165MN自由锻造油压机
上海重型机器厂有限公司
目 录
第一章 设备用途及技术特点
第二章 技术规范及主要技术参数
第三章 设备组成及结构特点
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第一章 设备用途及技术特点
一．设备用途
165MN自由锻造油压机适用于大型钢锭的开坯和各种轴类、饼类、环类等锻件所对应的镦粗、拔长、滚圆、冲孔、扩孔等锻造。
二．使用条件
1．电力系统电源：
三相五线制，AC380 V±10%，50 Hz；总装机功率约为15000 Kw 2．工作介质：
1) 工作介质：YB-N68抗磨液压油。
2) 初次灌装量：约200吨。
3) 过滤精度：主控系统10 μm；先导控制系统5 μm。
3．气体最大用量：
1) 气体种类：工业用氮气。
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2) 气体用量：初次装机用量为200个标准瓶（内压≥10 MPa）。
4．冷却循环用水：
1) 水压： 0.3~0.4 MPa。
2) 供水水温： ≤34 ℃。
3) 最大用水量：1100~1200 m3/h。
4）水质：无悬浮物、无腐蚀性的清水（工业淡水）。如果用江河水必须经过过滤。
三．技术特点
（1）选用优质材料，利用有限元进行优化设计，使压机结构更合理，重量更轻，节约投资。
（2）主机采用压套插入式全预应力框架结构，提高压机框架的整体刚度，改善压套在偏心锻造时的受力状况。
（3）采用国外先进的锻造压机专用阀，进行工作缸的控制，使压机动作更平稳。
（4）从压机刚度、系统的选件及布置和压机尺寸的自动修正补偿系统等各方面入手，提高压机的控制精度。
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第二章 技术规范及主要技术参数
一．工作制度
A) 手 动：压机手动控制运行。
B) 半自动：压机按设定参数手动控制其运行。
C) 自 动：压机按给定的工作参数循环往复自动运行，直到接收到停止指令或手柄干预为止。
D) 联 动：压机与操作机联合控制进行自动锻造，分操作机优先制联动和 压机优先制联动两种。
D-1) 操作机优先制联动：压机与操作机联合自动运行，但压机的动作与操作机的动作间有相互连锁制约。
D-2) 压机优先制联动：压机与操作机各自自动运行，压机的动作与操作机的动作间无相互连锁制约。
二．工艺制度：
A) 常 锻：压机发挥设定吨位压力且有空程快下动作的锻造。
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B) 快 锻：压机最大发挥55 MN及其以下压力等级的快速锻造。
C) 镦 粗：压机最大发挥165 MN压力进行镦粗锻造。
三．辅助操作：
A) 慢 下：压机以自重慢速下降（压机主缸无压力）。
B) 清 零：压机慢下使上下砧接触后计算机自动回零。
C) 手动干预：压机在自动或联动操作状态下，改变操作手柄的位置，可使压机停止或转入手动操作。
D) 主缸与回程缸放气：通过操作台上的按钮进行控制。
四．移动工作台的操作：
移动工作台的动作通过手柄进行操作。其运行速度分为快速和慢速两档。
五．机组安全保护：
A) 充液罐紧急放气。
B) 充液罐液位及压力显示与报警。
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C) 油箱液位显示与报警。
D) 液压系统油温显示与报警。
E) 过滤器堵塞发讯报警。
F) 压机行程超程保护。
G) 压机闷车保护。
H) 压机参数设定错误保护。
六．主要技术参数
公称吨位 165 MN
压力分级 55/110/165 MN
工作介质 液压油
系统设计压力 35 MPa
常用工作压力 31.5 MPa
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传动形式 油泵直接传动
柱塞行程 3500 mm
净空距 8000 mm
开档 7500 mm
165MN时允许载荷偏心距 250 mm 110MN时允许载荷偏心距 400 mm 55MN时允许载荷偏心距 750 mm
工作台面尺寸 5000×12000 mm
工作台行程 2×4500 mm
回程力 2×11 MN
工作台移动力 8 MN
锻件精度： ±2.5 mm
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压机锻造次数
快锻（55MN） 行程100 mm，压下量50 mm时 20 次/分
常锻（110MN） 行程400 mm，压下量150 mm时 8 次/分
