專利名稱：自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自由鍛造液壓機(jī)，特別涉及自由鍛造液壓機(jī)的機(jī)架。
背景技術(shù)：
自由鍛造液壓機(jī)是鍛造行業(yè)生產(chǎn)鍛件的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的自由鍛造液壓機(jī)為三梁 四圓柱非全預(yù)應(yīng)力機(jī)架結(jié)構(gòu)，在惡劣的鍛造工況下，須承受單向大幅值的交變載荷，在快速 加載和突然卸載時常常引起機(jī)架劇烈振動和晃動。圓形張立柱既作為機(jī)架又作為拉桿，還 作為活動橫梁的導(dǎo)向體，不但時時承受滿噸位的軸向拉力，總是在大幅值的單向交變拉應(yīng) 力下工作，偏心鍛造時，還要承受活動橫梁的橫向推力和彎矩，以及由于上、下橫梁變形而 作用于內(nèi)側(cè)固定螺母處的角彎矩等靜力載荷。同時，由于活動橫梁圓導(dǎo)套的點(diǎn)接觸應(yīng)力狀 態(tài)而引起的不均勻磨損和導(dǎo)向間隙增大，任一側(cè)的兩根立柱都不可能均勻受力，即會導(dǎo)致 單根立柱承受偏心載荷。因而，圓形張立柱成為液壓機(jī)最易破壞的零件，張立柱發(fā)生斷裂的 例子屢見不鮮。近年來，有的將油泵直接傳動系統(tǒng)簡單地應(yīng)用在上述三梁四圓柱非全預(yù)應(yīng)力機(jī)架 上，或?qū)⒑附咏Y(jié)構(gòu)的三梁四圓柱式普通油壓機(jī)作為鍛造壓機(jī)使用，造成焊縫開裂、油缸漏 油，導(dǎo)致壓機(jī)使用和維護(hù)成本較高。有的僅僅將四圓柱改成了方形立柱，但其受力狀態(tài)、整體剛性和抗疲勞強(qiáng)度沒有 得到根本改變；有的雖然改成了全預(yù)應(yīng)力機(jī)架，但由于延用傳統(tǒng)的四柱式結(jié)構(gòu)，仍不可能提 高壓機(jī)中心線任兩側(cè)的兩根立柱的截面慣性矩和抗彎剛度，還會有一根立柱承受偏載力的 危險(xiǎn)。同時，四柱式結(jié)構(gòu)仍然存在著象傳統(tǒng)水壓機(jī)一樣的不利操作環(huán)境工藝適應(yīng)性差、不 易接近中心、鋼錠進(jìn)出空間小，可操作性和可視性差等。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式 預(yù)應(yīng)力機(jī)架，解決傳統(tǒng)三梁四圓柱非全預(yù)應(yīng)力機(jī)架整體剛度、抗疲勞強(qiáng)度、抗偏載能力和工 藝適應(yīng)性較差，以及壓機(jī)維護(hù)成本高的問題。本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案是—種自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，包括立柱、上橫梁、下橫梁和拉桿， 其特征在于所述立柱是一種空心矩形立柱，所述空心矩形立柱為兩個，多根高強(qiáng)度拉桿 置于兩個所述空心矩形立柱中，所述拉桿的兩端穿過所述上橫梁、下橫梁，所述上橫梁與所 述空心矩形立柱之間、所述下橫梁與所述空心矩形立柱之間分別采用矩形定位鍵鑲嵌在一 起，按照設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)緊力和預(yù)緊方法，通過預(yù)緊螺母使所述高強(qiáng)度拉桿全長上產(chǎn)生預(yù)緊 拉力，同時對所述上橫梁、下橫梁和所述空心矩形立柱施加預(yù)緊壓力，從而構(gòu)成雙柱預(yù)應(yīng)力 組合受力機(jī)架；兩個所述空心矩形立柱的形心連線相對壓機(jī)工作臺移動方向的中心線成一 個a角度布置。兩個所述空心矩形立柱在全長上為中空的長方形橫截面，兩端部為懸突結(jié)構(gòu)，其
