專利名稱：自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自由鍛造液壓機，特別涉及自由鍛造液壓機的機架。
背景技術：
自由鍛造液壓機是鍛造行業(yè)生產鍛件的關鍵設備。傳統(tǒng)的自由鍛造液壓機為三梁 四圓柱非全預應力機架結構，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架劇烈振動和晃動。圓形張立柱既作為機架又作為拉桿，還 作為活動橫梁的導向體，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 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 作用于內側固定螺母處的角彎矩等靜力載荷。同時，由于活動橫梁圓導套的點接觸應力狀 態(tài)而引起的不均勻磨損和導向間隙增大，任一側的兩根立柱都不可能均勻受力，即會導致 單根立柱承受偏心載荷。因而，圓形張立柱成為液壓機最易破壞的零件，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)簡單地應用在上述三梁四圓柱非全預應力機架 上，或將焊接結構的三梁四圓柱式普通油壓機作為鍛造壓機使用，造成焊縫開裂、油缸漏 油，導致壓機使用和維護成本較高。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度沒有 得到根本改變；有的雖然改成了全預應力機架，但由于延用傳統(tǒng)的四柱式結構，仍不可能提 高壓機中心線任兩側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。同時，四柱式結構仍然存在著象傳統(tǒng)水壓機一樣的不利操作環(huán)境工藝適應性差、不 易接近中心、鋼錠進出空間小，可操作性和可視性差等。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉 桿預應力機架，解決傳統(tǒng)三梁四圓柱非全預應力機架整體剛度、抗疲勞強度、抗偏載能力和 工藝適應性較差，以及壓機維護成本高的問題。本發(fā)明的具體技術方案是—種自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，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 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，按照設計規(guī)定的預緊力和預緊方法，通過預緊螺母使所述高強度拉桿全長上產 生預緊拉力，同時對所述上橫梁、下橫梁和所述空心矩形立柱施加預緊壓力，從而構成雙柱 預應力組合受力機架；兩個所述空心矩形立柱的形心連線相對壓機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，兩端部為懸突結構，其
3形心連線相對壓機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度拉桿的數(shù)量，可根據(jù)壓機噸位選擇5 根、6根、7根、10根、16根，每根所述高強度拉桿的直徑在(M60 240mm間，材料的許用 應力彡700MPa，安全系數(shù)> 2. 5。所述高強度拉桿靠近立柱四壁，向內側、前后側布置，所述高強度拉桿的布置形式 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。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，有以下優(yōu)點和有益效果。本發(fā)明有別于鍛造工廠現(xiàn)使用的自由鍛造液壓機的受力機架，采用本發(fā)明所構成 的自由鍛造液壓機，拉桿應力的變化幅值僅為最大載荷應力的15 %，預應力偏差低于3 %， 較傳統(tǒng)三梁四圓柱水壓機提高了壓機整體剛度、抗疲勞強度和可靠性。同時，還有良好的壓 機性能和工藝操作性。本發(fā)明的原理和結構不僅可以應用于各種噸位的自由鍛造液壓機，而且也可以推 廣應用于所有適合工藝的立式液壓機上，并可對傳統(tǒng)鍛造壓機進行改造，從而帶來諸多有 益效果可降低設備重量，減少投資費用，減少設備占地面積和地坑深度，簡化了設備基礎， 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 了維修費用等。本發(fā)明將直接導致一種具有節(jié)能降耗利好的現(xiàn)代自由鍛造液壓機的實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的雙柱斜置式受力機架布置示意圖；圖3是本發(fā)明的多拉桿的布置示意圖；圖4是本發(fā)明的雙柱斜置式機架預緊程序示意圖；圖5是本發(fā)明的預應力組合機架拉桿和立柱(梁)力-變形圖。下面結合附圖通過實施例對本發(fā)明做詳細說明。
具體實施例方式如圖1所示，一種自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，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度拉桿5和預緊螺母7組 成。所述空心矩形立柱2為兩個，高強度拉桿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。按照設計規(guī)定的預緊力和預緊方法，通過預緊螺母7、墊圈6使所述高強度拉桿5 全長上產生預緊拉力，同時對所述上橫梁1、下橫梁4和所述空心矩形立柱2施加預緊壓力， 從而構成雙柱預應力組合受力機架。置于每根所述空心矩形立柱2中的所述高強度拉桿5的數(shù)量，可根據(jù)壓機噸位選擇5根、6根、7根、10根、16根，每根所述高強度拉桿5的直徑在(M60 240mm間，材料 的許用應力彡700MPa，安全系數(shù)> 2. 5。如圖3所示，高強度拉桿5的布置原則是盡可能靠近遠離中性軸的立柱四壁，向 內側、前后側分布。所述高強度拉桿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板9。