張偉瑋，王小松，2，王仲仁，2

（1.哈爾濱工業(yè)大學 材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090；2.哈爾濱工業(yè)大學 金屬精密熱加工國防科技重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150090）

重型液壓設備本體結構的發(fā)展與創(chuàng)新

張偉瑋1，王小松1，2，王仲仁1，2

（1.哈爾濱工業(yè)大學 材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090；2.哈爾濱工業(yè)大學 金屬精密熱加工國防科技重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150090）

重型液壓設備的性能是衡量一個國家大鍛件制造業(yè)水平的重要標志，也是一個國家綜合實力的體現。本文綜述國內外重型液壓設備的發(fā)展歷程，重點論述了重型液壓設備承載結構的發(fā)展與創(chuàng)新。由于液壓機工作時是一個封閉受力系統(tǒng)，本體結構作為液壓機的重要承力構件，均承受高負荷、復雜加載，由于質量大，制造難度也大。重型模鍛設備從最初的梁-柱結構轉變?yōu)楹皲摪褰M合框架結構，再發(fā)展到粗螺栓預緊結構，以及螺栓預緊和鋼絲纏繞預緊的剖分-組合結構，最近廣泛采用的鋼絲纏繞預緊的剖分-坎合結構，不同時期的重型鍛壓設備的本體結構的設計既受所處時代制造能力的限制，也具備不同時期的創(chuàng)新特點。缸梁一體式液壓機作為一個創(chuàng)新概念的提出，也為重型設備的發(fā)展提供一個可供參考的思路。

重型液壓設備；本體結構；缸梁一體結構；發(fā)展

在航天、航空領域，大尺寸、高精度、高強度零件的鍛造成形已成關鍵工藝之一，而重型鍛壓設備在鍛件成形過程中起到決定性作用。世界各國均把重型鍛壓設備作為國民經濟和國防建設的重要保障進行重點規(guī)劃立項、投資建設。我國正處于國民經濟高速發(fā)展時期，重型鍛壓設備在各行各業(yè)中均占有舉足輕重的地位，為了保障航空大鍛件以及高溫難變形合金的精密成形，建設世界一流的鍛壓設備十分必要。隨著材料工業(yè)的發(fā)展，材料變形抗力不斷提高，而鍛件形狀復雜程度及鍛件精度要求也不斷提高，重型鍛壓設備作為大鍛件生產的重要保障，其噸位的增大不可避免。但是液壓機本體結構作為液壓機的關鍵承力構件，受力復雜，整體制造難度大。因此隨著噸位的增大，同時為了實現鍛件精度的提高、設備承載的穩(wěn)定性提高以及疲勞壽命的提高，本體結構的改進與創(chuàng)新勢在必行[1-6]。

1 重型自由鍛液壓機本體結構的發(fā)展與創(chuàng)新

在自由鍛液壓機出現之前，鋼錠的開坯與鍛造主要由鍛錘完成。1884年英國曼徹斯特工廠制造了首臺自由鍛水壓機，體現出鍛錘無可比擬的優(yōu)點；其后1893年美國制造世界首臺萬噸級自由鍛水壓機，完全取代了大鍛錘。其后因戰(zhàn)爭擴張的需要，自由鍛液壓機迅速發(fā)展，二戰(zhàn)結束前，共有萬噸級自由鍛液壓機16臺，其中大部分動力裝置為原始的蒸汽泵或蒸汽-液壓式增壓器，液壓缸多為雙缸或者三缸，最大公稱壓力為150MN。戰(zhàn)后二三十年內，落后的蒸汽增壓式設備相繼淘汰。20世紀70年代至今，世界各國制造的萬噸級自由鍛液壓機共14臺，其中中國有5臺，本體結構諸如橫梁以及立柱的制造工藝趨向多樣化，出現了厚板焊接、鑄焊結合、鍛焊結合、鑄鋼件全預緊組合等形式，導向裝置由原始的立柱導向轉為平面可調間隙導向。