（165MN） 行程780 mm，压下量280 mm时 3~4 次/分
（165MN） 行程1200 mm，压下量850 mm时 1~2 次/分
总高度 25600 mm
地面以上高度 18000 mm
地面以下深度 7600 mm
平面尺寸 11520×360 mm
最大单件重量 ~360 t （上横梁）
主机总重量 ~3600 t
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第三章 设备组成及结构特点
该设备主要由压机本体、液压控制系统、电气控制系统和回转升降台四个部分组成。
1. 主机本体部分
165MN自由锻造油压机主机为三梁四柱三缸上传动全预应力结构。由框架、动梁、主工作缸和回程缸、移动工作台及换砧装置和压机底座等组成。系统压力为35 MPa，可以实现压力分级55MN、110MN和165MN。该自由锻造油压机主机结构示意图参见图3-1，具体介绍如下：
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图3-1 165MN四柱自由锻造油压机主机结构示意图
3.1.1 框架
该压机主机采用全预应力框架结构。压机框架由上、下横梁、压套、拉杆、螺母等组成。下横梁安装在压机底座之上，压套插入下横梁和上横梁之中，四根拉杆贯穿下横梁、压套、上横梁，每个拉杆的两端安装其对应的螺母，安装时两个螺母之间形成足够的预拉应力，将上横梁、压套、下横梁强力压紧，组成一个封闭的刚性框架，以承受锻造时整个
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压机的锻造力；压套两端各有两段圆柱形台阶，将其插入上横梁和下横梁，对压套起到径向定位作用，并承受偏心锻造时动梁上的偏心力矩引起的作用在压套的横向力。压套的外侧面同时也是动梁的导轨支撑面，动梁在框架中上下滑动。框架总重量约1900吨。参见图3-2框架结构示意图。
图3-2 框架结构示意图
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3.1.1.1上横梁
上横梁除承受压机全部吨位压力的反作用力外，还要承受由锻造偏心矩产生的力矩。另外，上横梁还要安装主工作缸和回程缸。本压机上横梁是整个压机中最重的零件。梁体中间为安装三个主工作缸的安装孔，两侧为布置回程缸的安装孔，在四个角各有一个孔为拉杆的通过孔；在上横梁上表面四周设有高50mm凸台，以方便收集漏油。上横梁中部宽度4000mm，约重360 吨，整体铸造结构。上横梁结构图参见图3-3。
图3-3 上横梁结构图
3.1.1.2 下横梁
下横梁是四柱式锻造液压机的重要部件，也是整个压机中轮廓尺寸及重量均最大的部
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件，总重量约760吨。它不仅要承受锻造的全部压力，同时也为移动工作台提供支承和移动导向。结合上海重机厂的浇铸能力，下横梁采用四块组合式结构，沿垂直于移动工作台的方向剖分，组合结构中最大零件重量约为240 吨。下横梁经拆分后的部件包括：两件下横梁中间段、两件下横梁外伸段、九根拉杆和十八个螺母等零件。将它们依次叠加，通过拉杆强力组合在一起，形成具有一定整体刚性的下横梁。下横梁结构图参见图3-4。
3.1.1.3 压套和拉杆
压套和拉杆是全预应力框架的典型特征，在锻造液压机中，已逐步替代立柱式结构。压套在预应力的作用下始终保持压应力状态，从而保证拉杆始终处于只承受近似的单向拉应力状态，降低了拉杆的应力波动幅值，提高了拉杆的疲劳强度，延长了拉杆的疲劳寿命。由于压套有较大的轮廓尺寸和合理的受力方向，在其主要受弯曲的方向，具有很大抗弯截面模量值，所以与拉杆相比具有更好的抗弯刚度。采用压套插入式预应力结构，可以大大提高框架的刚度。
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图3-4 下梁结构图
在矩形压套外表面上固定有平面导向板，既为动梁提供高精度的导向，也使导向间隙的调节更为方便。压套截面尺寸为1350x1150/φ900，压套最大长度为16860mm，单件净重约113 吨。压套结构示意图参见图3-5。
图3-5 压套结构示意图
3.1.2 动梁
动梁是锻造液压机的主要部件之一。它的上表面与三个主工作缸柱塞采用双球面中间连杆结构，压机两侧面的导向支撑采用组合式结构，使用键和螺钉将导向座和动梁连接。动梁与压套的导向间隙采用斜块调整，调节极为方便，可以保证动梁与压套导轨的平面导向间隙。当将导向座拆除之后，动梁的主体段可以从压机中移出，便于压机的使用和维护。动梁部件中部宽度4000 mm，动梁部件总重量约525吨。动梁结构图参见图3-6。
