楊固川

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司設(shè)計(jì)研究院，四川610052)

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我國重型裝備自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新工程800 MN液壓機(jī)的設(shè)計(jì)情況

楊固川

(中國第二重型機(jī)械集團(tuán)公司設(shè)計(jì)研究院，四川610052)

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的需要，對大型精密模鍛裝備的需求越來越迫切。2006年，我國把研制和發(fā)展大型飛機(jī)確定為16項(xiàng)重大科技專項(xiàng)，將800 MN大型模鍛液壓機(jī)作為大飛機(jī)研發(fā)項(xiàng)目的配套工程啟動(dòng)實(shí)施。2007年11月，國家發(fā)展和改革委員會根據(jù)中國工程院咨詢項(xiàng)目組《發(fā)展我國大型鍛壓裝備研究》咨詢報(bào)告[1]，批復(fù)同意中國二重建設(shè)800 MN大型模鍛液壓機(jī)。2007年12月，二重正式開展800 MN大型模鍛壓機(jī)工程建設(shè)工作。本文主要介紹了800 MN壓機(jī)的設(shè)計(jì)情況。

1800 MN壓機(jī)設(shè)計(jì)的總體要求及難點(diǎn)

中國工程院咨詢報(bào)告要求：“工程承擔(dān)單位必須明確認(rèn)識，800 MN液壓機(jī)是為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國家長期安全服務(wù)的唯一一臺最大型鍛造裝備。其設(shè)計(jì)立論不同于批量生產(chǎn)的機(jī)器，機(jī)械本體應(yīng)遵循“無限壽命”設(shè)計(jì)原則，具有高可靠性、高冗余度；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)充分使用已有成熟先進(jìn)的液壓技術(shù)、密封技術(shù)與元器件，保證穩(wěn)定可靠的高能量驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)應(yīng)做到高精度控制、近零超調(diào)、快速響應(yīng)和高魯棒性，以保證鍛造精度和設(shè)備安全”。

大型模鍛壓機(jī)的設(shè)計(jì)首先是要滿足壓制模鍛件的工藝技術(shù)要求，如壓制力、壓制速度和壓制位置的精度、可調(diào)性和重復(fù)一致性等。同時(shí)與極限設(shè)計(jì)制造過程中的鑄造、鍛造、焊接、材料、熱處理、機(jī)械加工、表面處理、裝配與安裝、密封、檢測、高壓管道、消防安全、高壓大流量液壓傳動(dòng)、電氣控制技術(shù)等多工序緊密協(xié)作。全面分析研究設(shè)計(jì)方案實(shí)施的可行性、可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、以及機(jī)械本體遵循“無限壽命”的設(shè)計(jì)原則。

800 MN液壓機(jī)最大設(shè)計(jì)難點(diǎn)是：必須保證設(shè)計(jì)一次成功，它不同于常規(guī)重型裝備要經(jīng)過實(shí)體設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、驗(yàn)證、改進(jìn)、提高再到成熟的過程，就必須一次達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求，否則會給國家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及不良影響。800 MN壓機(jī)機(jī)械本體的大型零件一旦在生產(chǎn)中出現(xiàn)問題則需要返工，只是壓機(jī)拆卸和重新安裝的時(shí)間就需要約12個(gè)月，費(fèi)用上億元，這還不包括停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。800 MN壓機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)針對800 MN壓機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，認(rèn)真分析總結(jié)我國重大技術(shù)裝備在以往工程建設(shè)過程中出現(xiàn)過的問題，達(dá)到了提高800 MN壓機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的。雖然我國對引進(jìn)的重大技術(shù)裝備進(jìn)行了消化、吸收、研究，也自主設(shè)計(jì)制造了一些設(shè)備，例如冶金行業(yè)大型板帶鋼軋機(jī)等，但是國產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行中的穩(wěn)定性和可靠性等方面與國外技術(shù)相比還是有差距。原因一是沒有真正掌握國外關(guān)鍵核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)；二是對設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試等工程建設(shè)過程中各環(huán)節(jié)的技術(shù)質(zhì)量控制不到位。