1.1 結構多樣化

萬噸級以上自由鍛液壓機基本都是“三梁四柱”式，如分別在俄羅斯伊諾斯基重機廠和烏克蘭新廠的 120MN自由鍛水壓機以及韓國釜山現代的100MN自由鍛油壓機；后來隨著自動化改造，集成了多項信息技術，實現了公稱壓力分級并配備高壓增壓器，如羅馬尼亞的150MN自由鍛水壓機（圖1a）、意大利臺而尼公司的126MN自由鍛水壓機（圖1b）、韓國斗山重工的130MN自由鍛油壓機（圖1c）、我國一重的150MN自由鍛水壓機（圖1d）、二重160MN自由鍛水壓機（圖1e）、上重的165MN自由鍛油壓機（圖1f）以及日本神戶制鋼所的130MN自由鍛油壓機（圖1g）。上述自由鍛液壓機均為三梁四柱上傳動結構，為了降低設備重心，提高穩(wěn)定性，出現了四柱下拉式結構，如德國薩爾公司的85MN自由鍛油壓機（圖1h）。

圖1 典型四柱式自由鍛液壓機

近年來，德國多家公司開發(fā)了不同形式的雙柱自由鍛液壓機，我國的蘭石、太重及西重所等企業(yè)也設計制造了數十臺雙柱壓力機，結束了三梁四柱壓力機一統(tǒng)天下的局面。它與四柱壓力機相比，確實具有獨到的優(yōu)點。其鍛造空間大，允許環(huán)類件沿壓力機橫向超出立柱，操作視域寬闊，但雙柱式自由鍛液壓機在重量上無優(yōu)勢，抗橫向偏載能力較差。典型的萬噸級雙柱式自由鍛液壓機有日本鑄鍛鋼戶細工廠的100MN自由鍛水壓機（圖2a）、法國克魯索鋼鐵廠的110MN自由鍛水壓機（圖2b）和我國洛陽中信重工的185MN自由鍛油壓機（圖2c）。

圖2 國內外典型雙柱式自由鍛液壓機

1.2 全預緊結構框架

傳統(tǒng)上傳動四柱式自由鍛液壓機均采用局部預緊形式，僅在立柱插入梁內的部分施加了預緊力，鍛造載荷完全由立柱承擔，立柱在拉彎應力反復作用下，容易斷裂。采用平接式全預緊結構，立柱與橫梁接觸面部分由拉桿預緊作用而產生壓應力，立柱僅承受壓彎載荷，這樣立柱可以采用鑄鋼或鑄焊結構，拉應力由拉桿承擔，雖然截面內拉應力數值較高，但是脈動幅值很小，抗疲勞性能提高[7]。典型設備為我國一重設計的150MN自由鍛水壓機。

1.3 主要構件整體化

受制造水平限制，液壓機橫梁多采用預應力組合結構方式。如1964年，我國一重和沈陽重機廠聯合設計125MN自由鍛水壓機，為三缸三梁四柱上傳動式液壓機，三橫梁均為鑄鋼組合結構，并通過螺栓施加預應力（圖3a），立柱為鍛焊結構。1962年江南造船廠制造的120MN自由鍛水壓機，三橫梁為厚鋼板整體焊接結構，立柱為鑄焊結構。隨著制造能力的提高，已經具備了煉鋼、澆鑄、起重和加工大型鑄件的能力，現代液壓機橫梁等鑄鋼件出現了整體化趨勢，整體橫梁以及活動橫梁的最大重量已經達到了500t。我國一重的150MN自由鍛水壓機和上重的165MN自由鍛油壓機的上橫梁均為整體鑄鋼件（圖3b）。

1.4 平面可調間隙導向結構

圖3 典型上橫梁結構[8]

圓立柱結構簡單，但導向精度低，間隙不可調，導致動梁的定位精度及鍛件尺寸精度很低，大大降低了鍛件利用率。為有效提高鍛件尺寸精度，20世紀70年代后，出現了方立柱平面可調間隙導向結構，導向精度高，即使偏載時，鍛件仍保持較高尺寸精度。在現代萬噸級自由鍛液壓機中，除羅馬尼亞的150MN自由鍛水壓機仍采用圓立柱結構導向，其余均采用平面可調間隙導向結構。

