楊超華 張奕

關(guān)鍵詞：液壓機(jī);液壓系統(tǒng);節(jié)能;改造;泵站

0引言

大型液壓機(jī)是大型鍛件所需的重要鍛造設(shè)備，我國在大型自由鍛造液壓機(jī)技術(shù)方面起步較晚，制約了我國在冶金、化工、電力、船舶、航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展。近年來，鍛件生產(chǎn)企業(yè)逐漸將其工作目標(biāo)轉(zhuǎn)向大型液壓機(jī)，國內(nèi)形成了一輪建設(shè)大型自由鍛件和模鍛件項目的大潮，筆者參與了十幾臺大型液壓機(jī)項目的設(shè)計和改造，對泵站的總體布置、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、液壓系統(tǒng)改造等方面有較深入的了解，現(xiàn)就其中一套2000t大型壓力機(jī)泵站的改進(jìn)方案進(jìn)行論述，供業(yè)內(nèi)同行參考。

該液壓機(jī)泵站是借鑒國外技術(shù)，在國內(nèi)進(jìn)行改造設(shè)計的，在加工制造過程中，受到制造成本、加工能力等因素的影響，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)并不完善，其不良表現(xiàn)主要有：動力源效率低下，能耗損失大，液壓油溫升比較明顯，工作時振動、噪聲特別大，設(shè)備故障率較高等。

1液壓泵站存在的問題及原因分析

（1）動力源與負(fù)載特性不匹配、系統(tǒng)能耗損失大、油溫高。該泵站采用斜軸式柱塞泵向系統(tǒng)供油，如圖1所示。定量泵供油方案雖然結(jié)構(gòu)簡單，前期采購成本低，但后期使用過程中缺點(diǎn)也很明顯：一是要保持恒壓供油的狀態(tài)，系統(tǒng)必然要設(shè)置溢流閥溢流，造成溢流功率損耗，特別是在低速執(zhí)行階段尤其明顯;二是柱塞泵供油存在一定的流量脈動和壓力脈動，如果管路中不安裝蓄能器，比例閥的供油壓力脈動將進(jìn)一步影響到閉環(huán)同步控制的精度。

為滿足快節(jié)奏生產(chǎn)工序的要求，系統(tǒng)所使用的定量泵排量較大，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他工序的需要，造成了動力源能量供給與負(fù)載階段性不相匹配的情況。當(dāng)設(shè)備處于輕載狀態(tài)時，能量將供過于求，產(chǎn)生壓力過剩和流量過剩，造成了不必要的流量損失和泵本身的高成本。所以要提高液壓系統(tǒng)的傳動效率就要想辦法使其輸入輸出設(shè)備進(jìn)行動態(tài)匹配，盡可能地避免或減小流量和壓力損失。

（2）運(yùn)行不穩(wěn)定，聯(lián)軸器易斷軸，工作時噪聲大。原液壓機(jī)泵站電機(jī)組是直接固定在機(jī)座上的，這使液壓泵主軸與電機(jī)主軸難以達(dá)到較高的同軸度要求，增加了設(shè)備運(yùn)行時的不穩(wěn)定因素，極易造成聯(lián)軸器、梅花墊損壞甚至出現(xiàn)油泵斷軸的情況;另外電機(jī)與底座之問沒有設(shè)置振動緩沖裝置，造成設(shè)備運(yùn)行時噪聲大，工作環(huán)境差。

2采取的改進(jìn)措施

通過觀察液壓機(jī)泵站的工作狀況，決定采用恒壓變量泵代替原來的定量泵。恒壓變量泵的流量與泵轉(zhuǎn)速、排量成正比，通過調(diào)節(jié)斜盤位置來改變流量。改造后的油泵帶有恒壓控制，如圖2所示，在恒壓控制機(jī)構(gòu)作用下，液壓系統(tǒng)中的壓力保持恒定，泵僅供給執(zhí)行元件所需的油量。當(dāng)恒壓變量泵的壓力達(dá)到調(diào)壓閥設(shè)定壓力時，伺服缸驅(qū)動聯(lián)桿推動油泵斜盤，減小油泵排量，達(dá)到節(jié)能目的;當(dāng)油路壓力降低時，油泵斜盤改變角度，增大排量。

不論設(shè)備處于快進(jìn)、工進(jìn)，還是處于待機(jī)狀態(tài)，恒壓變量泵相對于定量泵都沒有多余的流量從溢流閥溢流，這樣不僅減少了流量損失，還避免了溢流產(chǎn)生的液壓油溫升問題，與定量泵相比，其消除了溢流閥功率損失，有明顯的節(jié)能效果。大型液壓泵站改進(jìn)之后，效果更明顯，投入產(chǎn)出比更優(yōu)，下面以型號YW32-2000T液壓機(jī)為例來介紹其系統(tǒng)改造實(shí)施過程。

