郭 璞，韋朝強，李兆凱，杜真一，魏太春，史海博，陳 波

（西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司，陜西西安 710000）

0 引言

操作機的主要運動形式包括鉗桿平升降、左右移、左右擺、上下傾、左右旋和大車前進(jìn)、后退等，通過操作機與快鍛機的聯(lián)動控制可大幅度提高鍛造生產(chǎn)效率。操作機在工作過程中，鍛坯在外力的作用下沿豎直方向運動至下砧，在快鍛機與下砧的共同作用下達(dá)到對鍛坯控性、控性的目的。操作機的性能直接影響著鍛件延展過程中，獲得的材料質(zhì)量。鍛造工藝的改變與新開發(fā)，對操作機使用性能和維修效率提出更高要求，如何在勞動強度不大的前提下，維修耗時最短，讓設(shè)備迅速恢復(fù)生產(chǎn)，一直是鍛造人研究的主要方向。

楊文玉等人針對操作機順應(yīng)性能評價與優(yōu)化方法進(jìn)行研究，應(yīng)用Matlab 計算函數(shù)曲面，給出了一種有效的操作機本體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計性能優(yōu)化和評價方法[1]。周斌等人設(shè)計了鍛造操作機大車行走電液比例控制系統(tǒng)，利用AMESim 軟件建立了大車行走液壓控制系統(tǒng)的物理仿真模型[2]。郭加寧等人針對20 MN 鍛造操作機大車行走液壓控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，利用AMESim 軟件建立操作機大車行走液壓控制系統(tǒng)的仿真模型，分析了空載和額定負(fù)載工況下操作機大車行走系統(tǒng)的動態(tài)特性[3]。李現(xiàn)友等人提出具有節(jié)能特點的優(yōu)化液壓系統(tǒng)改造方案[4]。

1 舊設(shè)備的不足

某廠30 t 操作機投用已近10 年，優(yōu)化前的行走和旋轉(zhuǎn)電機泵組布置如圖1 所示。操作機行走及旋轉(zhuǎn)電機泵組位于油箱下方，這種電機泵組存在不足。

（1）散熱效果差。由于2 電機泵組布置相對集中，在工作過程中置于密閉空間中，空氣流動性差，電機和液壓泵熱量無法正常散出，導(dǎo)致液壓油溫升過快，液壓元件密封損壞失效，動作異常，特別是夏季，經(jīng)常需要停機等待油溫冷卻至工作區(qū)間。

（2）維修停機耗時長?？臻g受限，由于2 電機泵組體積較大，行走驅(qū)動裝置維修操作空間不足，造成拆卸和安裝操作困難；位置受限，天車等設(shè)備無法直接使用，需要加工專用杠桿，增設(shè)配重，方可進(jìn)行，存在安全風(fēng)險。

（3）故障點排查困難。在2 電機泵組周圍狹小空間內(nèi)分布有許多控制、供液、高、低壓油路，還有行走閥塊和電纜橋架等，人員通行受限，不利于日常巡檢過程中故障點的及時發(fā)現(xiàn)。

2 布置優(yōu)化方案

充分借鑒目前主流的操作機電液系統(tǒng)—電機泵組布置方式，在保證設(shè)備性能和功能的前提下，提出了一種布置優(yōu)化方案并加以實施，旨在解決30 t 操作機電機泵組在布置方面的不足，設(shè)計匯流閥塊，優(yōu)化行走閥塊布置，確保兩側(cè)行走馬達(dá)動作的同步性。

新方案是在操作機末端設(shè)計一平臺，將2 電機泵組移出并安裝于平臺上，通過連接板與操作機墻板和地板焊接，平臺的寬度和長度都進(jìn)行仔細(xì)計算，避免影響拖鏈和圍欄，三維模型如圖2 所示。

圖1 優(yōu)化前布置

3 有限元仿真

為了保證平臺強度，針對方案進(jìn)行了多次結(jié)構(gòu)優(yōu)化和有限元仿真，考慮到現(xiàn)場工況，特設(shè)置了動載荷系數(shù)。應(yīng)力和位移分布如圖3 所示。

由圖3 應(yīng)力分布可看出最大應(yīng)力出現(xiàn)在連接處：66.35 MPa 材料為Q235B，安全系數(shù)約為3.5 倍，滿足強度要求。最大位移出現(xiàn)在最末端，考慮到懸臂結(jié)構(gòu)的特點，與墻板連接質(zhì)量直接決定方案的實施效果。

圖2 優(yōu)化后電機泵組布置

4 安裝與使用

由于整個平臺是焊接在操作機末端，為了保證焊接質(zhì)量，關(guān)鍵連接部位現(xiàn)場拼焊，消除誤差間隙，確保連接可靠。待平臺安裝完成后，組裝電機泵組、定位閥塊、配置液壓管路、連接線纜、安裝圍欄等，實際裝配如圖4 所示。

圖3 應(yīng)力與位移分布

優(yōu)化過后，行走、旋轉(zhuǎn)兩電機泵組散熱不良也得到了極大改善，更換耗時減少一半；維修更換過程中，天車等設(shè)備可以直接使用，不再受到位置限制，提升了維修效率，減少人員操作難度和勞動強度，停機耗時也大大縮短。

5 結(jié)束語

本優(yōu)化方案的順利實施，形成了此類操作機電液系統(tǒng)布置優(yōu)化改造全流程體系，為以后相近設(shè)備優(yōu)化升級改造提供基礎(chǔ)和可借鑒案例。

圖4 優(yōu)化后安裝