2 重型模鍛液壓機本體結構的發(fā)展與創(chuàng)新

在重型模鍛液壓機發(fā)展的80多年中，最先認識到大型鍛壓設備對航空鍛件制造的重要性的是二戰(zhàn)前的德國，它曾秘密制造150MN和300MN模鍛液壓機，對戰(zhàn)斗機整體性能的提升起到了至關重要的作用[9]。二戰(zhàn)后，德國的重型模鍛液壓機全部被美國和前蘇聯以戰(zhàn)利品的形式帶回本國進行研制和使用。

此后模鍛設備得到突飛猛進的發(fā)展。美國梅斯塔和列維公司于1955年分別制造了一臺450MN模鍛液壓機（圖4a），前蘇聯新克拉馬托爾斯克重機廠于1961年制造750MN模鍛液壓機兩臺（圖4b），該公司還于1976年為法國制造650MN模鍛液壓機一臺（圖4c）。與之前美、蘇的四臺超級液壓機相比，法國650MN模鍛液壓機不僅具備模鍛功能，還具備水平鍛造功能[10，11]。以上五臺模鍛設備為20世紀鍛造行業(yè)的頂級設備，其所在公司亦為生產鍛件數量和品種最全的企業(yè)。

圖4 國外頂級模鍛液壓機

除上述頂級模鍛設備外，僅就三萬噸以上設備，美國于1955年、1970年相繼制造315MN模鍛液壓機共三臺，前蘇聯也于1951年、1961年、1962年相繼制造300MN模鍛液壓機共四臺，德國于1964年制造300MN模鍛液壓機一臺，英國于1964年制造300MN模鍛液壓機一臺[10，11]。21世紀初，伴隨著油壓元件和系統(tǒng)技術的發(fā)展進步，大型模鍛液壓機在壓機的壓力、位置、速度等系統(tǒng)技術參數上要求實現精確控制和自動控制，除對現有大型模鍛液壓機進行技術改造外，美國、法國又相繼制造400MN模鍛液壓機各一臺，以滿足其對航空大鍛件生產的需要。

從噸位大小上看，美國的液壓機并不占優(yōu)勢，美國航空界曾計劃建造2000MN液壓機，但是遇到難以解決的問題：要有足夠數量的液壓缸實現2000MN總壓力，要有足夠大的橫梁來支撐液壓缸。所有設計方案中橫梁的高度均相當于10層樓以上的高度。后來由于工藝技術的提高（主要是采用等溫鍛造與超塑性鍛造）使變形抗力降低80%以上，使得建造大噸位液壓機的方案被擱置，這也是迄今為止美國不建造更大噸位液壓機的原因所在[12]。截止到目前，國外萬噸級以上的模鍛液壓機共計三十余臺，美國在數量上占有絕對優(yōu)勢，約占總數50%左右。

建國初期，國內鍛壓設備起步于修復日本戰(zhàn)敗散存的幾臺千噸級的自由鍛水壓機，直到1973年由第一重型機器廠和一機部聯合研制300MN模鍛水壓機在西南鋁投入使用（圖5a），該設備標志著我國向模鍛設備邁進的一個新起點。1982年，由第二重型機器廠設計研制的100MN多向模鍛水壓機在西南鋁投入使用。近幾年，重型模鍛液壓機紛紛投入使用。2009年，由清華大學設計的300MN模鍛液壓機在昆侖先進制造技術裝備有限公司投入使用（圖5b）；2010年，由濟南巨能液壓工程機電有限公司設計的300MN模鍛液壓機在蘭州石化投入使用；2012年3月，由清華大學設計的世界上最大的單缸400MN模鍛液壓機在西安閻良國家航空高技術產業(yè)基地試制成功（圖5c），順利鍛造出其首個大型盤類產品，這是我國向實現大型航空模鍛件自主研制邁出的重要而堅實的一步。而由第二重型機器廠和清華大學聯合設計的800MN模鍛液壓機也于2013年投入使用，該設備是世界上最大噸位的模鍛液壓機（圖5d）。

