文/克里莫夫S.N，普盧茨可夫 R.N·俄羅斯伏龍涅什重型機(jī)械壓力機(jī)股份公司

曲柄熱模鍛壓力機(jī)氣動和液壓離合器

文/克里莫夫S.N，普盧茨可夫 R.N·俄羅斯伏龍涅什重型機(jī)械壓力機(jī)股份公司

氣動離合器

TMP生產(chǎn)的曲柄式熱模鍛壓力機(jī)采用了單盤、雙盤和三盤氣動（干式）離合器，這些離合器配有專業(yè)摩擦材料加工而成的摩擦片。通過離合器的旋轉(zhuǎn)部分所造成的通風(fēng)效果對盤進(jìn)行冷卻。單盤或雙盤制動器配有對非旋轉(zhuǎn)盤進(jìn)行冷卻的水冷卻裝置。盤上配有摩擦材質(zhì)制成的摩擦片或摩擦塊。通過內(nèi)部氣缸控制離合器和制動器工作。離合器和制動器所處的系統(tǒng)中配有ROSS公司或TMP生產(chǎn)的空氣分配器，可以保證盤與盤之間能夠進(jìn)行平穩(wěn)無沖擊嚙合。圖1為TMP生產(chǎn)的25MN熱模鍛氣動離合器的典型結(jié)構(gòu)，扭矩為950kN·m。進(jìn)給壓縮空氣時，氣缸活塞移動，離合器主動和從動摩擦盤發(fā)生動力結(jié)合，扭矩通過摩擦力從飛輪向曲柄軸傳遞。從氣缸排出壓縮空氣時，主動和從動摩擦盤分開，曲柄軸從飛輪斷開。

TMP多年熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)：只有在調(diào)試控制系統(tǒng)或調(diào)節(jié)制動參數(shù)出現(xiàn)錯誤的情況下，才會發(fā)生制動盤過熱或由于受力不均勻造成的嚴(yán)重磨損；只有在接通次數(shù)過多的情況下，才會發(fā)生離合器盤過熱的情況，作用力小于40MN的壓力機(jī)經(jīng)常發(fā)生這種情況。重型曲柄熱模鍛壓力機(jī)投入使用后由于磨損的緣故平均每四年要更換一次離合器和制動器的摩擦元件。

圖1 TMP生產(chǎn)的25MN熱模鍛的氣動離合器

摩擦組件的使用壽命

摩擦組件的工作模式強(qiáng)度可以通過作用在單位 摩擦表面上的單位摩擦力來確定。Ortlinghaus公司正在研制用于工作行程每分鐘不大于30個的滑塊行程，曲柄軸轉(zhuǎn)動頻率為55r/min時，額定作用力為40MN的曲柄熱模鍛壓力機(jī)可單獨(dú)控制離合器和制動器的液壓組件。對于離合器的這項(xiàng)設(shè)計，單位摩擦功率N=10.5kW/m2。對于作用力為40MN的壓力機(jī)，接通數(shù)為14spm時，單位摩擦功率為4.05kW/m2。當(dāng)使用傳統(tǒng)氣動離合器時，壓力機(jī)上的離合器摩擦盤與離合器接通數(shù)為22spm時，摩擦盤將變得過熱。

提高摩擦組件使用壽命——液壓離合器

延長曲柄熱模鍛壓力機(jī)摩擦組件的使用壽命對于每分鐘工作行程次數(shù)大（如工作時采用自動化設(shè)備）和曲柄軸旋轉(zhuǎn)速率高（壓力機(jī)作用力不小于40MN）的壓力機(jī)來說至關(guān)重要。基于在這方面，TMP和德國Ortlinghaus-Werke GmbH公司一起研制了作用于25～40MN壓力機(jī)的液壓離合器和制動器。

Ortlinghaus公司的摩擦部件有如下特點(diǎn)：薄摩擦盤數(shù)量多（不小于10），這些薄摩擦盤有專門摩擦表面和用來限制摩擦表面發(fā)熱的壓油槽。通過內(nèi)置液壓油缸連接離合器內(nèi)的盤，通過彈簧使盤斷開。通過彈簧連接制動器內(nèi)的盤，通過液壓油缸斷開。研制出了帶一個控制液壓油缸的離合器─制動器硬聯(lián)鎖組件方案。圖2為這類離合器─制動器的通用結(jié)構(gòu)，扭矩為950kN·m，與Goizper公司的硬聯(lián)鎖離合器─制動器類似。

