曲柄熱模鍛壓力機(jī)氣動(dòng)和液壓離合器

文/克里莫夫S.N，普盧茨可夫 R.N·俄羅斯伏龍涅什重型機(jī)械壓力機(jī)股份公司

曲柄熱模鍛壓力機(jī)氣動(dòng)和液壓離合器

文/克里莫夫S.N，普盧茨可夫 R.N·俄羅斯伏龍涅什重型機(jī)械壓力機(jī)股份公司

氣動(dòng)離合器

TMP生產(chǎn)的曲柄式熱模鍛壓力機(jī)采用了單盤(pán)、雙盤(pán)和三盤(pán)氣動(dòng)（干式）離合器，這些離合器配有專(zhuān)業(yè)摩擦材料加工而成的摩擦片。通過(guò)離合器的旋轉(zhuǎn)部分所造成的通風(fēng)效果對(duì)盤(pán)進(jìn)行冷卻。單盤(pán)或雙盤(pán)制動(dòng)器配有對(duì)非旋轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行冷卻的水冷卻裝置。盤(pán)上配有摩擦材質(zhì)制成的摩擦片或摩擦塊。通過(guò)內(nèi)部氣缸控制離合器和制動(dòng)器工作。離合器和制動(dòng)器所處的系統(tǒng)中配有ROSS公司或TMP生產(chǎn)的空氣分配器，可以保證盤(pán)與盤(pán)之間能夠進(jìn)行平穩(wěn)無(wú)沖擊嚙合。圖1為T(mén)MP生產(chǎn)的25MN熱模鍛氣動(dòng)離合器的典型結(jié)構(gòu)，扭矩為950kN·m。進(jìn)給壓縮空氣時(shí)，氣缸活塞移動(dòng)，離合器主動(dòng)和從動(dòng)摩擦盤(pán)發(fā)生動(dòng)力結(jié)合，扭矩通過(guò)摩擦力從飛輪向曲柄軸傳遞。從氣缸排出壓縮空氣時(shí)，主動(dòng)和從動(dòng)摩擦盤(pán)分開(kāi)，曲柄軸從飛輪斷開(kāi)。

TMP多年熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)：只有在調(diào)試控制系統(tǒng)或調(diào)節(jié)制動(dòng)參數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，才會(huì)發(fā)生制動(dòng)盤(pán)過(guò)熱或由于受力不均勻造成的嚴(yán)重磨損；只有在接通次數(shù)過(guò)多的情況下，才會(huì)發(fā)生離合器盤(pán)過(guò)熱的情況，作用力小于40MN的壓力機(jī)經(jīng)常發(fā)生這種情況。重型曲柄熱模鍛壓力機(jī)投入使用后由于磨損的緣故平均每四年要更換一次離合器和制動(dòng)器的摩擦元件。

圖1 TMP生產(chǎn)的25MN熱模鍛的氣動(dòng)離合器

摩擦組件的使用壽命

摩擦組件的工作模式強(qiáng)度可以通過(guò)作用在單位 摩擦表面上的單位摩擦力來(lái)確定。Ortlinghaus公司正在研制用于工作行程每分鐘不大于30個(gè)的滑塊行程，曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為55r/min時(shí)，額定作用力為40MN的曲柄熱模鍛壓力機(jī)可單獨(dú)控制離合器和制動(dòng)器的液壓組件。對(duì)于離合器的這項(xiàng)設(shè)計(jì)，單位摩擦功率N=10.5kW/m2。對(duì)于作用力為40MN的壓力機(jī)，接通數(shù)為14spm時(shí)，單位摩擦功率為4.05kW/m2。當(dāng)使用傳統(tǒng)氣動(dòng)離合器時(shí)，壓力機(jī)上的離合器摩擦盤(pán)與離合器接通數(shù)為22spm時(shí)，摩擦盤(pán)將變得過(guò)熱。

提高摩擦組件使用壽命——液壓離合器

延長(zhǎng)曲柄熱模鍛壓力機(jī)摩擦組件的使用壽命對(duì)于每分鐘工作行程次數(shù)大（如工作時(shí)采用自動(dòng)化設(shè)備）和曲柄軸旋轉(zhuǎn)速率高（壓力機(jī)作用力不小于40MN）的壓力機(jī)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要?；谠谶@方面，TMP和德國(guó)Ortlinghaus-Werke GmbH公司一起研制了作用于25～40MN壓力機(jī)的液壓離合器和制動(dòng)器。

Ortlinghaus公司的摩擦部件有如下特點(diǎn)：薄摩擦盤(pán)數(shù)量多（不小于10），這些薄摩擦盤(pán)有專(zhuān)門(mén)摩擦表面和用來(lái)限制摩擦表面發(fā)熱的壓油槽。通過(guò)內(nèi)置液壓油缸連接離合器內(nèi)的盤(pán)，通過(guò)彈簧使盤(pán)斷開(kāi)。通過(guò)彈簧連接制動(dòng)器內(nèi)的盤(pán)，通過(guò)液壓油缸斷開(kāi)。研制出了帶一個(gè)控制液壓油缸的離合器─制動(dòng)器硬聯(lián)鎖組件方案。圖2為這類(lèi)離合器─制動(dòng)器的通用結(jié)構(gòu)，扭矩為950kN·m，與Goizper公司的硬聯(lián)鎖離合器─制動(dòng)器類(lèi)似。

