CN101837416B - 一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统 - Google Patents

Abstract

一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统，涉及锻造液压机。本发明解决传统自由锻造液压机加载系统，由于主柱塞与活动横梁采用刚性连接，偏心锻造时活动横梁受偏心载荷，加剧了导向铜套和密封的磨损，导致主工作缸密封早期失效和泄漏，造成加载系统抗偏心锻造能力差的问题。本发明作为自由锻造液压机传递锻造力的加载系统，其特征在于：在自由锻造液压机上采用具有超长导向结构的组合式活动横梁；全封闭立柱外围四周可调间隙的楔形平面导向装置；主柱塞与活动横梁连接的双凹球饺接式短圆柱摇杆轴装置；以及活动横梁的水平度传感器监控装置。本发明不仅可以应用于各种自由锻造液压机，而且也可以推广应用于适合工艺的其它立式液压机上。

Description

一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统

技术领域

本发明涉及锻造液压机。特别是涉及自由锻造液压机的加载系统。

背景技术

自由锻造液压机是锻件生产中广泛应用的关键设备。传统的三梁四圆柱式自由锻造液压机，其加载系统的主工作缸柱塞与活动横梁大多采用刚性连接，柱塞下端直接插入活动横梁内，用压盖和螺栓固定。力学分析和计算时，常常假设锻件处没有侧向水平反力，不妨碍活动横梁转动；两侧的张力柱导向套的间隙相同，在活动横梁受偏心载荷而倾斜时，两侧的张力柱受力均匀。

实际生产中，尤其在偏心锻造时，活动横梁受偏心载荷，刚性连接的主柱塞将跟随活动横梁一起倾斜，使主工作缸导向铜套和密封处经常承受侧向水平推力或一对力偶，从而加剧了导向铜套和密封的磨损，导致主工作缸密封早期失效和泄漏现象。

同时，两侧的圆张力柱导向套的间隙不可能相同，两张力柱所承受的因偏载引起的侧推力也不可能相等。活动横梁圆形导套的点接触应力状态而引起的不均匀磨损和导向间隙增大，任一侧的两根立柱都不可能均匀受力，极端情况下，将导致单根立柱承受全部侧推力，最易受到破坏和发生断裂。而且，整个机械加载系统没有设置安全监控装置，只会在张力柱发生断裂时才被发现。因而，锻造时的导向精度和运动精度低，抗偏心锻造的能力差，锻件的尺寸精度和锻造质量低，维护经费支出和设备寿命周期成本高。

虽然，有的压机主柱塞采用了单球面支承连接，但由于活动横梁与柱塞的凸球面处二者的瞬时转动中心不可能重合，因而，单球面支承连接起不到改善导向铜套和密封磨损的作用。有的也采用了双球面中间杆连接的柱塞，但结构超长复杂，安装检测困难，造价高。同时，由于这些压机仍然为传统的三梁四圆柱式导向结构，而且均为单项技术的应用，所以，并没有从根本上改变主柱塞与活动横梁在偏心载荷工况下的受力状态，也就不可能提高整个机械加载系统抗偏心锻造的能力。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统，解决传统三梁四圆柱式自由锻造液压机，由于加载系统的主柱塞与活动横梁采用刚性连接，偏心锻造时活动横梁受偏心载荷，加剧了导向铜套和密封的磨损，导致主工作缸密封早期失效和泄漏，甚至会使立柱受到破坏和发生断裂，造成加载系统抗偏心锻造能力差的问题。