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图3-6 动梁结构图
在动梁内装有上砧快换装置。在工作情况下，安装在上砧垫板中的四个碟簧张紧机构，带动压紧键使上砧与动梁下平面的上砧垫板紧密接触。当拆换上砧时，液压动力站向安装在动梁中的弹开油缸供油将压紧键松开，使其与上砧之间出现约20mm间隙，将压紧杆旋转90度即可进行上砧的拆换，完成后，将压紧杆旋转复位，松开油缸，四个碟簧张紧机构带动压紧杆上升，使上砧与动梁上垫板紧密接触。
3.1.3 主工作缸和回程缸
压机的锻造力由三个主工作缸产生。系统压力为35MPa，可以实现压力分级55MN、110MN和165MN。回程缸由两个柱塞缸组成，每个柱塞缸产生11MN回程力，合计回程力共为22MN。
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3.1.3.1 主工作缸
本压机的主工作缸由三个等直径的柱塞缸组成。这三个主工作缸采用法兰承力的形式，由上横梁下侧装入，并用螺栓将主缸法兰和上横梁连接，这些螺栓承受主缸部件的重量。柱塞与动梁之间采用双球面中间杆连接，通过中间杆内部的通道将润滑油注入，对球面进行润滑。柱塞采用德国麦克公司的V 形夹布橡胶密封件，柱塞行程3500 mm，主工作缸净重量约116 吨。主工作缸结构图参见图3-7。
图3-7 主工作缸结构图
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3.1.3.2 回程缸
回程装置由两套回程小动梁组成，分别安放在压机上横梁的左右两侧，与主工作缸在一个中心平面内。每套回程小动梁主要由一个柱塞缸、一个小上梁和两
根立柱及螺母等组成。柱塞缸采用法兰承力的形式，由上横梁上侧装入，并用螺栓将回程缸法兰和上横梁连接，柱塞与小动梁的上梁连接，小上梁通过两根立柱与动梁连接，立柱通过上横梁进行导向。柱塞的密封采用德国麦克公司的V形夹布橡胶密封件。回程缸部件单件重量约30 吨。
3.1.4 移动工作台装置
移动工作台由工作台板、辅梁、拖板、工作台移动缸等组成。工作台板和下横梁之间采用T 型导向。工作台板在其长度方向可以左右移动。移动行程沿左右两个方向均为4.5 米。在工作台板两端连接有拖板，当工作台板移动时，拖板随其一起移动。工作台板和拖板的移动力由移动缸产生，移动力为8MN。移动缸的缸体与辅梁采用双球铰轴连接，柱塞的前端与工作台板之间采用轴耳连接，以充分适应工作台板导向垫板磨损后的间隙游动。工作台的定位依靠两个工作台移动缸锁紧，在锁紧时两个油缸都处于进排液阀门关闭的状态。移动工作台结构图参见图3-8。
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图3-8 移动工作台结构图
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3.1.4.1工作台板
图3-9 工作台结构图
工作台板尺寸为12000mm×5000mm。为了增强其抗弯刚度，工作台为多孔空心箱体、整体铸造结构，其净重量约为260 吨。工作台结构图参见图3-9。
3.1.4.2 辅梁
在下横梁的两端连接有辅梁，辅梁是压机下横梁的延续，用于承受拖板、工作台和锻造工具的一部分重量，同时，为工作台和拖板提供一定长度的导向。辅梁用销轴与下横梁
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联结，外端由球面连杆支承，当其水平度发生变化时，可以补偿其水平方向的位移。每个辅梁重量约70 吨。辅梁结构图参见图3-10。
图3-10 辅梁结构图
3.1.4.3 拖板
两个拖板分别连接在工作台的左右端，由工作台带动在辅梁上左右移动，行程各为4500 mm。每个拖板单件重量约54吨，整体铸造结构。拖板结构图参见图3-11。
3.1.4.4 工作台移动缸
工作台移动缸用以推动工作台左右移动，由分别安装在两个辅梁上的柱塞缸组成。缸体与辅梁的连结采用缸体中部双铰轴连接；柱塞伸出端与工作台采用轴耳连结；轴耳在柱
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塞伸出端，铰轴耳座在移动工作台上。移动缸行程为9000 mm，柱塞采用德国麦克公司的V形夹布橡胶密封。工作台移动缸结构图参见图3-12。
3.1.4.5 顶出器装置
在工作台一侧设置有顶出器，顶出力400 吨，顶出工作台面最大高度1180 毫米，顶出杆直径φ300 毫米。
3.1.5 压机底座