圖5 國內頂級模鍛液壓機布局

重型鍛壓設備的本體結構作為重要的承力構件，其發(fā)展與創(chuàng)新既受所處時代的制造能力的限制，也體現著隨著時代進步對結構設計的深刻認識和對鍛件質量、精度更高要求的客觀需要。重型鍛壓設備本體結構的主要形式有：傳統(tǒng)梁柱結構、厚鋼板組合框架結構、粗螺栓預緊的C型框架結構、螺栓預緊剖分-組合結構、鋼絲纏繞預緊剖分-組合結構和鋼絲纏繞預緊剖分-坎合結構，同時，液壓缸結構和分布也從普通多液壓缸結構向超高壓、少液壓缸結構、甚至向鋼絲預緊單缸結構發(fā)展。

2.1 梁柱結構

重型鍛壓設備本體結構最典型的就是三梁四柱式，以早期德國施列曼公司的150MN為例，上橫梁由五個鑄件組成，活動橫梁和下橫梁分別由三個鑄件組成，其中最大鑄件重105t。而施列曼公司的300MN液壓機為八柱結構，相當于兩臺150MN液壓機組合而成，活動橫梁和下橫梁仍舊為幾個鑄件組合而成[13]。如此大的鑄件已經達到當時材料加工能力的極限。

1955年，美國梅斯塔公司分別制造了450MN和315MN模鍛液壓機，這兩臺設備基本沿用了德國300MN液壓機的設計方法，均為八缸八柱上傳動式。其中450MN模鍛液壓機的立柱直徑達1016mm，長23m，單重137t，設備本體結構總重6486t；單缸噸位5625t，最高工作壓力31.5MPa，工作臺尺寸7925mm× 3660mm。這種本體結構的最大缺點是：由于主體構件均為鑄造成形，承重件剛度較差，不能滿足鍛件精度要求；同時整體鑄造或者鑄造焊接件的疲勞壽命較低，為了降低制造風險，往往還不得不降低許用載荷，從而加大本體結構的厚度、高度來滿足載荷要求[13-15]。

舉例來說，梅斯塔450MN模鍛液壓機，滿載時其活動橫梁縱向撓度達每米0.6mm，活動500萬次就損壞；而施列曼的300MN模鍛液壓機，滿載時底座縱向撓度為每米6mm，當偏載量為200mm時，活動橫梁的傾斜量為每米3.3mm，鍛件每邊凸起高度為1.75mm～2.5mm，成形精度偏差較大[13]。

2.2 鋼板組合框架結構

與梅斯塔公司不同，美國列維公司設計的450MN和315MN模鍛液壓機均采用了新結構，即方形立柱-拉桿結構。該結構取消了原鑄造結構，將龐大的上橫梁和活動橫梁均改為鍛造鋼板疊合而成，疊板立柱和鑄造小梁通過T型勾頭形成牌坊。其中450MN模鍛液壓機共有六個立柱（三個框架），每個立柱有三塊各重110t的鋼板組成，橫梁和固定橫梁也是鍛造鋼板直立疊組而成，具備很大的抗彎剛性[43]。液壓缸全部位于下橫梁之下，下橫梁成了液壓缸的支承部分，單缸噸位為5000t，最高液體壓力為31.5MPa，工作臺尺寸9900mm×3760mm，設備總重9000t。其缺點是下橫梁除液壓缸產生的力外，還要計入主體結構自重產生的力，優(yōu)點是降低設備地面高度從而降低廠房高度。

前蘇聯克拉馬托爾斯克重機廠設計的750MN模鍛液壓機相比美國列維公司設計的450MN模鍛液壓機最大的優(yōu)點就是將鑄造結構的小梁也改為疊板。其主體結構由四組框架組成，框架的立柱部分有六塊厚200mm的鋼板組成，框架的橫梁由七塊厚180mm的鋼板組成，他們之間用直徑100mm的螺栓緊固在一起，同時為使大面積活動橫梁均勻承載，12個液壓缸均布于四個框架上[10，15，16]。單缸噸位為6250t，最高液體壓力為 32MPa，工作臺尺寸16000mm×3500mm，設備總重26000t。

