我國重型裝備自主設(shè)計創(chuàng)新工程800 MN液壓機的設(shè)計情況

楊固川

(中國第二重型機械集團公司設(shè)計研究院，四川610052)

?

我國重型裝備自主設(shè)計創(chuàng)新工程800 MN液壓機的設(shè)計情況

楊固川

(中國第二重型機械集團公司設(shè)計研究院，四川610052)

隨著我國經(jīng)濟發(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)展大型飛機確定為16項重大科技專項，將800 MN大型模鍛液壓機作為大飛機研發(fā)項目的配套工程啟動實施。2007年11月，國家發(fā)展和改革委員會根據(jù)中國工程院咨詢項目組《發(fā)展我國大型鍛壓裝備研究》咨詢報告[1]，批復同意中國二重建設(shè)800 MN大型模鍛液壓機。2007年12月，二重正式開展800 MN大型模鍛壓機工程建設(shè)工作。本文主要介紹了800 MN壓機的設(shè)計情況。

1800 MN壓機設(shè)計的總體要求及難點

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

大型模鍛壓機的設(shè)計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)性和重復一致性等。同時與極限設(shè)計制造過程中的鑄造、鍛造、焊接、材料、熱處理、機械加工、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、電氣控制技術(shù)等多工序緊密協(xié)作。全面分析研究設(shè)計方案實施的可行性、可靠性、先進性、經(jīng)濟性、以及機械本體遵循“無限壽命”的設(shè)計原則。

800 MN液壓機最大設(shè)計難點是：必須保證設(shè)計一次成功，它不同于常規(guī)重型裝備要經(jīng)過實體設(shè)備設(shè)計、制造、運行、驗證、改進、提高再到成熟的過程，就必須一次達到設(shè)計使用要求，否則會給國家造成巨大的經(jīng)濟損失及不良影響。800 MN壓機機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，只是壓機拆卸和重新安裝的時間就需要約12個月，費用上億元，這還不包括停產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。800 MN壓機設(shè)計團隊針對800 MN壓機設(shè)計的重點和難點，認真分析總結(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，達到了提高800 MN壓機設(shè)計質(zhì)量的目的。雖然我國對引進的重大技術(shù)裝備進行了消化、吸收、研究，也自主設(shè)計制造了一些設(shè)備，例如冶金行業(yè)大型板帶鋼軋機等，但是國產(chǎn)設(shè)備在運行中的穩(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)計制造技術(shù)；二是對設(shè)備設(shè)計、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壓機在設(shè)計上與國外技術(shù)交流情況

為了充分了解國外650 MN、750 MN大型模鍛液壓機(水壓機)設(shè)計、制造、運行經(jīng)驗，避免出現(xiàn)國外大型模鍛液壓機運行過程中出現(xiàn)的問題，達到改進提高我國大型模鍛液壓機技術(shù)的目的，中國二重設(shè)計團隊一方面查閱了大量文獻資料，另一方面主動聯(lián)系國外有關(guān)公司尋求技術(shù)交流合作機會。但是外商提出的合作條件很苛刻，而且還對我國進行技術(shù)封鎖，不提供核心技術(shù)。例如，壓機機架C形板需要采購大尺寸、特殊鋼、寬厚板進行焊接制造[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800 MN壓機的核心設(shè)計制造技術(shù)是行不通的。只有自主設(shè)計制造800 MN壓機。

國外650 MN壓機使用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)部分進行過兩次改造；機械本體的主缸有一件出現(xiàn)過焊縫裂紋，進行了整體更換，水平穿孔部分未安裝，產(chǎn)品生產(chǎn)任務比較飽滿(國際民用和軍用飛機生產(chǎn)需求大)。工廠每年對液壓缸密封進行輪流更換，機械本體部分均未做大的修理，使用情況良好。650 MN壓機以當時的設(shè)計制造技術(shù)條件能夠達到現(xiàn)在的使用狀態(tài)，說明壓機總體結(jié)構(gòu)是可靠的。根據(jù)我國現(xiàn)在的設(shè)計制造技術(shù)條件，特別是焊接技術(shù)進步，800 MN壓機技術(shù)有能力克服650 MN壓機出現(xiàn)或沒有出現(xiàn)的問題，并超過650 MN壓機，生產(chǎn)模鍛件的工藝水平達到國際先進水平。

