单利剑1 周财丽2 刘楠3
北方华安工业集团有限公司 黑龙江齐齐哈尔161046
摘要：由于过去液压缸的密封技术和油控元件发展落后，往往采用老式水泵蓄势站传动。水泵蓄势站传动系统经多年的发展及革新，虽然取得了一定的进步，但仍以手动操作为主，设备的精度难以保证，存在操作方式落后、设备能耗高、产品尺寸精度难以控制、产品成品率低、设备故障率高、系统泄漏严重等问题。基于此，本文详细分析了水压机改油压机的关键技术。
关键词：水压机；油压机；关键技术
水压机控制精度差，存在诸多问题。对老旧水压机主机、液压及控制系统进行现代化改造升级，将水压机改造成油压机，全面提高压机性能，提高生产效率，降低维修成本及能耗，已成为许多水压机使用厂家的迫切需求。
一、老旧水压机存在的问题
我国目前仍有大量在用水压机。水压机由泵蓄能器传动，泵站配有蓄能器，用于储存高压工作液，泵输出的高压液体储存在蓄能器中，当液压机工作需大量高压液体时，由泵和蓄能器共同供给。然而，水压机改油压机涉及到许多情况，如新的设计制造件、利旧修复件、现场修复件、新工艺、新技术的应用等。老厂房设备基础设计复杂，施工难度大，老旧设备改造需停产一段时间，对生产有一定影响，因此，设备厂家往往无足够的信心及精力进行设备改造。大型大压机系统改造，大多在原水系统中增加一套油压液压伺服控制系统，控制水系统的主分配器即水控油，提高压机的自动化程度和产品尺寸精度，但油泵直接传动油压机的效果无法达到。
1、控制精度差。老旧水压机中使用的泵蓄能器传动是近似恒压传动，压机工作速度与锻件变形抗力有关，而与泵的供液量无关。由于锻件在加压中变形阻力不断变化，且速度也随阻力的变化而波动，致使速度控制精度差，锻件尺寸难以精确控制。
2、能效低，能耗高。水压机的驱动力来自蓄能器的近似恒压液体，其能量消耗与压机的工作行程成正比，而与工件的变形阻力无关。也就是说，在变形抗力小的情况下，压机无需太大的压力，但水系统仍以高压状态向压机供液，造成了巨大的能量浪费。
3、锈蚀严重，泄漏严重，维修费用高。水压机的传动介质主要是水，由于其理化特性，不可避免地存在一些难以解决的问题，如易引起材料的化学和电化学腐蚀，对设备本体、管道、阀门锈蚀严重；润滑不良导致干摩擦，致使严重的粘着磨损、颗粒磨损和腐蚀磨损；易产生冲击，严重的水、汽蚀，引起强烈的振动及噪音，频繁的密封击穿与泄漏、压力传感器损坏和管路连接松动等故障。一些阀门、法兰、液压缸等往往因锈蚀、水蚀，造成大量内漏损失，甚至大量外漏。这些问题导致水压机的维护越来越频繁，维修工作量大，成本高。
4、控制方式落后，工作效率低。水压机用水泵蓄能站的传动方式已有多年历史，但其操作系统仍以手动操作为主，生产效率较低。水压机连续工作会导致蓄能器储水压力不足，必须等到蓄能器再次充满压力后，压机才能继续工作，且水压系统启动与向蓄能器充入压缩空气需更多时间，而且水压机的频繁维护对生产影响较大。
二、水压机改油压机的关键技术
1、主机修复和精度恢复的关键技术。油压系统对主机的精度和密封性有较高的要求，而老旧水压机主机经多年的使用及水系统的腐蚀，设备的主缸、柱塞等关键部位锈蚀严重，密封泄漏量大。采用多种技术手段对主机关键部位进行修复，使其与油压系统相适应。
1)大型铜套高精度加工技术。更换压机主缸导向铜套是恢复压机机械精度的重要环节，大型压机铜套具有直径大、壁薄、铜合金材料较软、加工时易变形等特点。
对于新制造的压机，为保证铜套最终内径的精度，铜套内径一般在铜套装入主缸缸体后加工，但改造工程通常是将铜套单独加工后安装在设备现场。对于大型薄壁铜套等关键铸铜件，加工时留有更多的夹持余量，防止夹持变形。在精加工中，当加工达到一定量时，暂停加工，松开夹持，释放铜件在此阶段加工中产生的应力，使零件的加工变形恢复到稳定状态，再进行加工。这样，多次松开夹持以释放应力，并采用多道次精加工方法，尽可能减少加工引起的变形。同时，在精加工中，降低加工速度，减少加工热量，尽量减少因温升材料软化引起的变形。实践表明，大铜套的变形得到有效控制，能保证其加工精度及尺寸稳定性。