前蘇聯的750MN模鍛液壓機在設計過程中充分考慮了結構對模鍛件精度的影響，所以本體結構的所有零部件均提高了剛度，以防止?jié)M載時活動橫梁撓度過大以及偏載時活動橫梁的傾斜。其中厚鋼板的總重量為本體結構總重的65%，鑄造零件的比例進一步降低（不超過總重的7%），大大提高了整體構件的抗彎剛度。滿載時，其縱向剛度和橫向剛度大致相同，相對撓度值分別為每米0.34mm和每米0.28mm，與梅斯塔的450MN模鍛液壓機的每米0.6mm相比明顯降低[13]。

2.3 粗-細螺栓預緊結構

無論是美國的450MN模鍛液壓機，還是前蘇聯的750MN模鍛液壓機，均屬于非預應力結構。不管形式如何改變，上下梁總要承受巨大的彎矩，立柱承受巨大的拉彎聯合作用，與此同時，用螺栓緊固疊板框架，大量的應力集中在所難免。上述液壓機的承載機架為一整體框架，如果沿中央垂直對稱面剖分，形成兩個對稱C型，再用水平的預緊螺栓，在上下端將兩個C型框架預緊成一個整體，即構成所謂C型框架結構。C型框架結構是一種以粗螺栓為預緊件的預應力結構，它部分地克服了非預應力結構在上下橫梁的彎曲應力。

前蘇聯克拉馬托爾斯克重機廠為法國設計的650MN模鍛液壓機采用了這種結構。機架由前后左右四組C型框架組成，中間夾十字形梁，用拉桿在上下兩端水平預緊組成整體框架?？蚣艿纳舷铝河兴椒较虻念A緊，可部分消除梁上的彎曲應力，而在壓機的主承載方向（垂直方向）沒有預緊力保護，工作載荷完全由立柱承受，立柱無預緊保護，受拉應力作用[10，15]。該模鍛液壓機為四柱五缸結構，中央缸噸位高于四周缸，為1.5萬噸，其余四個缸為1.25萬噸，最高液體壓力 63MPa，工作臺尺寸 6000 mm× 3500mm，總重為13000t。由于提高了工作壓力，液壓缸數量減少，結構緊湊，臺面尺寸大大降低，總重也下降。2013年在我國四川德陽投入生產的世界最大噸位的8萬噸模鍛液壓機的本體結構與650MN基本一致，均為C型組合框架和五缸結構，只是每個液壓缸的噸位提升。因而與36年前的法國的650MN模鍛液壓機相比，各方面性能指標都有進一步提高[17]。

德國西馬克公司和德國SPS公司于2006年為法國制造安裝一臺400MN模鍛液壓機，其承載機架由4根巨大的粗螺栓預緊而成，同樣屬于粗螺栓預緊結構。但是其承載機架不再是厚鋼板整體框架或者C型框架，而是采用了剖分－組合結構，子件間不通過焊接形成冶金結合的方式，而是由直徑很大的粗螺栓將子件預緊而形成的具有重型承載能力的組合件[9]。但是組合件截面間壓應力場強度不足以阻止界面相互錯動，所以必須在剪切界面上增設鍵、銷、塊、臺等抗剪切結構。

大直徑粗螺栓受成形工藝限制，其許用應力通常只在100MPa～150MPa之間。為了提高預緊強度，提高螺栓的許用應力就顯得尤為關鍵，工程界通常就通過多根直徑較小的細螺栓來代替粗螺栓的方法，因為同種材料，細螺栓的許用應力通?？梢赃_到300MPa～350MPa，大大提高了預緊效果。

2.4 鋼絲纏繞預應力剖分-坎合結構

通過上論分析可知，對于重型鍛壓設備，傳統(tǒng)的鑄造形式本體結構已遠遠不能滿足鍛件精度、結構剛度及設備穩(wěn)定性要求；而厚鋼板組合框架結構由于沒有預緊力的存在，其橫梁仍舊受彎矩作用，立柱受拉彎聯合作用；粗-細螺栓預緊結構雖然解決了預應力的問題，但是局部應力集中不可避免；而剖分-組合結構雖然降低了每個組合件的成形難度，但是組合件間通過鍵合、銷合等結構也不能提供更大的局部摩擦而使組合件不產生錯位移動，且鍵合部位本身就是應力集中區(qū)域。