压机底座下部通过地脚螺栓与基础牢固连接，上部与下横梁连接。压机底座
图3-11 拖板结构图
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图3-12 移动工作台结构图
用于承受压机主机、锻件和工具的重量。压机底座由两件组成，每件重量80吨。压机底座结构图参见图3-13。
3.1.6 回转升降台
回转升降台具有锻件调头等功用。放置在地下，地面设置活动盖板，防止氧化皮掉入；工作时升出地面，回转盘可进行0~3600旋转，完成锻件调头功能。升降台承载能力为650吨，升出地面最大高度1600 毫米，回转盘直径φ2500 毫米。回转升降台结构示意图参见图3-14。
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3.2 液压控制系统
图3-13 压机底座结构图
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图3-14 回转升降台结构示意图
3.2.1油泵站
油泵站的主要作用是向系统提供高压油液。主要由油箱、主泵装置、主泵控制阀块、主泵冲洗装置等组成。
3.2.1.1 油箱规格及数量
本系统采用3个油箱，并通过连通管道把3个油箱连接在一起。油箱为全封闭的开式油箱。油箱四周设有检修用的工作平台。每个主油箱上均设置16台主泵装置和2个主泵控制阀块。
3.2.1.2 主泵驱动电机及主泵装置
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本系统采用高压柱塞油泵48台，每台主泵与其驱动电机均置于一个台架上组成一个主泵装置。主泵通过联轴器由电机直接驱动。
3.2.1.3 主泵控制阀块
主泵控制阀块的作用是对主泵的工作状态进行控制，实现主泵加压工作及空载循环，并对主泵的供油压力进行调节。每8台主泵的控制系统集成在一个主泵控制阀块上，该阀块置于油箱顶部安装，阀块通过其底部管道直接回油，。
3.2.1.4 主泵冲洗装置
为了改善主泵的工作状态，提高主泵的使用寿命，泵站内还设有主泵冲洗装置。主泵冲洗装置主要由螺杆泵、冷却器、过滤器、背压阀及装置底盘等组成。
3.2.2主控系统
主控系统主要用于控制压机的主缸、回程缸及工作台移动缸的进液、加压、卸压、排液等，进而实现压机的空程、锻压、卸载、回程、停止以及工作台的前进、回程及停止等动作。
主控系统主要由主缸控制阀系统、回程缸控制阀系统、工作台移动缸控制阀系统、高压管道及管道附件等组成。
3.2.2.1主缸控制阀系统
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主缸控制阀系统实现主缸的高压进液、停止进液及主缸内高压液的卸压、排液等功能。三个主缸各自均设置一套的主缸控制阀系统，主缸的进液阀、卸压阀均采用锻造压机专用阀。主缸控制阀系统结构图参见图3-15。
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3.2.2.2回程缸控制阀系统
两个回程缸共用一个回程缸控制阀系统，实现动梁的快速及慢速空程下降、动梁质量平衡及快速回程等动作。回程缸控制阀站结构图参见图3-16。
3.2.2.3工作台移动缸控制阀系统
工作台移动缸控制阀系统实现移动工作台的前进、停止及回程等动作。3.2.2.4高压管道及管道附件
图3-15 主缸控制阀系统结构图
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图3-16 回程缸控制阀站结构图
高压管道及管道附件的作用就是连接主泵控制阀、主控系统控制阀及工作缸等。主要由高压管道、连接通体、连接法兰及管夹等组成。
3.2.3充液系统
充液系统的主要作用是在动梁快速下降时向主缸提供大量低压油液，并在动梁回程时接收主缸的大量排油；压机在加压工作时，通过充液系统关闭工作缸高压与充液低压之间的连接。充液系统主要由充液罐组件及充液阀等组成。
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3.2.3.1充液罐组件
充液罐的作用就是在动梁快速下降时向主缸提供大量低压油液，并在动梁回程时接收主缸的大量排油。充液罐内上部充装氮气，下部为液压油，罐内的氮气充装压力定为：0.5~0.7 MPa。
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3.2.3.2充液阀
充液阀实际上是一个大通径的单向阀。本系统共有三套充液阀，分别设置于各自的主缸控制阀系统。充液阀结构图参见图3-17。
图3-17 充液阀结构图
3.2.3.3充液罐注油装置