進(jìn)給油到液壓缸時，活塞移動需要克服制動彈簧的力，實(shí)現(xiàn)制動盤分開，離合器盤結(jié)合。從液壓缸排出油時，活塞移動到原始位置，離合器盤分開，制動彈簧結(jié)合制動器盤，曲柄軸制動。單獨(dú)渠道連續(xù)壓送冷卻油經(jīng)過離合器和制動器摩擦盤，在接通數(shù)量大時保障元件溫度正常。液壓組件的主要優(yōu)勢在于可以限制摩擦盤發(fā)熱，同時在強(qiáng)工作模式下能提高它們的抗磨損使用壽命。

圖2 25MN壓力機(jī)液壓離合器—制動器結(jié)構(gòu)

選擇離合器

現(xiàn)在對于大型壓力機(jī)來說還未發(fā)現(xiàn)單次行程數(shù)和曲柄軸轉(zhuǎn)動速率增加的趨向。通常情況下，壓力機(jī)即使是在自動模鍛時其滑塊單次行程次數(shù)也不超過6spm。對于額定作用力為165MN的壓力機(jī)，離合器的單位摩擦功率不大于2.4kW/m2，大約比系列生產(chǎn)的帶氣動離合器（其摩擦盤壽命處于中等水平）的40MN曲柄熱模鍛壓力機(jī)摩擦力小至1/1.7。對于在曲柄熱模鍛壓力機(jī)中使用液壓離合器和制動器的合理性，指出以下6點(diǎn)：

⑴Ortlinghaus公司生產(chǎn)的40MN曲柄熱模鍛壓力機(jī)液壓離合器和制動器、控制系統(tǒng)及液壓裝置的價格大約比傳統(tǒng)氣動離合器和制動器價格高80%。

⑵必須在壓力機(jī)旁邊布置大尺寸的液壓裝置，此處通常為工藝裝置和自動化設(shè)備。

⑶在有徑向振擺和較大徑向速度時，接觸面有大直徑密封裝置。

⑷壓力機(jī)主部件連續(xù)空轉(zhuǎn)情況下，摩擦盤之間有粘性摩擦或組件內(nèi)有攪拌時，會產(chǎn)生能量損耗。

⑸同樣對于系列生產(chǎn)的壓力機(jī)，使用液壓離合器時從動部分加速，或者使用制動器制動時也會產(chǎn)生能量損耗，約占壓力機(jī)主驅(qū)動裝置功率的8%～16%。

⑹摩擦材料單位壓力和盤數(shù)量有限制，不能采用離合器─制動器傳遞大扭矩。

想要解決系列高速曲柄熱模鍛壓力機(jī)摩擦組件使用期延長的問題，可能還要使用附加組件，即以制動能量回收原理為基礎(chǔ)的壓力機(jī)主部件加速器和制動器。這些裝置的各種結(jié)構(gòu)在俄羅斯和其他國家都有研制（有俄羅斯聯(lián)邦版權(quán)證書和美國、日本、德國專利證書防偽保護(hù)）。Muller Weingarten公司在獨(dú)立的壓力機(jī)結(jié)構(gòu)中使用了這一構(gòu)造?，F(xiàn)在TMP正在研究這種與傳統(tǒng)方法相比更具優(yōu)勢的裝置構(gòu)造。值得一提的是，使用這種裝置不僅可以延長摩擦盤的使用壽命，還可以減少壓力機(jī)主部件加速和制動時的能量損耗。

結(jié)束語

綜合TMP生產(chǎn)的系列壓力機(jī)氣動離合器和制動器的使用經(jīng)驗(yàn)，及其他熱模鍛壓力機(jī)廠家使用液壓離合器和制動器的數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：

⑴液壓離合器和制動器適用于作用力不大于50MN，接觸摩擦面上有較大的環(huán)行速度，且自動化控制時接通次數(shù)大于20spm的曲柄熱模鍛壓力機(jī)。

⑵液壓離合器和制動器也可用于對現(xiàn)有的鍛壓設(shè)備（作用力不大于50MN）進(jìn)行改裝，日后作為自動化生產(chǎn)線中的壓力機(jī)。

⑶對于大作用力(不小于80MN)的曲柄壓力機(jī)，從使用方便和延長摩擦材料壽命的角度來講，更適用于由ROSS公司根據(jù)TMP的技術(shù)要求生產(chǎn)的氣動分級無沖擊接通離合器和制動器。

⑷為了提高高速曲柄熱模鍛壓力機(jī)氣動摩擦離合器和制動器摩擦部件的使用壽命，還可以在其他方面做改進(jìn)，完善空氣和水冷系統(tǒng)，采用制動能量回收裝置（用于加速和制動壓力機(jī)曲柄─滑塊機(jī)械裝置），使用先進(jìn)的摩擦材料。試驗(yàn)證明，保障離合器平緩（二級）接通和空氣制冷更有效可提高15%的氣動離合器單次接通次數(shù)。