本发明的具体技术方案是：

一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统，包括：上横梁、活动横梁、两个全预应力矩形立柱、下横梁以及回程缸。两个所述全预应力矩形立柱分别与所述上横梁、下横梁固接，所述活动横梁与所述全预应力矩形立柱滑动配合，所述上横梁安装有主工作缸，主工作缸的柱塞与活动横梁连接，所述活动横梁下面固定有上垫板。其特征在于：所述主工作缸由一个中间缸和两个侧缸组成，用螺柱并排固定于上横梁的中线上，三个所述主工作缸包括：缸体、主柱塞、导套、密封，三个所述主柱塞的下半部为空心体，空心体内装有上凸球面垫、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置，所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置与所述活动横梁连接；所述活动横梁是一种有超长导向的组合式活动横梁，它由中横梁、两个导向架和两个导向梁、键和拉杆组成，通过所述键和所述拉杆将两个所述导向架分别与所述中横梁和所述导向梁固接成一个封闭所述全预应力矩形立柱的组合式活动横梁；所述活动横梁与所述全预应力矩形立柱相对应的每个立柱孔四周上下部位，分别安装至少4个相互垂直的楔形平面导向装置；所述活动横梁与所述上横梁之间对角设置含有两个绝对值编码器的活动横梁水平度传感器监控装置；两个所述回程缸分别设置在两个所述全预应力矩形立柱的外侧，由缸体、柱塞、上球饺座、下球饺座、连接法兰组成，所述缸体通过上球饺座固定在活动横梁的导向架的下平面上，所述柱塞通过下球饺座固定在下横梁上，所述柱塞上设有进出油管道的连接法兰。

所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置由上凸球面垫、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴、半开式压盖和下凸球面垫组成，所述上凸球面垫、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴、半开式压盖和下凸球面垫依次安装在所述主柱塞的下半部空心体内，所述半开式压盖将所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴和下凸球面垫固定在所述活动横梁上。

所述楔形平面导向装置由固定斜板座、活动斜铁、自润滑滑板、耐磨导板、调节螺钉、垫片组成，所述固定斜板座固定于所述活动横梁的导向座槽中，所述活动斜铁与固定斜板座楔形配合，所述活动斜铁上安装有一个自润滑滑板，所述自润滑滑板与固定在所述全预应力矩形立柱四周的耐磨导板滑动配合，所述固定斜板座与所述活动斜铁之间设有调节螺钉和垫片。

所述活动斜铁上的自润滑滑板与所述全预应力矩形立柱四周的耐磨导板之间的导向间隙，外侧间隙为0.2～0.3mm，内侧间隙为1.5～2.5mm。

所述主柱塞与所述导套之间的密封采用专用V型圈组合密封。

所述上凸球面垫和下凸球面垫上均开有润滑槽和连接孔，与干油集中润滑系统连接。

两个所述导向架的长度是活动横梁工作行程的1.05～1.15倍。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

本发明有别于锻造工厂现使用的自由锻造液压机的用以加载和传递主工作缸锻造力的柱塞与活动横梁的结构、连接和导向形式。采用本发明将有效提高锻造时的导向精度和运动精度，延长密封寿命；增强抗偏心锻造的能力，使允许的锻造偏心距提高一倍；提高锻件的尺寸精度和锻造质量，降低了维护经费支出和设备寿命周期成本。

本发明的原理和结构不仅可以应用于自由锻造液压机，而且也可以推广应用于适合工艺的其它立式液压机上，并可对已在运行的传统锻造压机进行改造。本发明将直接导致一种具有节能降耗利好的现代自由锻造液压机的实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置的结构示意图；

图3是图1的B-B剖视图；

图4是图3的B-B剖视图(楔形平面导向装置的结构示意图)；

图5是活动横梁的水平度传感器监控装置控制框图。

图6是回程缸的结构示意图。

下面结合附图对本发明作具体的说明。

具体实施方式

如图1所示，一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统，主工作缸由一个中间缸1和两个侧缸2组成，用螺柱并排固定于上横梁10的中线上。各工作缸产生的锻造力通过主柱塞中的双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置3传递给活动横梁4。

活动横梁由中横梁4-1、两个导向架4-2和两个导向梁4-3五件组成，通过若干组键4-4和紧固拉杆4-5将其连接紧固成一个与全预应力矩形立柱5滑动配合的组合式活动横梁4。活动横梁下面固定有上垫板6，在活动横梁4与全预应力矩形或方形截面立柱5相对应的每个立柱孔四周上下部位，分别安装至少4个相互垂直的可调间隙的楔形平面导向装置7。

两个柱塞式回程缸8倒装式安装在两根立柱的外侧面，缸体8-1与导向架4-2固定，柱塞8-2固定在下横梁9上。

如图1、2所示，主工作缸由缸体1-1、主柱塞1-2、导套1-3、密封1-4以及柱塞压盖等组成。主柱塞下半部为空心体，空心体内装有双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置3，所述摇杆轴装置3依次由上凸球面垫3-1、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴3-2、半开式压盖3-3和下凸球面垫3-4组成。所述上凸球面垫3-1、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴3-2、半开式压盖3-3和下凸球面垫3-4依次安装在所述主柱塞1-2的下半部空心体内，所述半开式压盖3-3将所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴3-2和下凸球面垫3-4固定在活动横梁4上。