2800 MN壓機(jī)在設(shè)計(jì)上與國外技術(shù)交流情況

為了充分了解國外650 MN、750 MN大型模鍛液壓機(jī)(水壓機(jī))設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，避免出現(xiàn)國外大型模鍛液壓機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，達(dá)到改進(jìn)提高我國大型模鍛液壓機(jī)技術(shù)的目的，中國二重設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一方面查閱了大量文獻(xiàn)資料，另一方面主動(dòng)聯(lián)系國外有關(guān)公司尋求技術(shù)交流合作機(jī)會。但是外商提出的合作條件很苛刻，而且還對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，不提供核心技術(shù)。例如，壓機(jī)機(jī)架C形板需要采購大尺寸、特殊鋼、寬厚板進(jìn)行焊接制造[2]，有能力提供該規(guī)格寬厚板的國外廠商拒絕供貨。因此，從國外引進(jìn)800 MN壓機(jī)的核心設(shè)計(jì)制造技術(shù)是行不通的。只有自主設(shè)計(jì)制造800 MN壓機(jī)。

國外650 MN壓機(jī)使用30多年的基本情況是：為了提高控制精度，對液壓和電氣系統(tǒng)部分進(jìn)行過兩次改造；機(jī)械本體的主缸有一件出現(xiàn)過焊縫裂紋，進(jìn)行了整體更換，水平穿孔部分未安裝，產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)比較飽滿(國際民用和軍用飛機(jī)生產(chǎn)需求大)。工廠每年對液壓缸密封進(jìn)行輪流更換，機(jī)械本體部分均未做大的修理，使用情況良好。650 MN壓機(jī)以當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)條件能夠達(dá)到現(xiàn)在的使用狀態(tài)，說明壓機(jī)總體結(jié)構(gòu)是可靠的。根據(jù)我國現(xiàn)在的設(shè)計(jì)制造技術(shù)條件，特別是焊接技術(shù)進(jìn)步，800 MN壓機(jī)技術(shù)有能力克服650 MN壓機(jī)出現(xiàn)或沒有出現(xiàn)的問題，并超過650 MN壓機(jī)，生產(chǎn)模鍛件的工藝水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

3800 MN壓機(jī)在設(shè)計(jì)上與國內(nèi)技術(shù)合作情況

以中國工程院咨詢報(bào)告要求：“在設(shè)計(jì)和制造上應(yīng)盡可能做到研制隊(duì)伍體現(xiàn)國家隊(duì)水平，提倡產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，以確保設(shè)備的先進(jìn)性、適用性、可靠性以及制造質(zhì)量、縮短研制周期和降低成本”為設(shè)計(jì)總指導(dǎo)方針，中國二重800 MN大型模鍛液壓機(jī)建設(shè)項(xiàng)目被列入了“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)：“800 MN大型模鍛液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”課題。得到中國重型機(jī)械研究院、中南大學(xué)、燕山大學(xué)、機(jī)械科學(xué)研究總院、重慶大學(xué)等10多個(gè)國家科研部門和合作單位的技術(shù)支持。并由工程院院士和合作單位專家共同參與了800 MN壓機(jī)的分析計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)審查和技術(shù)質(zhì)詢，壓機(jī)測試方案制定，壓機(jī)液壓和控制系統(tǒng)方案評審等。

4800 MN壓機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和取得的成果

大型C形板框結(jié)構(gòu)、拉桿預(yù)緊組合機(jī)架(壓機(jī)外形尺寸：長32 m×寬16 m×高40 m，重量約20 000 t)的上下、前后、左右的立體預(yù)緊力耦合關(guān)系研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)[3]；