如果螺栓的許用應力更高一些，預應力結構的力學特性將會大大提高；如果組合件之間由庫倫摩擦狀態(tài)轉變?yōu)榻佑|面多峰結構，則形成一個非線性不可逆的彈塑性接觸狀態(tài)。清華大學提出鋼絲纏繞預應力剖分－坎合結構就是能解決以上矛盾的最好方法[7，18]。高強度細鋼絲纏繞預緊效果要遠遠強于螺栓，且不會有應力集中存在，而剖分-坎合結構替代剖分-組合結構也能使組合件具備更強的承剪能力。2009年7月，我國首臺預應力鋼絲纏繞剖分-坎合液壓機——360MN垂直擠壓機在北方重工集團熱試成功，該液壓機僅對拱梁部分進行了剖分-坎合，分為3個子件，子件之間采用滾花處理形成坎合的多峰結構。而立柱則采用分段鑄造，然后焊接為一個整體。

2011年7月，我國第一臺采用自主知識產權“智能纏繞-坎合技術”制造的300MN單缸模鍛液壓機在昆山建成。不但本體結構采用鋼絲纏繞預緊結構，同時該設備通過預緊纏繞、剖分-坎合技術得到直徑2060mm、高3.5m的超大液壓缸，最大液體壓力達90MPa，在超高壓預緊力作用下的液壓缸通過了45分鐘的保壓實驗。德國奧拓?？怂构驹圃?00MN單缸多向模鍛液壓機，最大工作壓力為50MPa；美國韋伯公司曾制造350MN單缸模鍛液壓機，最大工作壓力為62MPa。以上兩臺液壓機為世界上單缸模鍛液壓機的經典代表，但昆山300MN單缸模鍛液壓機將最大工作壓力提升到一個新的高度，這都是鋼絲纏繞技術帶來的巨大優(yōu)勢。

2012年3月，在西安閻良試制成功的400MN單缸模鍛液壓機，如圖5c所示，參考了360MN垂直擠壓機的拱梁剖分+整體立柱的成功設計方案，進一步提出了拱梁+立柱全剖分的設計方案，拱梁和立柱均采用中空結構，不但質量輕，剛度也較好，整個機架由20個子分塊構成。該設備的設計已經達到國際先進水平，即使在較大偏載的情況下，仍可以保證零件的成形精度，為實現精密模鍛提供了保證。400MN模鍛液壓機的制造和試制成功是鋼絲纏繞預緊技術和坎合全剖分技術得以成功應用的重要體現。

2.5 缸梁一體式結構

王仲仁教授基于多年無模液壓脹球的經驗認為，相同輪廓尺寸下，球體的承載能力是筒體的2倍，如果將液壓缸從筒形創(chuàng)造性的改為半球形，那么同樣噸位下，半球形液壓缸的壁厚將大大降低，相應的本體結構的設計尺寸都會相應降低，液壓機總體質量也將大大降低。傳統(tǒng)的液壓機由于上橫梁與液壓缸分別加工為兩個，從強度上不如“合二為一”更合理、更節(jié)省材料。如果說100多年以前受機械加工能力的限制，液壓缸與橫梁分別加工再組裝是合理的，如今制造能力有長足的進步，完全有可能采取缸梁一體式結構，如圖6所示[19，20]。

相對于傳統(tǒng)液壓機，它具備如下特點：①液壓缸兼作上梁，它的法蘭直接與機身相連，液壓缸內的柱塞下部仍與活動橫梁相連[21，22]；②半球形液壓缸是缸梁一體式液壓機最具特色的關鍵部件，考慮到其內柱塞往復運動，所以半球缸內設有圓筒形導向套，它與半球殼連成一體，并設有專門的液體通道使筒內外受相等的液體壓力，不同于傳統(tǒng)圓筒形液壓缸內壁受很高的液體壓力，因而筒壁可以設計得較薄，液壓缸的承力部件主要為半球殼，其承載能力遠遠高于圓筒形液壓缸[23]；③缸梁一體式液壓機相比同一外輪廓的液壓機能提供更高的公稱壓力，活塞作用面積可大幅度增加[24]；④半球形液壓缸兼做上橫梁，使橫梁得到加固且過渡平緩，通過優(yōu)化設計，可以使應力變化平緩[25，26]；⑤由于梁截面質心的提高，大大增加了梁的截面抗彎模量，相對于傳統(tǒng)結構，避免了通過增加上橫梁厚度或增加筋板的高度而帶來的整體質量增加[27]。

