改造积累了丰富的经验。

3.1基于水改油的新功能、新工艺的应用

得益于油压系统的高可控性，水压机改造成为油压机后，可以应用更先进的控制技术，全面提高控制精度，可实现更多的新工艺和功能。如改造后的125MN挤压机实现了挤压杆、挤压筒速度高精度控制和有效摩擦挤压，成功应用穿孔针速度控制技术及液压固定针技术，实现了反向挤压和变径管挤压功能[2]。改造后的100MN模锻压机恢复了垂直与水平方向的多向模锻，实现了水平对中功能和水平非对称锻造;同时，实现了0.01mm/s～0.05mm/s的超低速等温模锻[3]。这些新功能、新工艺的应用，大幅提升了产品质量和成品率，极大的丰富了产品品类。

3.2水改油的效果和经济效益

油泵直接传动平均功率消耗仅为水泵蓄势器传动平均功率消耗的1/4～1/2，油压机的综合效率可达70%～86%，而水压机的综合效率仅为19%～48%[4]。

以125MN压挤压水改油技术升级为例，通过改造提高了挤压筒、挤压杆的速度控制精度，从而提升了产品质量和成品率。该挤压机改造前月产量在700吨左右，升级后月产量达到1200吨以上，产能提升达70%。改造后的成品率也有大幅提高，2015年～2017年改挤压机生产的某重点航空铝型材的成品率在60%～68%之间，而水改油后的第一年2019年成品率即达到83.4%。由于油泵直接传动系统具有更高的综合效率，改造后其吨产品平均用电量下降30%以上。该挤压机的改造费用仅为投资同等规模新设备费用的20%～30%，而升改造后的设备在增产、节能、维护等方面产生的效益在投产一年后即已达到改造费用，投资回收期仅一年时间，为用户带来的经济效益显著。

4结论

通过水改油技术可对老旧水压机进行改造升级，全面提升设备性能，降低能耗，提高生产效率;水改油后的压机能实现和应用更多新的功能和工艺，有利于提升产品质量和开发新产品。

参考文献

[1]  高峰，郭为忠，宋清玉，等.重型制造装备国内外研究与发展[J].机械工程学报，2010（3）：92-106.

[2]  张君，侯永超，杨红娟，等.125MN水改油挤压机改造关键技术研究[J].锻压装备与制造技术，2019（4）：10-17.

[3]  杨红娟，杨大祥，薛菲菲，等.10000t多向模锻水压机改油压机关键技术研究[J].铝加工，2019（6）：19-22.

[4]  俞新陆.液压机的设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2006.