主工作缸产生的力由主柱塞1-2传递给上凸球面垫3-1，再由双凹球铰接式短圆柱摇杆轴3-2经下凸球面垫3-4传递给活动横梁4。当偏心载荷经由活动横梁4作用于下凸球面垫时，由于铰接式摇杆的适应性转动，使偏心锻造时所产生的偏载力经立柱传递到上横梁，有效地减小了对油缸导套与密封处的水平推力和反力矩，从而延长了密封和导向的寿命。

如图1、3、4所示，由导向架4-2、导向梁4-3和中横梁4-1构成的组合式活动横梁4，将两根中空矩形立柱5外围封闭起来。在活动横梁4每根立柱孔的四周安装有至少4个相互垂直的楔形平面导向装置7。该装置的固定斜板座7-1由螺栓固定于组合式活动横梁4的导向座槽中，在活动斜铁7-2上安装有一个具有良好的自润滑性能的铸锡青铜合金滑板7-3，通过固定于全预应力矩形或方形截面立柱四周的耐磨导板7-4导向。活动斜铁的铜合金滑板与立柱耐磨导板之间的导向间隙，通过一组调节螺钉7-5与垫片7-6调整，外侧间隙为0.2～0.3mm，内侧为1.5～2.5mm。

如图1、3、5所示，在上横梁的下平面对角线上安装有两个绝对值编码器11，其运动的一端相应垂直地与活动横梁固定。任何工况下活动横梁的行程位置均可由两个编码器在线实时检测出，并由PLC进行信号采集和实时运算，在操作台上位机屏幕上进行数字化显示。

PLC将测得的数值的计算平均值作为活动横梁的位置反馈信号，提供给位置闭环控制系统的比较控制器，进行活动横梁的位置控制和调节。

PLC运算的差值可指示出活动横梁的运行水平度。若差值等于设定的临界值时，则在位机屏幕上显示超值警示，若位置差值超过容许的极限值时，将停止压机工作。此时，要求维修人员必须检查和调整导向板的导向间隙，以确保活动横梁的水平度和运动精度。

如图6所示，回程缸8由缸体8-1、柱塞8-2、上球饺座8-3、球饺座8-4、连接法兰8-5组成，所述缸体8-1通过上球饺座8-3固定在活动横梁4的导向梁4-3的下平面上，所述柱塞8-2通过下球饺座8-4固定在下横梁9上，所述柱塞8-2上设有进出油管道的连接法兰8-5。

下面就本发明的具体技术方案再作进一步的说明：

1)一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统，它包含自由锻造液压机用以加载和传递主工作缸锻造力的柱塞与活动横梁的结构、连接和导向形式，以及活动横梁水平度的检测技术。作为自由锻造液压机传递锻造力的加载系统包括：在全预应力矩形或方形截面立柱机架的自由锻造液压机上，采用具有超长导向结构的组合式活动横梁；全封闭立柱外围四周可调间隙的楔形平面导向装置；主柱塞与活动横梁连接的双凹球饺接式短圆柱摇杆轴装置；以及活动横梁的水平度传感器监控装置。

2)所述具有超长导向结构的组合式活动横梁，是由中横梁、两个加长ㄈ形导向架和两个自适应导向梁共五件构成的组合结构。采用专用液压预紧工具，通过若干组键和紧固拉杆将导向架分别与中横梁和导向梁连接紧固成一个封闭立柱的组合式活动横梁。两个加长ㄈ形导向架的长度是活动横梁工作行程的1.05～1.15倍；两个分体式的自适应导向梁安装在活动横梁内侧，由于预紧螺栓的作用，可随着立柱的横向弯曲变形适应性地做横向位移，使其中的导向板保持着与立柱贴合导向状态，将偏载力传递向立柱。这种具有强抗偏心载荷的组合式活动横梁，既加长了活动横梁的导向长度，提高了运动精度和锻件的尺寸精度，又避免了整体式活动横梁的应力集中现象，改善了立柱的受力状态。此外，在活动横梁与全预应力矩形或方形截面立柱相对应的每个立柱孔四周上下部提供了两组至少4个、多可达8个相互垂直的平面，供安装可调间隙的楔形平面导向装置。在活动横梁中还提供了4个上砧夹紧装置的安装孔12和一个上砧旋转装置安装孔13。在活动横梁的下平面固定有一个上垫板，二者采用4键定位和螺钉紧固方式连接在一起。为防止可能渗漏的油流到锻件上着火，在活动横梁上平面设有一条封闭的泄漏接油槽14，通过管道将漏油接到地面以下。