3形心連線相對壓機(jī)工作臺移動方向的中心線的夾角a在55° 75°之間。置于每根所述空心矩形立柱中的所述高強(qiáng)度拉桿的數(shù)量，可根據(jù)壓機(jī)噸位選擇5 根、6根、7根、10根、16根，每根所述高強(qiáng)度拉桿的直徑在(M60 240mm間，材料的許用 應(yīng)力彡700MPa，安全系數(shù)> 2. 5。所述高強(qiáng)度拉桿靠近立柱四壁，向內(nèi)側(cè)、前后側(cè)布置，所述高強(qiáng)度拉桿的布置形式 至少有兩排。兩個所述空心矩形立柱的四周安裝有相互垂直的耐磨導(dǎo)板。所述矩形定位鍵共有4組16個，分別在所述上橫梁與所述空心矩形立柱之間、所 述下橫梁與所述空心矩形立柱之間呈十字形布置。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果。本實(shí)用新型有別于鍛造工廠現(xiàn)使用的自由鍛造液壓機(jī)的受力機(jī)架，采用本實(shí)用新 型所構(gòu)成的自由鍛造液壓機(jī)，拉桿應(yīng)力的變化幅值僅為最大載荷應(yīng)力的15 %，預(yù)應(yīng)力偏差 低于3%，較傳統(tǒng)三梁四圓柱水壓機(jī)提高了壓機(jī)整體剛度、抗疲勞強(qiáng)度和可靠性。同時，還有 良好的壓機(jī)性能和工藝操作性。本實(shí)用新型的原理和結(jié)構(gòu)不僅可以應(yīng)用于各種噸位的自由鍛造液壓機(jī)，而且也可 以推廣應(yīng)用于所有適合工藝的立式液壓機(jī)上，并可對傳統(tǒng)鍛造壓機(jī)進(jìn)行改造，從而帶來諸 多有益效果可降低設(shè)備重量，減少投資費(fèi)用，減少設(shè)備占地面積和地坑深度，簡化了設(shè)備 基礎(chǔ)，降低了廠房高度和寬度，減小了行車跨度，使車間作業(yè)面積和高度空間得到充分利 用，降低了維修費(fèi)用等。本實(shí)用新型將直接導(dǎo)致一種具有節(jié)能降耗利好的現(xiàn)代自由鍛造液 壓機(jī)的實(shí)現(xiàn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的雙柱斜置式受力機(jī)架布置示意圖；圖3是本實(shí)用新型的多拉桿的布置示意圖；圖4是本實(shí)用新型的雙柱斜置式機(jī)架預(yù)緊程序示意圖；圖5是本實(shí)用新型的預(yù)應(yīng)力組合機(jī)架拉桿和立柱(梁)力-變形圖。
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本實(shí)用新型做詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，主要由下橫梁1、兩個 空心矩形立柱2、上橫梁4和置于空心矩形立柱中的高強(qiáng)度拉桿5和預(yù)緊螺母7組成。所述 空心矩形立柱2為兩個，高強(qiáng)度拉桿5置于兩個所述空心矩形立柱2中，并穿過所述上橫梁 4、下橫梁1，所述上橫梁4與所述空心矩形立柱2之間、所述下橫梁1與所述空心矩形立柱 2之間，通過4組16個呈十字形布置的矩形定位鍵3將上橫梁4和下橫梁1與兩個空心矩 形立柱2牢固地鑲嵌在一起。按照設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)緊力和預(yù)緊方法，通過預(yù)緊螺母7、墊圈6使所述高強(qiáng)度拉桿5 全長上產(chǎn)生預(yù)緊拉力，同時對所述上橫梁4、下橫梁1和所述空心矩形立柱2施加預(yù)緊壓力， 從而構(gòu)成雙柱預(yù)應(yīng)力組合受力機(jī)架。
4[0024]置于每根所述空心矩形立柱2中的所述高強(qiáng)度拉桿5的數(shù)量，可根據(jù)壓機(jī)噸位選 擇5根、6根、7根、10根、16根，每根所述高強(qiáng)度拉桿5的直徑在(M60 240mm間，材料 的許用應(yīng)力彡700MPa，安全系數(shù)> 2. 5。如圖3所示，高強(qiáng)度拉桿5的布置原則是盡可能靠近遠(yuǎn)離中性軸的立柱四壁，向 內(nèi)側(cè)、前后側(cè)分布。所述高強(qiáng)度拉桿5的數(shù)量與布置形式有3+2，4+2，4+3，4+2+2，4+4+2， 6+4+6。兩個所述空心矩形立柱2的四周安裝有相互垂直的耐磨導(dǎo)板9。如圖1、2所示，整個機(jī)架座于兩個整體式基礎(chǔ)梁8上，兩個所述空心矩形立柱2的 形心連線(Y軸線)相對壓機(jī)工作臺移動方向(X軸線)的中心線成a角度斜置，該角度 a在55° 75°之間。