圖6 缸梁一體式液壓機示意圖[19，20]

圖7 6300kN缸梁一體式液壓機及半球形液壓缸

缸梁一體式液壓機的基本特點是缸與梁合二為一，徹底改變了液壓機橫梁的結構域受力狀態(tài)，應力分布均勻，因而可以降低液壓機的重量與制造成本，消除了傳統(tǒng)缸梁組合液壓機液壓缸的局部應力集中及缸梁傳力面局部接觸高應力缺陷。它符合結構整體化及受力均勻化的技術發(fā)展大趨勢，是液壓機結構的原始性重大創(chuàng)新，為液壓機的設計制造提供了新思路和技術儲備。從先易后難角度看，缸梁一體式液壓機宜首先應用于單液壓缸、壓力較大但工作臺面相對緊湊的模鍛液壓機，除此之外也適合如內高壓成形機、護環(huán)脹形液壓機以及粉末冶金液壓機等，積累經驗后再逐步推廣。目前已開發(fā)出6300kN缸梁一體式液壓機樣機，其液壓缸最初形狀為半球形，如圖7所示。未來將面向長行程、大臺面、變曲率結構、多缸結構以及整體機架全預緊結構等工業(yè)生產廣泛需求的方向發(fā)展。

3 結束語

重型鍛壓設備的發(fā)展與創(chuàng)新是從最初的梁柱結構向厚鋼板組合結構發(fā)展、從梁柱分離結構向梁柱融合的C型框架結構和組合框架發(fā)展、從框架結構轉變成螺栓預應力剖分－組合結構、再發(fā)展到鋼絲纏繞預應力剖分－坎合結構、從多液壓缸結構向超高壓液壓缸結構、少液壓缸結構、甚至向鋼絲纏繞預緊單缸結構發(fā)展。缸梁一體式結構的提出，也是液壓機本體結構上的一個重大創(chuàng)新。

近年來，我國自主研發(fā)的自由鍛造液壓機無論是數量還是公稱力均居世界首位，模鍛液壓機也在逐漸向世界先進水平邁進。但是中國只是鍛造液壓機大國，還不是鍛造液壓機強國，因此鍛造液壓機的創(chuàng)新與發(fā)展將是永恒的課題。

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The development and innovation of body structure in heavy forging equipment

ZHANG Weiwei1,WANG Xiaosong1,2,WANG Zhongren1,2
（1.School of Material Science and Technology,HIT,Harbin150090,Heilongjiang China；2.National Key Laboratory for Metal Precision Hot forming,HIT,Harbin150090,Heilongjiang China)

By reviewing the development history of heavy forging equipment both at home and abroad,the development and innovation of bearing structure in heavy forging equipment have been mainly discussed in the text.As it is a close forcing system when the hydraulic press is working,the body which is the important bearing member suffers high and complex loading.It is hard to manufacture since the quality of body is big.The body structure of heavy forging equipment has been changed from initial beam-column structure to thick steel composite frame structure then to rough bolts pre-stressed structure as well as the bolt prestressed and steel wire wound pre-stressed sectional combination structure.The steel wire wound prestressed bumpy ridge joining structure has been recently adopted widely.The body structure design of heavy forging equipment in different period has been not only imposed by the manufacturing capacity of different periods,but also represented the innovative features of the different periods.Finally,the cylinder-crownintegrated hydraulic press has been put forward as an innovative structure,which provides reference for the manufacture of heavy equipment

Heavy forging equipment；Body structure;Cylinder-crown integrated structure

TG394；TG315.4

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.002

1672-0121（2016）02-0012-07

2015－09－17；

2015－11－03

高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專項資助項目（2011ZX04001-011）

張偉瑋（1985-），男，博士研究生。E-mail：zhangweiwei0509 103@163.com

王小松（1977-），男，博士，副教授，主要從事塑性加工工藝及鍛壓裝備研究。E-mail：hitxswang@hit.edu.cn