3)所述全封闭立柱外围四周可调间隙的楔形平面导向装置，由一个固定的斜板座和一个活动斜铁组成。斜板座由螺栓固定于组合式活动横梁的导向座槽中，在活动斜铁上安装有一个具有良好的自润滑性能的铸锡青铜合金滑板，通过固定于全预应力矩形或方形截面立柱四周的耐磨导板导向。与传统圆导套相比，接触面积大，导向面压低，导向精确，抗偏心负荷能力强。楔形平面导向装置的导向间隙调整方便，通过一组调节紧固螺钉与垫片调整活动横梁滑板与立柱耐磨导板之间的间隙，外侧间隙为0.2～0.3mm，内侧为1.5～2.5mm。

采用干油集中自动润滑系统和低表面压力的平面导向结构提高了活动横梁的运动精度和导板寿命，使活动横梁在立柱上保持刚性运动，提高了锻件的尺寸精度。

4)所述的主工作缸为三个等径或不等径向下加压式柱塞缸，通过螺柱并排固定于上横梁中线上。各个柱塞在导套与压套之间的密封采用专用V型圈组合密封。导套内壁开有螺旋槽，在油缸的口部装有防尘圈，在压套上设置有卸油通道。

所述柱塞下部为空心体，在其中各装置了一个凸球面垫和双凹球铰接式短圆柱摇杆轴，借助于半开式压盖将短圆柱铰轴固定在活动横梁中的凸球面垫上，作为活动横梁与主柱塞之间连接的活节，可以允许活动横梁有较大的自由度。凸球面垫上均开有润滑槽和连接孔，与干油集中润滑系统连接。

球铰轴回转半径的设计将与活动横梁在偏心载荷时的回转半径协调。工作时，主柱塞上的锻造力通过铰接式摇杆传递到活动横梁；由于铰接式摇杆的适应性转动，使偏心锻造时所产生的偏载力经立柱传递到上横梁，有效地减小了对油缸导套与密封处的水平推力和反力矩，从而延长了密封和导向的寿命。

5)所述活动横梁的水平度传感器监控装置，是在活动横梁与上横梁之间对角设置有两个绝对值编码器，在线实时检测活动横梁的位置。将测得的数值的计算平均值作为位置闭环控制的反馈信号，两个差值指示出活动横梁的运行水平度。位置误差信号可在操作台上位机屏幕上数字化显示和超值警示，差值超过容许值时压机将停机。

6)两个所述回程缸均为柱塞缸倒装式结构，设置在两根立柱的外侧面，分别通过两组球饺座和螺钉将缸体固定在活动横梁的导向梁的下平面，将柱塞固定在下横梁上。该结构可有效防止偏心载荷工况下造成对回程缸的损害。采用一定厚度的绝热材料和钢板分别将两个回程缸包裹起来，连同固定在立柱上的绝热板一起防止钢锭的热辐射，并起到防止氧化皮对油缸柱塞的侵蚀作用。

将两个回程缸设置于下横梁上，靠近了回程蓄能器站和回程控制阀块，缩短了回程缸控制管道，减少了管道油液附加质量，有利于提高系统液压固有频率和频响特性；避免了回程缸设置于上横梁的头重脚轻现象，增加了压机的稳定性；当活动横梁落到下极限位置时，可由回程缸柱塞作为机械支承。

Claims (7)