通過8套超長地腳螺栓10將下橫梁1和基礎(chǔ)梁8 —起與基礎(chǔ)內(nèi)的 地錨裝置錨固。變張力拉桿預(yù)緊力的計(jì)算變張力拉桿預(yù)緊力的計(jì)算方法是，若每根立柱有n根拉桿，則第i根拉桿的預(yù)緊力 Pi為:Pi = K(n_i)Pj式中P」——每根拉桿最終要求的預(yù)緊力，即全部預(yù)緊完畢后，拉桿應(yīng)達(dá)到的拉伸 力。i側(cè)立柱中預(yù)緊順序的自然排列數(shù)。K為拉桿與立柱和上、下橫梁的剛度系數(shù)，對于確定的液壓機(jī)結(jié)構(gòu)，K為常數(shù)。雙柱斜置式機(jī)架預(yù)緊程序采用兩套預(yù)緊螺母共用一套超高壓泵裝置，按照圖4所示方位和編號順序，每次 同時預(yù)緊左右立柱上的相鄰編號的兩根拉桿，并且一次預(yù)緊到位。(1)預(yù)緊螺母油缸力的計(jì)算按照變張力預(yù)緊方法，計(jì)算出每根拉桿在預(yù)緊時所需的拉力和預(yù)緊螺母油缸的工 作介質(zhì)壓力。(2)施加預(yù)緊前的檢查按照圖紙要求，檢查各個螺母與橫梁墊板之間的間隙符合要求；按照電測實(shí)施方 案，將應(yīng)變片和導(dǎo)線及儀表裝置全部安裝到位；對機(jī)架的精度進(jìn)行測量和調(diào)整，符合圖紙尺 寸和精度要求。(3)按圖4所示方位，將拉桿螺母分別編號，按照每次同時預(yù)緊兩根立柱上的相鄰 編號的兩根拉桿順序進(jìn)行預(yù)緊。(4)按圖4編號順序依次對左右兩側(cè)拉桿螺母進(jìn)行預(yù)緊，使預(yù)緊螺母的表壓力均 達(dá)到規(guī)定的壓力。從支承套的開口處各個擰緊拉桿螺母。(5)分別測量出拉桿在預(yù)緊時的伸長值和油泵卸壓后的回縮量，然后分別記錄。(6)檢查機(jī)架精度，安裝防松裝置。下面就本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明1) 一種自由鍛造液壓機(jī)的雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，包含自由鍛造液壓機(jī)的雙柱 斜置式組合機(jī)架和多拉桿預(yù)緊件。在任一臺自由鍛造液壓機(jī)上，采用特殊構(gòu)造的雙空心矩形立柱和上、下橫梁構(gòu)成組合機(jī)架，將多根高強(qiáng)度拉桿置于空心立柱中，并穿過上、下橫梁， 按設(shè)計(jì)照規(guī)定的預(yù)緊力和預(yù)緊方法，通過預(yù)緊螺母使拉桿全長上產(chǎn)生預(yù)緊拉力，同時對上、 下橫梁和立柱施加預(yù)緊壓力，從而使整個組合機(jī)架處于應(yīng)力預(yù)緊狀態(tài)；將雙空心矩形立柱 的形心連線與壓機(jī)工作臺移動方向的中心線成某一角度斜置布置，并將該機(jī)架作為安裝液 壓缸、活動橫梁、導(dǎo)向裝置、移動工作臺等裝置的載體，以及承受全部工作載荷的受力框架， 即構(gòu)成一臺自由鍛造液壓機(jī)的本體部分。2)雙柱斜置式多拉桿預(yù)應(yīng)力組合受力機(jī)架的兩個空心矩形立柱設(shè)計(jì)，是在全長上 為中空的長方形橫截面，兩端部為懸突結(jié)構(gòu)，采用四組十字矩形定位鍵將上、下橫梁與立柱 牢固地鑲嵌在一起。從材料力學(xué)分析可知，在橫截面面積相同的情況下，使材料遠(yuǎn)離中性軸 的空心矩形橫截面構(gòu)件的抗彎面積慣量，即截面慣性矩是最大的，其抗彎曲能力比圓環(huán)形 或是空心正方形截面更強(qiáng)。即使是四根矩形截面立柱，將任一側(cè)的兩根分體立柱截面的慣 性矩疊加起來，總慣性矩也僅是具有相同截面面積和結(jié)構(gòu)特性的一根整體立柱的1/4。這種空心結(jié)構(gòu)立柱猶如一個自然煙囪，既可直接阻隔來自鋼錠或鍛件熱的熱輻 射，又可通過下橫梁的出砂孔或立柱外側(cè)開口，將冷空氣吸入，使聚集在在立柱內(nèi)部的熱氣 流從上橫梁的出砂孔散出，有效防止了熱輻射造成拉桿的不均勻伸長。此外還能完全防止 氧化皮、工具等對拉桿表面造成損傷。同時，在每根立柱四周提供了至少4個、多達(dá)8個相互垂直的平面，供安裝耐磨導(dǎo) 板，為活動橫梁提供了一個堅(jiān)固、剛性的和低接觸應(yīng)力的平面導(dǎo)向體。