改造蒸/空模锻锤的电液技术，提升锻造效率与品质

1.我国电液锤的发展历史与现状 蒸/空模锻锤最大的缺点是能量有效利用率低，将蒸/空模锻锤改造为液压锤的最大优点是节能，其节能效率达75%以上。据中国锻造协会统计，至1996年国内原有蒸/空模锻锤2300多台。将这些锻锤加以改造，会为社会和企业带来很大的经济效益和社会效益。

将蒸/空模锻锤改造为液压锤，就是保留原锻锤的基础、机架，去掉原气缸代之以液压驱动头，也就是常说的“换头”改造。这种升级改造投资少、见效快，很少的投入且很短的时间就可使原已老化且能源利用率极低的设备焕发新的活力。其优点如下：

（1）节能效果显著，与蒸/空模锻锤比，节能达90%以上。一般两年的节能费相当于改造投资费用，如果是两班制则时间还可以提前。

（2）在设备性能方面打击能量大，能满足锻造生产需要，能实现轻、重、单次、多次连续打击、急停收锤操作，操作灵活、简便，维修方便。

（3）液压锤采用液压驱动，省去了蒸/空模锻锤必需的庞大蒸汽或压缩空气生产动力站设施，减少了对环境的污染，改善了锻锤工作环境。

我国液压锤的研制起步于20世纪50年代末，最早研制开发液压锤的主要单位有北京理工大学、西安重型机械研究所、济南铸锻研究所等。北京理工大学开发了油气同缸、单杆、排油打、泵+蓄能器组合传动液气锤；西安重型机械研究所开发了油气分离、三杆式、泵直接传动液气锤；济南铸锻所开发了油气同缸、单杆、进油打、泵+蓄能器组合传动液气锤。

1986年10月，西安重型机械研究所研制的我国首台3t自由锻电液锤“动力头”改造蒸/空模锻锤获得成功，并于1988年3月通过省部级鉴定；1986年12月，北京理工大学试制出1t自由锻电液锤“动力头”并改造蒸/空模锻锤成功，于1990年12月通过部级鉴定。沈阳重型机器厂曾引进KGK250型液压动力头，成功地将1t蒸/空模锻锤换头改造为打击能量为25kJ的电液模锻锤。被改造后的有砧液压锤，一般都能够达到原锤的工作能力，但为了提高液压系统的效率和运动密封寿命，打击速度和锤头行程有所降低，锤头重量则相应增加，以保持原有的打击能量。

北京理工大学研发的油气同缸、单杆、排油打、泵+蓄能器组合传动液气锤，由于其结构简单、动作灵活、安全可靠等优点受到用户的认可，可以满足10～400kJ能量锻锤的要求，并在各种工况条件下都得到应用。国内有许多生产厂商都是在利用北京理工大学研发的这套技术来生产制作液气锤和液气驱动头。当然各个厂商在生产实践中都积累了丰富的经验，对许多结构都做了技术改进，对提高设备的工艺性、稳定性、安全性和维修维护方便性方面做了大量的工作，使各个厂商的产品有所差别，但其根本原理及专用阀的原理并未改变。

依据国外液压锤技术的发展及国内广大用户和工程技术人员在长期生产实践中不断积累的经验，大家逐渐认识到液气锤存在油气互窜、内漏生热、冷锤现象、液压冲击等原理和结构上的缺陷，是其自身难以克服的，从而造成生产率低、故障率高。而全液驱动的电液锤可避免液气锤的原理性缺点，将成为液压锤技术的主流。目前由海安百协锻锤有限公司及安阳锻压机械工业有限公司开发的全液驱动程控模锻锤、由西安重型机械研究所研制成功的全液压模锻锤、由北京宁远兴达技术开发有限公司研制成功的全液驱动自由锻电液锤及全液驱动模锻电液锤都已得到成功应用。

由海安百协锻锤有限公司生产的全液驱动程控模锻锤已从16kJ提高到125kJ，近期又开发出了400kJ程控液压锤；由西安重型机械研究所研制成功的全液压模锻锤已达到400kJ；由北京宁远兴达技术开发有限公司研制成功的全液驱动自由锻电液锤及全液驱动模锻电液锤，已有2t、5t、10t模锻电液锤，1t、3t、5t、8t双柱拱式自由锻电液锤，0.5t、1t、2t、3t单柱式自由锻电液锤等，在生产实践中得到充分检验。该系列产品既可用于新锤的制造也可用于蒸/空模锻锤或液压锤的升级改造，是液压锤的升级换代产品。

2.几种电液锤的主要工作原理

（1）单杆排油打液气锤的工作原理。油气同缸、单杆、排油打、泵+蓄能器组合传动液气锤的工作原理是在锤杆活塞上腔密闭一定体积和压力的气体，锤杆活塞下腔通受控高压油，当活塞下腔通高压油时，作用于锤杆活塞下部环面积上的相对较高的油压产生的回程力克服落下部分的自重、主缸上腔气体阻力和相应的摩擦力实现回程，同时锤杆活塞上腔密闭的气体被压缩蓄能，同时锤头势能增加。当锤杆活塞下腔快速卸为低压时，靠活塞上腔的气体膨胀及落下部分的自重向下做功形成打击。简单地讲就是“液压蓄能、气体膨胀及自重做功”。

（2）单杆进油打液气锤的工作原理。油气同缸、单杆、进油打、泵+蓄能器组合传动液气锤的工作原理是在锤杆活塞下腔为密闭的气体，充气压力保证能够克服落下部分重量和相应摩擦力使锤头回程到顶。在初始状态，锤杆活塞上腔和油箱连通，锤头在活塞下腔气压的作用下回程到顶并悬锤，这时锤杆活塞上腔的油无压力；当电磁阀通电时，锤杆活塞上腔进油，锤头下行打击。该系统还有一套细通径的旁置控制油路来控制锤头的慢上和慢下。