大型高壓主缸(五缸)位置分布、缸體結(jié)構(gòu)(內(nèi)徑1.8 m×行程2 m)設(shè)計(jì)、工作液體壓力選擇設(shè)計(jì)技術(shù)；

大型組合活動(dòng)梁、固定梁整體組合拉桿預(yù)緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；

對大型活動(dòng)梁組件(重量約4 200 t)在高壓(700 MPa)大流量(約15 300 L/min)的液壓驅(qū)動(dòng)下，采用主缸調(diào)速、平衡缸平衡和兩級平衡伺服比例控制技術(shù)，以及安全監(jiān)控與應(yīng)急保護(hù)等[4]；

大型水平移動(dòng)和垂直升降工作臺(尺寸：4 m×8 m)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)獲得專利18項(xiàng)(其中發(fā)明專利7項(xiàng))，中國二重獲得專利7項(xiàng)(其中發(fā)明專利3項(xiàng))；

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)外雜志發(fā)表論文30篇(其中中國二重發(fā)表論文9篇)；

800 MN壓機(jī)從調(diào)試到現(xiàn)在，已經(jīng)生產(chǎn)大型航空模鍛件500多件，如：大型框架、起落架、渦輪盤等。向國家重大工程建設(shè)項(xiàng)目提供了急需產(chǎn)品，替代了進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了模鍛件性能和質(zhì)量提高，重量和成本降低的目標(biāo)。

800 MN壓機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

5結(jié)論

從2007年12月中國二重800 MN大型模鍛壓機(jī)項(xiàng)目建設(shè)正式啟動(dòng)，2012年4月800 MN壓機(jī)熱調(diào)試，到2013年4月舉行800 MN大型模鍛壓機(jī)試生產(chǎn)暨產(chǎn)品推介會，歷時(shí)五年完成設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試，壓機(jī)經(jīng)過測試驗(yàn)證(最大壓制力達(dá)到950 MN)[7]，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到中國工程院咨詢報(bào)告技術(shù)要求。800 MN大型模鍛液壓機(jī)成功投產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)大型模鍛壓機(jī)的零的突破，成為我國重型裝備自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新的標(biāo)志性工程，也使我國重型裝備自主設(shè)計(jì)制造技術(shù)和大型航空模鍛件生產(chǎn)能力達(dá)到國際先進(jìn)水平。

表1　800 MN壓機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)[5、6]Table 1　Main technical index of 800 MN press

參考文獻(xiàn)

[1]中國工程院咨詢項(xiàng)目組《發(fā)展我國大型鍛壓裝備研究》咨詢報(bào)告，2003.12.

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[3]楊固川，等.大型模鍛液壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)分析研究[J].鍛壓技術(shù)，2010，35(3)：109-113.

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[7]張華，等.800 MN大型模鍛油壓機(jī)測試技術(shù)研究.鍛壓技術(shù)，2014(3).

編輯杜敏

摘要：介紹了我國自主設(shè)計(jì)的800 MN大型模鍛液壓機(jī)設(shè)計(jì)的總體要求及難點(diǎn)、與國內(nèi)外技術(shù)交流合作情況、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和取得的成果，以及壓機(jī)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：800 MN大型模鍛液壓機(jī)；自主設(shè)計(jì)；技術(shù)指標(biāo)

Design Status of Independent Design and Innovation Project of 800 MN Heavy Duty Die Hydraulic Press in Domestic Heavy Equipment Industry

Yang Guchuan

Abstract：The general requirement and difficulty of 800 MN heavy duty die hydraulic press which was designed independently at home and its technical communication and cooperation status both at home and abroad, technical innovation and effect as well as main technical indexes of the press have been described.

Key words：800 MN heavy duty die hydraulic press; independent design; technical index

基金項(xiàng)目：“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項(xiàng)“800 MN大型模鍛液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”(2009ZX04005-011)

收稿日期：2014—03—12

中圖分類號：TG315.4+6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A