3)所述的上、下橫梁為鑄造結(jié)構(gòu)，采用計(jì)算機(jī)三維有限元分析軟件(FEM)接觸問 題分析法，對雙柱預(yù)應(yīng)力機(jī)架進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使機(jī)架的變形和應(yīng)力獲得了精確的 求解，預(yù)測出鍛造過程中的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)及其變形趨勢，優(yōu)化受力框架的結(jié)構(gòu)，確定其在 最佳強(qiáng)度和剛度下的幾何尺寸，使材料得到合理的分配，充分發(fā)揮出所用材料的潛力。對 上、下橫梁實(shí)施預(yù)緊的高度方向的橫截面形狀與尺寸與雙立柱保持一致，同時，必須采取特 殊的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，如出砂孔光刀處理和磁粉探傷，上橫梁安裝主缸的圓孔采用大圓角過渡，超 允許偏心矩加載實(shí)時檢測，以避免梁、柱部分部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象。4)置于每根所述空心立柱中的高強(qiáng)度拉桿的數(shù)量，可根據(jù)壓機(jī)噸位選擇。實(shí)踐證 明，采用多根拉桿優(yōu)于只用一根拉桿可用較小的液壓預(yù)緊缸，分別預(yù)緊每根拉桿；可按空 心立柱截面形狀，對稱均勻布置多拉桿，受力均衡；拉桿螺紋根部加工誤差小，產(chǎn)生的彎曲 應(yīng)力影響較?。挥捎跈M截面積小，材料組織和熱處理性能均勻性好，可充分發(fā)揮材料的力學(xué) 性能；制造加工方便，根據(jù)需要，對于超長的拉桿，可采用雙向螺母分段錯位連接起來使用。5)所述的預(yù)緊力設(shè)計(jì)和預(yù)緊方法有別于任何壓機(jī)受力機(jī)架預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)按最大 鍛造力和最大允許偏心距設(shè)計(jì)、調(diào)整和設(shè)定拉桿的預(yù)應(yīng)力，預(yù)緊系數(shù)為1. 35，即預(yù)緊力是工 作載荷的1.35倍；上、下橫梁與立柱接觸部分的橫截面尺寸相當(dāng)，梁的高度方向受壓縮后 的變形不可忽略，計(jì)算的被壓縮構(gòu)件的尺寸應(yīng)包括上、下橫梁和立柱的的相應(yīng)高度尺寸；采 用兩套特殊的預(yù)緊螺母和共用一套超高壓泵裝置，按照圖4所示方位和編號順序，每次同 時預(yù)緊左右立柱上的相鄰編號的兩根拉桿，并且一次預(yù)緊到位；采用變張力法在應(yīng)力實(shí)時 監(jiān)測下進(jìn)行預(yù)緊，每根拉桿在預(yù)緊時所需的拉力不同，全部預(yù)緊完成后，達(dá)到平均載荷的拉 力，均勻一致的預(yù)應(yīng)力，偏差低于3 %。理論和實(shí)踐證明，這種機(jī)架結(jié)構(gòu)具有較高的整體剛性、抗疲勞強(qiáng)度、承載能力和安全可靠性。上、下橫梁的內(nèi)側(cè)不再需要固定螺母，預(yù)緊后，不開縫，無需重復(fù)緊固外側(cè)螺母， 拉桿永無磨損。根據(jù)虎克定律，拉桿和被預(yù)緊構(gòu)件(立柱和梁)之間的力和變形量應(yīng)滿足 圖5所示關(guān)系。工作時，立柱承受壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，拉桿承受拉應(yīng)力，其最大和最小拉應(yīng) 力的變化幅值僅為最大載荷應(yīng)力的15%。國外同類設(shè)備中的拉桿在使用了 30多年后，經(jīng)過 測試?yán)瓧U的預(yù)應(yīng)力偏差仍在10%以下。在整機(jī)壽命周期內(nèi)不會產(chǎn)生立柱斷裂事故，各個構(gòu) 件的使用壽命因此而延長，大大降低了設(shè)備維修費(fèi)用和壽命周期成本。 6)雙柱斜置式布置必須以適當(dāng)?shù)姆绞嚼眠@種效果，即將兩個空心矩形立柱的形 心連線與壓機(jī)工作臺移動方向的中心線成某一角度斜置布置。