2)大型柱塞表面修复技术。经多年的使用，主缸柱塞和缸体锈蚀磨损严重，需制造新的油缸来满足油压系统的使用要求。柱塞和缸体的关键零件，如柱塞表面及缸体密封面采用不锈钢堆焊，然后精加工进行修复，该方法恢复了零件的精度，实现了旧设备主缸及主柱塞的再利用，大幅节约了设备改造成本与周期。同时，堆焊在柱塞表面的不锈钢材料比原柱塞母材具有更高的材料硬度，大幅提高了修复后柱塞的耐磨性，极大地提高了设备的使用寿命。
3)现场除锈修复技术。老旧水压机使用多年后，原水系统对设备锈蚀严重，许多重要的零件不能拆卸并返厂加工，因此需现场除锈与修复。化学酸洗用于垂直缸体等易充液零件的高效除锈，干冰除锈用于水平缸体等难充液部件。
4)现场补焊修复技术。在修复现场有一些重要的承力部件不能或难以拆换，经多年的使用，这些零件可能有裂纹等缺陷，现场修复对设备的安全非常重要。工程中，对不能拆卸的关键部位逐一进行现场探伤检查，对裂纹进行核算评估，并对其补焊修复。由于不可能采用回炉均匀加热，因此在现场补焊中加热及保温的均匀性非常重要，特别是针对筒形件设计了弧形加热保温工装，可在一定范围内实现补焊件的均匀加热保温，保证现场补焊修复质量及顺利进行。
2、高效高精度液压控制技术。根据不同压机与生产工艺要求，设计一种新的油泵直接传动阀控液压系统，包括油泵站、泵头阀站、执行阀站、先导控制系统、伺服控制系统、充液系统等。采用高频响的比例阀或伺服阀来提高响应速度及位置控制精度。通过闭环控制，实现大型压机的超低速高精度控制，满足产品极端制造工艺对压机速度控制要求，实现了等温模锻和有效摩擦挤压等工艺。
在100MN多向模锻压机改造中，采用独立的低速控制阀块实现压机的超低速锻造，阀块主要由进油阀及高频响比例阀组成，进油阀采用插装开关阀，旁路节流调速采用高频响应比例阀。力士乐4WRPEHl0.3X系列高频响应比例阀配备HNC数位闭环控制器。主机活动横梁上装有高精度、高分辨率的位移传感器，其信号直接与HNC数位闭环控制器相连，闭环控制器能对位移传感器的速度信号进行快速处理，向高频响应阀发送操作指令，并快速调节比例阀的开口来调节旁路排液速度，从而实现速度的闭环调节。由于速度信号通过HNC数位闭环控制直接向高频响阀分发指令，无需上位机处理，指令分发速度快。同时，4WRPEH高频响电磁阀的滞环精度小于0.2%，信号从0%到100%的响应时间仅为25ms，采用本文设计的液压控制回路，在实际测试中加压速度控制精度高达±0.02mm/s，可满足等温模锻工艺要求。
3、设备智能化技术和工艺数据库。由于油压机的高可控性，重装设备由水改油技术升级，在最新的电液压控制系统技术支持下，建立相应的检测系统及反馈处理机制，实现对整机设备的精细控制，全面提高设备的自动化水平。在安全控制方面，引入更多的联锁与保护机制，对异常现象及时报警，一旦发生泄漏等事故，自动判断并执行相关操作，最大限度地减少损失，实现安全保护。同时，建立能耗监控系统、产品生产过程记录系统、产品管理系统等，提高设备的智能化程度。
新型电控系统能自动记录、筛选、导出大量生产试验过程数据，全面跟踪过程，为工艺人员提供大量一手数据，为工艺路线的快速建立及优化以及工艺数据库的建立提供基础支持。工艺过程压力、速度、位置等关键数据能直观显示。
参考文献：
[1]侯永超．水改油挤压机改造关键技术研究[J]．锻压装备与制造技术，2019(12)．
[2]郭晓锋.水压机改油压机的关键技术及应用[J].重型机械，2020(04)．