2.1泵源的選型與計算

在選擇液壓泵時應(yīng)綜合考慮液壓泵的成本、效率及其他各項性能，本次泵站改造從工作參數(shù)、效率、使用壽命等幾個角度綜合考慮仍然沿用軸向柱塞泵。該類型的液壓泵常用壓力介于20-40MPa，一般排量為10～1000 mL/r，驅(qū)動功率可達(dá)500kW以上，總效率可達(dá)到90%以上，壽命可達(dá)3×10h左右。

首先確定液壓泵的最大工作壓力?？紤]到原設(shè)備生產(chǎn)能力基本滿足生產(chǎn)需要，為了簡化過程，降低原設(shè)備的改造難度，節(jié)約成本，本次改造維持原有的生產(chǎn)能力不變。

然后確定液壓泵的流量Q。壓力機(jī)由兩組活塞油缸進(jìn)行驅(qū)動，由兩臺電機(jī)分別獨(dú)立驅(qū)動，已知缸徑，J=660mm、活塞桿直徑d=600mm?；钊谉o桿腔作用面積：

2.2蓄能器的選型與計算

系統(tǒng)閉環(huán)控制的穩(wěn)定性和精度受到恒壓油源品質(zhì)的影響，為了改善恒壓油源品質(zhì)，在插裝式方向閥后面加裝一個蓄能器，用來吸收液壓泵的脈動壓力、減小沖擊現(xiàn)象。

考慮蓄能器一定的容積余量，并參照蓄能器的規(guī)格參數(shù)，選擇公稱容積為3L的蓄能器，并與主管路相連。

2.3油泵電機(jī)組輔件選型及改造

考慮到之前的主泵站工作時振動、噪聲太大，決定對油泵電機(jī)組輔件進(jìn)行改造，主要包括加裝電機(jī)緩沖底座、鐘形罩等。

電機(jī)底座改造如圖3所示。

電機(jī)機(jī)座與液壓站基礎(chǔ)平臺之問安裝了橡膠減震器，有效減少了電機(jī)組運(yùn)行時產(chǎn)生的噪聲，同時延長了機(jī)械設(shè)備的使用壽命。橡膠減震器以特種橡膠作為吸震介質(zhì)，具有較高的強(qiáng)度，經(jīng)實(shí)際使用，效果良好。

油泵與電機(jī)軸的同軸度很大程度上影響到設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性，油泵原有的底座聯(lián)接方式難以保證同軸度，且裝調(diào)過程中費(fèi)時費(fèi)力，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特性，通過鐘形罩將油泵固定在電機(jī)軸端面上，選用的鐘形罩如圖4所示。安裝后油泵軸與電機(jī)軸能夠自動對中同時又有較高的強(qiáng)度，保證了設(shè)備平穩(wěn)和可靠運(yùn)行。

改造后，主泵排量由原來的125mL/r降到100mL/r，電機(jī)驅(qū)動功率由原來的100kW降到70kW，在不降低生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的情況下，使設(shè)備的供油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。改造后的液壓泵站如圖5所示。

3結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際安裝調(diào)試，能夠滿足生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏。改進(jìn)后的液壓機(jī)泵站基本解決了原設(shè)備能耗高、震動明顯、噪聲大等問題，為鍛壓企業(yè)改善了車間噪聲環(huán)境、減少了能源消耗、節(jié)約了電費(fèi)開支、降低了部分部件更換周期、帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）液壓系統(tǒng)泵站無異常噪聲或震動、輸出的壓力穩(wěn)定，與改造前相比，由于使用了橡膠減震器和鐘形罩，泵站工作時的噪聲明顯下降。經(jīng)實(shí)際測定，噪聲由原來100dB降至80dB左右，大大改善了工人們工作時的噪聲環(huán)境。

（2）由于電機(jī)組振動減弱、穩(wěn)定性增加，電機(jī)組與基座之間以及各部件之間的固定螺栓因震動而松動的現(xiàn)象大為減弱。聯(lián)軸器、梅花墊損壞甚至油泵斷軸的問題大為緩解，延長了其使用壽命。

（3）改造后的液壓泵站由于沒有溢流功率損失，在保持原有生產(chǎn)能力不變的前提下，液壓泵站生產(chǎn)過程中油箱中油液溫度由原來的60℃降至50℃，較改造之前下降了10℃左右。改善了油液工作環(huán)境，降低了能耗，也降低了對油箱冷卻裝置的要求。

（4）改造后的泵站由于采用了恒壓變量泵，增加了蓄能器，主泵排量和驅(qū)動電機(jī)功率大為降低，在滿足生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏的情況下，使設(shè)備的供油系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了較大幅度的節(jié)能。由于設(shè)備屬于大型設(shè)備，改造后，單臺設(shè)備一年節(jié)約的電費(fèi)近5萬元。