較四柱式具有較大的截面慣 性矩和抗彎剛度，允許偏心鍛造范圍大，能夠承受偏心載荷時產(chǎn)生的巨大的彎曲應(yīng)力和壓 應(yīng)力，并且能夠達(dá)到很好的平衡和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求一種自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，包括立柱、上橫梁、下橫梁和拉桿，其特征在于所述立柱是一種空心矩形立柱(2)，所述空心矩形立柱(2)為兩個，高強(qiáng)度拉桿(5)置于兩個所述空心矩形立柱(2)中，所述拉桿(5)的兩端穿過所述上橫梁(4)、下橫梁(1)，所述上橫梁(4)與所述空心矩形立柱(2)之間、所述下橫梁(1)與所述空心矩形立柱(2)之間分別采用矩形定位鍵(3)鑲嵌在一起，按照設(shè)計(jì)規(guī)定的預(yù)緊力和預(yù)緊方法，通過預(yù)緊螺母(7)使所述高強(qiáng)度拉桿(5)全長上產(chǎn)生預(yù)緊拉力，同時對所述上橫梁(1)、下橫梁(4)和所述空心矩形立柱(2)施加預(yù)緊壓力，從而構(gòu)成雙柱預(yù)應(yīng)力組合受力機(jī)架；兩個所述空心矩形立柱(2)的形心連線相對壓機(jī)工作臺移動方向的中心線成α角度斜置。
2.按照權(quán)利要求1所述的自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，其特征在于兩個 所述空心矩形立柱(2)在全長上為中空的長方形橫截面，兩端部為懸突結(jié)構(gòu)，其形心連線 相對壓機(jī)工作臺移動方向的中心線的夾角α在55° 75°之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，其特征在于置于 每根所述空心矩形立柱(2)中的所述高強(qiáng)度拉桿(5)的數(shù)量，可根據(jù)壓機(jī)噸位至少選擇5 根，每根所述高強(qiáng)度拉桿(5)的直徑在160 Φ 240mm間，材料的許用應(yīng)力> 700MPa，安全 系數(shù)> 2. 5。
4.按照權(quán)利要求1所述的自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，其特征在于所述 高強(qiáng)度拉桿(5)靠近立柱四壁，向內(nèi)側(cè)、前后側(cè)布置，所述高強(qiáng)度拉桿(5)的布置形式至少 有兩排。
5.按照權(quán)利要求1所述的自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，其特征在于兩個 所述空心矩形立柱(2)的四周安裝有相互垂直的耐磨導(dǎo)板(9)。
6.按照權(quán)利要求1所述的自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，其特征在于所述 矩形定位鍵(3)共有4組16個，分別在所述上橫梁(4)與所述空心矩形立柱(2)之間、所 述下橫梁(1)與所述空心矩形立柱(2)之間呈十字形布置。
專利摘要自由鍛造液壓機(jī)雙柱斜置式預(yù)應(yīng)力機(jī)架，涉及鍛造液壓機(jī)。本實(shí)用新型解決傳統(tǒng)機(jī)架整體剛度、抗疲勞強(qiáng)度、抗偏載能力和工藝適應(yīng)性較差的問題。本實(shí)用新型特征在于所述立柱是兩個空心矩形結(jié)構(gòu)，多根高強(qiáng)度拉桿置于兩個所述立柱中，拉桿的兩端穿過上橫梁、下橫梁，在上橫梁與立柱之間、下橫梁與立柱之間分別采用矩形定位鍵鑲嵌在一起，通過預(yù)緊螺母使所述拉桿全長上產(chǎn)生預(yù)緊拉力，同時對上橫梁、下橫梁和所述立柱施加預(yù)緊壓力，從而構(gòu)成雙柱預(yù)應(yīng)力組合受力機(jī)架；兩個空心矩形立柱的形心連線相對壓機(jī)工作臺移動方向的中心線成α角度斜置。本實(shí)用新型可應(yīng)用于自由鍛造液壓機(jī)，也可應(yīng)用于適合工藝的立式液壓機(jī)上，并可對傳統(tǒng)鍛造壓機(jī)進(jìn)行改造。
文檔編號B21J13/04GK201693117SQ201020174830
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者姚祖康, 毛春燕, 薛峰, 郭玉璽 申請人:太原重工股份有限公司