1.一种自由锻造液压机抗偏载的加载系统，包括：上横梁(10)、活动横梁(4)、两个全预应力矩形立柱(5)、下横梁(9)以及回程缸(8)，两个所述全预应力矩形立柱(5)与所述上横梁(10)、下横梁(9)固接，所述活动横梁(4)与所述全预应力矩形立柱(5)滑动配合，所述上横梁(10)安装有主工作缸，主工作缸的主柱塞与活动横梁(4)连接，所述活动横梁(4)下面固定有上垫板(6)，其特征在于：所述主工作缸由一个中间缸(1)和两个侧缸(2)组成，用螺柱并排固定于上横梁(10)的中线上，所述中间缸(1)和两个侧缸(2)均包括：缸体(1-1)、主柱塞(1-2)、导套(1-3)、密封(1-4)，三个所述主柱塞(1-2)的下半部为空心体，空心体内装有双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置(3)，所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置(3)与所述活动横梁(4)连接；所述活动横梁(4)是一种有超长导向的组合式活动横梁，它由中横梁(4-1)、两个导向架(4-2)和两个导向梁(4-3)、键(4-4)和拉杆(4-5)组成，通过所述键(4-4)和所述拉杆(4-5)将两个所述导向架(4-2)分别与所述中横梁(4-1)和所述导向梁(4-3)固接成一个封闭所述全预应力矩形立柱(5)的组合式活动横梁；所述活动横梁(4)与所述全预应力矩形立柱(5)相对应的每个立柱孔四周上下部位，分别安装至少4个相互垂直的楔形平面导向装置(7)；所述活动横梁(4)与所述上横梁(10)之间对角设置含有两个绝对值编码器(11)的活动横梁水平度传感器监控装置；两个所述回程缸(8)分别设置在两个所述全预应力矩形立柱(5)的外侧，由缸体(8-1)、柱塞(8-2)、上球铰座(8-3)、球铰座(8-4)、连接法兰(8-5)组成，所述缸体(8-1)通过上球铰座(8-3)固定在活动横梁(4)的导向架(4-2)的下平面上，所述柱塞(8-2)通过下球铰座(8-4)固定在下横梁(9)上，所述柱塞(8-2)上设有进出油管道的连接法兰(8-5)。

2.按照权利要求1所述的自由锻造液压机抗偏载的加载系统，其特征在于：所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴装置(3)由上凸球面垫(3-1)、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴(3-2)、半开式压盖(3-3)和下凸球面垫(3-4)组成，所述上凸球面垫(3-1)、双凹球铰接式短圆柱摇杆轴(3-2)、半开式压盖(3-3)和下凸球面垫(3-4)依次安装在所述主柱塞(1-2)的下半部空心体内，所述半开 式压盖(3-3)将所述双凹球铰接式短圆柱摇杆轴(3-2)和下凸球面垫(3-4)固定在活动横梁(4)上。

3.按照权利要求1所述的自由锻造液压机抗偏载的加载系统，其特征在于：所述楔形平面导向装置(7)由固定斜板座(7-1)、活动斜铁(7-2)、自润滑滑板(7-3)、耐磨导板(7-4)、调节螺钉(7-5)、垫片(7-6)组成，所述固定斜板座(7-1)固定于所述活动横梁(4)的导向座槽中，所述活动斜铁(7-2)与固定斜板座(7-1)楔形配合，所述活动斜铁(7-2)上安装有一个自润滑滑板(7-3)，所述自润滑滑板(7-3)与固定在所述全预应力矩形立柱(5)四周的耐磨导板(7-4)滑动配合，所述固定斜板座(7-1)与所述活动斜铁(7-2)之间设有调节螺钉(7-5)和垫片(7-6)。

4.按照权利要求3所述的自由锻造液压机抗偏载的加载系统，其特征在于：所述活动斜铁(7-2)上的自润滑滑板(7-3)与所述全预应力矩形立柱(5)四周的耐磨导板(7-4)之间的导向间隙，外侧间隙为0.2～0.3mm，内侧间隙为1.5～2.5mm。

5.按照权利要求1所述的自由锻造液压机抗偏载的加载系统，其特征在于：所述主柱塞(1-2)与所述导套(1-3)之间的密封(1-4)采用专用V型圈组合密封。

6.按照权利要求2所述的自由锻造液压机抗偏载的加载系统，其特征在于：所述上凸球面垫(3-1)和下凸球面垫(3-4)上均开有润滑槽和连接孔，与干油集中润滑系统连接。

7.按照权利要求1所述的自由锻造液压机抗偏载的加载系统，其特征在于：两个所述导向架(4-2)的长度是活动横梁工作行程的1.05～1.15倍。 

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