進(jìn)給油到液壓缸時(shí)，活塞移動(dòng)需要克服制動(dòng)彈簧的力，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)分開(kāi)，離合器盤(pán)結(jié)合。從液壓缸排出油時(shí)，活塞移動(dòng)到原始位置，離合器盤(pán)分開(kāi)，制動(dòng)彈簧結(jié)合制動(dòng)器盤(pán)，曲柄軸制動(dòng)。單獨(dú)渠道連續(xù)壓送冷卻油經(jīng)過(guò)離合器和制動(dòng)器摩擦盤(pán)，在接通數(shù)量大時(shí)保障元件溫度正常。液壓組件的主要優(yōu)勢(shì)在于可以限制摩擦盤(pán)發(fā)熱，同時(shí)在強(qiáng)工作模式下能提高它們的抗磨損使用壽命。

圖2 25MN壓力機(jī)液壓離合器—制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

選擇離合器

現(xiàn)在對(duì)于大型壓力機(jī)來(lái)說(shuō)還未發(fā)現(xiàn)單次行程數(shù)和曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)速率增加的趨向。通常情況下，壓力機(jī)即使是在自動(dòng)模鍛時(shí)其滑塊單次行程次數(shù)也不超過(guò)6spm。對(duì)于額定作用力為165MN的壓力機(jī)，離合器的單位摩擦功率不大于2.4kW/m2，大約比系列生產(chǎn)的帶氣動(dòng)離合器（其摩擦盤(pán)壽命處于中等水平）的40MN曲柄熱模鍛壓力機(jī)摩擦力小至1/1.7。對(duì)于在曲柄熱模鍛壓力機(jī)中使用液壓離合器和制動(dòng)器的合理性，指出以下6點(diǎn)：

⑴Ortlinghaus公司生產(chǎn)的40MN曲柄熱模鍛壓力機(jī)液壓離合器和制動(dòng)器、控制系統(tǒng)及液壓裝置的價(jià)格大約比傳統(tǒng)氣動(dòng)離合器和制動(dòng)器價(jià)格高80%。

⑵必須在壓力機(jī)旁邊布置大尺寸的液壓裝置，此處通常為工藝裝置和自動(dòng)化設(shè)備。

⑶在有徑向振擺和較大徑向速度時(shí)，接觸面有大直徑密封裝置。

⑷壓力機(jī)主部件連續(xù)空轉(zhuǎn)情況下，摩擦盤(pán)之間有粘性摩擦或組件內(nèi)有攪拌時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能量損耗。

⑸同樣對(duì)于系列生產(chǎn)的壓力機(jī)，使用液壓離合器時(shí)從動(dòng)部分加速，或者使用制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生能量損耗，約占?jí)毫C(jī)主驅(qū)動(dòng)裝置功率的8%～16%。

⑹摩擦材料單位壓力和盤(pán)數(shù)量有限制，不能采用離合器─制動(dòng)器傳遞大扭矩。

想要解決系列高速曲柄熱模鍛壓力機(jī)摩擦組件使用期延長(zhǎng)的問(wèn)題，可能還要使用附加組件，即以制動(dòng)能量回收原理為基礎(chǔ)的壓力機(jī)主部件加速器和制動(dòng)器。這些裝置的各種結(jié)構(gòu)在俄羅斯和其他國(guó)家都有研制（有俄羅斯聯(lián)邦版權(quán)證書(shū)和美國(guó)、日本、德國(guó)專(zhuān)利證書(shū)防偽保護(hù)）。Muller Weingarten公司在獨(dú)立的壓力機(jī)結(jié)構(gòu)中使用了這一構(gòu)造?，F(xiàn)在TMP正在研究這種與傳統(tǒng)方法相比更具優(yōu)勢(shì)的裝置構(gòu)造。值得一提的是，使用這種裝置不僅可以延長(zhǎng)摩擦盤(pán)的使用壽命，還可以減少壓力機(jī)主部件加速和制動(dòng)時(shí)的能量損耗。

結(jié)束語(yǔ)

綜合TMP生產(chǎn)的系列壓力機(jī)氣動(dòng)離合器和制動(dòng)器的使用經(jīng)驗(yàn)，及其他熱模鍛壓力機(jī)廠家使用液壓離合器和制動(dòng)器的數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：

⑴液壓離合器和制動(dòng)器適用于作用力不大于50MN，接觸摩擦面上有較大的環(huán)行速度，且自動(dòng)化控制時(shí)接通次數(shù)大于20spm的曲柄熱模鍛壓力機(jī)。

⑵液壓離合器和制動(dòng)器也可用于對(duì)現(xiàn)有的鍛壓設(shè)備（作用力不大于50MN）進(jìn)行改裝，日后作為自動(dòng)化生產(chǎn)線中的壓力機(jī)。

⑶對(duì)于大作用力(不小于80MN)的曲柄壓力機(jī)，從使用方便和延長(zhǎng)摩擦材料壽命的角度來(lái)講，更適用于由ROSS公司根據(jù)TMP的技術(shù)要求生產(chǎn)的氣動(dòng)分級(jí)無(wú)沖擊接通離合器和制動(dòng)器。

⑷為了提高高速曲柄熱模鍛壓力機(jī)氣動(dòng)摩擦離合器和制動(dòng)器摩擦部件的使用壽命，還可以在其他方面做改進(jìn)，完善空氣和水冷系統(tǒng)，采用制動(dòng)能量回收裝置（用于加速和制動(dòng)壓力機(jī)曲柄─滑塊機(jī)械裝置），使用先進(jìn)的摩擦材料。試驗(yàn)證明，保障離合器平緩（二級(jí)）接通和空氣制冷更有效可提高15%的氣動(dòng)離合器單次接通次數(shù)。