该装置由螺杆泵、过滤器、单向阀等组成，用于向充液罐注油。
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3.2.4先导控制系统
先导控制系统共有两套，一套系统专为锻造压机专用阀而配置，另一套系统为普通插装锥阀的外控而配置。前者精度要求较高，不能与主系统的油液混合，必须设置单独的油箱为其提供油源。
3.2.5冷却过滤循环系统
设置旁路冷却过滤循环系统对工作介质进行冷却控温和循环过滤。
3.3 电控部分
3.3.1 概述
电气控制系统由电源控制系统、主辅泵驱动系统、可编程（PLC）控制系统、工业现场总线系统、工业计算机(IPC)控制系统、人机对话操作系统、监控系统、控制检测系统等组成。
以功能强大的西门子S7-400系列工业可编程控制器产品作为主站，选用德国ET200M系列产品作为分布站。由可编程控制器系统、工业控制计算机系统、压力、温度、位移检测控制系统联合，与远程I/O构成PROFIBUS-DP工业现场总线网络系统，完成机组全部的逻辑控制和数据处理（包括模拟量和数字量），实行集中监控、分片管理、分散控制。
3.3.2 主要功能
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3.3.2.1 根据预设工艺参数和要求，借助高精度位移传感器，及时准确地实时采集处理位置、压力、温度、液位等相关数据，实现压机的各种工作制度和工艺过程的手动和自动控制，并通过尺寸自动修正补偿系统，保证锻件的尺寸精度。另设有调整程序，以方便设备维护和检修调整。
3.3.2.2 操作机的PLC接入以太网，进行压机和操作机相关数据的交换，实现资源共享。对压机及操作机的动作进行有序控制和准确定位控制，并从时间上对各个运行过程进行合理分配，实现压机与操作机联动控制。各种锻造参数如锻件尺寸、回程高度、上停时间、操作机大车行走位移和钳口转角等均可通过键盘设定，并及时显示实际值。
3.3.2.3 根据不同工艺要求，通过人机界面，对投入主泵的数量及锻造阀的流量控制比例阀（或伺服阀）进行调节，既可设定压机锻造速度；并可选定任意曲线作为锻造阀的启闭曲线，实现液压系统快速无冲击卸压，保证压机动作的快速性和平稳性。
3.3.2.4 故障自动诊断系统通过实时采集处理设备相关位置、系统压力和温度、
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充液罐和油箱液位、过滤器进出口压差、主机关键件的变形应力等相关数据，对整个生产线的生产流程实行全面监控，在屏幕上以多画面和表格直观的显示机械、液压、电气设备的工作状态，并可实现参数输入、输出、锻件数据进行管理和显示机组实际工艺参数等。当出现故障时，计算机自动跳出报警信息提示并伴有声光报警，视故障严重程度，可以做出报警、直至停机处理。
3.3.2.5 操作台的实时动态显示系统可显示压机主缸压力、回程缸压力、充液罐压力、主机系统油温、操作机系统油温、充液罐油温；稳态显示系统参数、工作制度和工艺制度；显示主机及操作机电磁阀的通断状态，设备接近开关及限位开关状态，帮助检查设备运行中故障原因；显示电机运行状态；通过WINCC的数据库，存储锻件数据，形成生产报表管理数据和成熟工艺储备。并配有以太网卡与上级计算机组成局域网络，可进行动态数据交换。
3.4.2电控系统主要配置及简要说明
电控系统主要由电气柜、操作台、分线箱等组成。
3.4.2.1所有动力及控制柜均为封闭式、前后开门框架结构。主要低压电气元件选用施耐德。电气柜包括电机启动柜、电源柜、功率柜和PLC柜等。
3.4.2.1.1 电机启动柜用于控制主泵及辅助泵电机启动和停止。
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3.4.2.1.2 电源柜提供系统电源
3.4.2.1.3 功率柜用于安装所有比例阀的控制放大板及控制板安装支架、控制系统所需直流24V稳压电源、空开、中间继电器、 指示灯等。
3.4.2.1.4 压机PLC柜安装可编程控制器主框架、电源、各种模块，部分扩展框架及保护元件等。
3.4.2.2 压机操作台
压机操作台包括PROFIBUS-DP从站的相关模块、按钮、指示灯、操作手柄、工业控制计算机，数控单元。上位人机监控界面(HMI)选用工业计算机加视窗控制中心组态软件组成。在工作台上设有常锻、快锻（精锻）、镦粗三种工艺制度可供选择。还设有手动、半自动、自动和联动四种工作制度选择使用。
3.4.2.3 在控制柜与现场设备控制点之间设置分线箱。
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