3800 MN壓機在設(shè)計上與國內(nèi)技術(shù)合作情況

以中國工程院咨詢報告要求：“在設(shè)計和制造上應盡可能做到研制隊伍體現(xiàn)國家隊水平，提倡產(chǎn)、學、研、用相結(jié)合，以確保設(shè)備的先進性、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)計總指導方針，中國二重800 MN大型模鍛液壓機建設(shè)項目被列入了“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項：“800 MN大型模鍛液壓機設(shè)計制造及應用關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”課題。得到中國重型機械研究院、中南大學、燕山大學、機械科學研究總院、重慶大學等10多個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壓機的分析計算、優(yōu)化設(shè)計、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、詳細設(shè)計等設(shè)計審查和技術(shù)質(zhì)詢，壓機測試方案制定，壓機液壓和控制系統(tǒng)方案評審等。

4800 MN壓機設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新點和取得的成果

大型C形板框結(jié)構(gòu)、拉桿預緊組合機架(壓機外形尺寸：長32 m×寬16 m×高40 m，重量約20 000 t)的上下、前后、左右的立體預緊力耦合關(guān)系研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(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、工作液體壓力選擇設(shè)計技術(shù)；

大型組合活動梁、固定梁整體組合拉桿預緊結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)；

對大型活動梁組件(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)控與應急保護等[4]；

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

設(shè)計團隊獲得專利18項(其中發(fā)明專利7項)，中國二重獲得專利7項(其中發(fā)明專利3項)；

設(shè)計團隊在國內(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)項目提供了急需產(chǎn)品，替代了進口產(chǎn)品，實現(xiàn)了模鍛件性能和質(zhì)量提高，重量和成本降低的目標。

800 MN壓機主要技術(shù)指標見表1。

5結(jié)論

從2007年12月中國二重800 MN大型模鍛壓機項目建設(shè)正式啟動，2012年4月800 MN壓機熱調(diào)試，到2013年4月舉行800 MN大型模鍛壓機試生產(chǎn)暨產(chǎn)品推介會，歷時五年完成設(shè)計、制造、安裝和調(diào)試，壓機經(jīng)過測試驗證(最大壓制力達到950 MN)[7]，主要技術(shù)指標達到中國工程院咨詢報告技術(shù)要求。800 MN大型模鍛液壓機成功投產(chǎn)實現(xiàn)了國內(nèi)自主設(shè)計生產(chǎn)大型模鍛壓機的零的突破，成為我國重型裝備自主設(shè)計創(chuàng)新的標志性工程，也使我國重型裝備自主設(shè)計制造技術(shù)和大型航空模鍛件生產(chǎn)能力達到國際先進水平。

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

參考文獻

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

[2]楊固川，等.大型模鍛液壓機機架C形板設(shè)計研究.鍛壓技術(shù)，2012(2)：89-93.

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

[4]楊固川，等.大型模鍛壓機工作壓力選擇及工作缸布置分析研究.鍛壓技術(shù)，2011-06，36(3)：77-79.

[5]俞新陸.液壓機的設(shè)計與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[6]中國機械工程學會塑性工程學會.鍛壓手冊：第3卷[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[7]張華，等.800 MN大型模鍛油壓機測試技術(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)計的800 MN大型模鍛液壓機設(shè)計的總體要求及難點、與國內(nèi)外技術(shù)交流合作情況、技術(shù)創(chuàng)新點和取得的成果，以及壓機達到的主要技術(shù)指標。

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

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

基金項目：“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項“800 MN大型模鍛液壓機設(shè)計制造及應用關(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

文獻標志碼：A