该系统的缺点是下腔气为弹性体，气压作用力小，启动打击后行程稍大，就不能实现急停收锤，而且为电控操纵，故在自由锻锤上使用得较少。

（3）三杆式液气锤的工作原理。三杆式液气锤的工作原理是中间一根活塞油杆，两边各一根柱塞气杆。在两根气杆的上腔密闭一定压力和体积的气体。回程时，油杆活塞下腔进油时，带动锤头回程，同时压缩两根气杆上腔的气体蓄能。打击时，将油杆活塞下腔和上腔连通并失压，锤头的自重及气杆的气压膨胀驱动锤头做功，同时油杆活塞下腔的油通过连通缸返回到油杆活塞上腔。

该系统存在的缺点是装机容量大，打击频次低，操纵时打击、回程用手柄，慢上、慢下用脚踏板，手脚并用比较复杂。目前已逐渐被市场淘汰。

（4）全液驱动电液锤的工作原理。全液驱动电液锤是指锤头的打击和回程即锤杆的上、下行程均为液压油驱动的液压锤。电液锤的系统原理为锤杆活塞下腔常通高压油，通过控制活塞上腔油的高压和低压转换来实现打击和回程。锤杆活塞上腔通高压时，锤杆活塞下腔仍通高压油，相通的高压油同时作用在锤杆活塞上部的圆面积和下部的环面积上，由于有面积差形成向下的作用力，再结合落下部分的自重实现向下打击，同时活塞下腔的油通过连通油路返到活塞上腔；当活塞上腔卸为低压时，常作用于活塞下腔环面积的油压产生的回程力克服落下部分的自重及相应的摩擦力实现回程。

3.几种电液锤的特点比较 由单杆排油打液气锤的原理可知其必然存在如下原理性缺点：

（1）油气同缸，主缸内油气互窜不可避免，锤杆活塞的密封圈工作环境差，尤其是对冶金行业开坯产材、连续生产的液气锤，更换锤杆活塞密封成为设备维修人员的最大工作量。

（2）缸衬下端密封圈为液气交界面，相对易损。一旦失效，更换困难，维修复杂，停机时间长。

（3）气路复杂、接头多，易造成漏气，故障率高。

（4）回程时活塞上腔有背压且背压越来越高，故要想提高打击频次需较高的系统压力，系统压力提高恶化了密封圈的工作环境，降低了密封圈的寿命。

（5）快放阀为差动控制阀，容易受到扰动、打冷锤，且差动调整复杂。(www.xing528.com)

（6）对打击能量的影响参数复杂，很难实现精确、稳定的能量控制。

（7）系统打击时惯性排空不可避免，造成能源浪费，且降低打击频次。

由全液驱动电液锤的原理可知其正好克服了液压锤的上述缺点，具有如下优点：

（1）杜绝了锤杆活塞的油气互窜和漏气问题，杜绝了缸衬下端油气互窜和漏气问题。

（2）回程时活塞上腔背压很低，且没有惯性排空，在系统压力相对较低的条件下回程速度提高，打击频次加快，从而生产效率显著提高。

（3）去掉了主缸配气系统，使结构简化。

（4）由于锤杆活塞密封圈的工作环境得到改善，同时由于对锤杆活塞的密封要求降低，使密封圈的寿命大大提高，更换次数大幅度减少。

（5）由于活塞下腔常通高压油，故打后锤头即刻回程，不滞后、无焖模，模具（砧块）寿命提高，且工人翻转工件方便省力。

（6）对系统压力的影响因素少，从而容易实现打击能量的精确控制。

由此可见，全液压驱动电液锤具有能量足、频次快、无焖模、锤杆活塞密封简化、结构简单、故障率低等优点，是液压锤的升级换代产品，尤其适合冶金行业开坯产材、连续生产的设备。

4.电液改造效益分析

（1）3t蒸汽锤的电液改造实例。戚野堰机车车辆厂对一台3t蒸汽锤进行了电液改造，改造前后的效益对比如下：

1）改造前蒸汽锤吨锻件能耗。吨锻件总能耗为668.23kg标准煤。

2）改造后电液锤吨锻件能耗。平均吨锻件耗电量折合36.36kg标准煤。

3）改造后的平均效益（以吨锻件计）。节能（668.23−36.36）kg标准煤=631.87kg标准煤，节能率（631.87/668.23）×100%=94.56%。

（2）5t蒸汽锤的电液改造实例。济南汽车制造厂对一台5t蒸汽锤进行了电液改造，改造前后的效益对比如下：

1）改造前锻件能耗。

耗蒸汽：二等标准为819kg标准煤/t锻件；耗电：每吨锻件为80.6kW·h，折合9.9kg标准煤。蒸汽锤每吨锻件总耗能量折合828.9kg标准煤。

改为电液锤以后每吨锻件耗能量：不同材质、形状和工艺的锻件，电液锤每吨锻件耗电量也不同，一般为20～120kW·h。该厂5t电液锤测试结果为每吨锻件耗电量为30kW·h，折合3.687kg标准煤。

2）蒸汽锤改为电液锤的节能效果。

节能量：（828.9−3.687）kg标准煤=825.213kg标准煤；节能率：825.213/828.9×100%=99.5%；节蒸汽率：100%；节电率：（80.6−30）/80.6×100%=62.8%。