如圖1、2所示，整個機架座于兩個整體式基礎梁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和基礎梁8—起與基礎內的地 錨裝置錨固。變張力拉桿預緊力的計算變張力拉桿預緊力的計算方法是，若每根立柱有n根拉桿，則第i根拉桿的預緊力 Pi為:Pi = K(n_i)Pj式中P」——每根拉桿最終要求的預緊力，即全部預緊完畢后，拉桿應達到的拉伸 力。i側立柱中預緊順序的自然排列數(shù)。K一一為拉桿與立柱和上、下橫梁的剛度系數(shù)，對于確定的液壓機結構，K為常數(shù)。雙柱斜置式機架預緊程序采用兩套預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 同時預緊左右立柱上的相鄰編號的兩根拉桿，并且一次預緊到位。(1)預緊螺母油缸力的計算按照變張力預緊方法，計算出每根拉桿在預緊時所需的拉力和預緊螺母油缸的工 作介質壓力。(2)施加預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；按照電測實施方 案，將應變片和導線及儀表裝置全部安裝到位；對機架的精度進行測量和調整，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，按照每次同時預緊兩根立柱上的相鄰 編號的兩根拉桿順序進行預緊。(4)按圖4編號順序依次對左右兩側拉桿螺母進行預緊，使預緊螺母的表壓力均 達到規(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)檢查機架精度，安裝防松裝置。下面就本發(fā)明的具體技術方案作進一步的說明1) 一種自由鍛造液壓機的雙柱斜置式預應力機架，包含自由鍛造液壓機的雙柱斜 置式組合機架和多拉桿預緊件。在任一臺自由鍛造液壓機上，采用特殊構造的雙空心矩形 立柱和上、下橫梁構成組合機架，將多根高強度拉桿置于空心立柱中，并穿過上、下橫梁，按 設計照規(guī)定的預緊力和預緊方法，通過預緊螺母使拉桿全長上產生預緊拉力，同時對上、下橫梁和立柱施加預緊壓力，從而使整個組合機架處于應力預緊狀態(tài)；將雙空心矩形立柱的形心連線與壓機工作臺移動方向的中心線成某一角度斜置布置，并將該機架作為安裝液壓 缸、活動橫梁、導向裝置、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 構成一臺自由鍛造液壓機的本體部分。2)雙柱斜置式多拉桿預應力組合受力機架的兩個空心矩形立柱設計，是在全長上 為中空的長方形橫截面，兩端部為懸突結構，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。從材料力學分析可知，在橫截面面積相同的情況下，使材料遠離中性軸 的空心矩形橫截面構件的抗彎面積慣量，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。即使是四根矩形截面立柱，將任一側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構特性的一根整體立柱的1/4。這種空心結構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開口，將冷空氣吸入，使聚集在在立柱內部的熱氣 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8個相互垂直的平面，供安裝耐磨導 板，為活動橫梁提供了一個堅固、剛性的和低接觸應力的平面導向體。3)所述的上、下橫梁為鑄造結構，采用計算機三維有限元分析軟件(FEM)接觸問 題分析法，對雙柱預應力機架進行整體結構優(yōu)化設計，使機架的變形和應力獲得了精確的 求解，預測出鍛造過程中的結構的應力狀態(tài)及其變形趨勢，優(yōu)化受力框架的結構，確定其在 最佳強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、下橫梁實施預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 殊的細節(jié)設計，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 允許偏心矩加載實時檢測，以避免梁、柱部分部位的應力集中現(xiàn)象。4)置于每根所述空心立柱中的高強度拉桿的數(shù)量，可根據(jù)壓機噸位選擇。實踐證 明，采用多根拉桿優(yōu)于只用一根拉桿可用較小的液壓預緊缸，分別預緊每根拉桿；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，產生的彎曲 應力影響較小；由于橫截面積小，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 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)所述的預緊力設計和預緊方法有別于任何壓機受力機架預應力設計按最大 鍛造力和最大允許偏心距設計、調整和設定拉桿的預應力，預緊系數(shù)為1. 35，即預緊力是工 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，梁的高度方向受壓縮后 的變形不可忽略，計算的被壓縮構件的尺寸應包括上、下橫梁和立柱的的相應高度尺寸；采 用兩套特殊的預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 時預緊左右立柱上的相鄰編號的兩根拉桿，并且一次預緊到位；采用變張力法在應力實時 監(jiān)測下進行預緊，每根拉桿在預緊時所需的拉力不同，全部預緊完成后，達到平均載荷的拉 力，均勻一致的預應力，偏差低于3 %。理論和實踐證明，這種機架結構具有較高的整體剛性、抗疲勞強度、承載能力和安 全可靠性。上、下橫梁的內側不再需要固定螺母，預緊后，不開縫，無需重復緊固外側螺母， 拉桿永無磨損。根據(jù)虎克定律，拉桿和被預緊構件(立柱和梁)之間的力和變形量應滿足圖5所示關系。工作時，立柱承受壓應力和彎曲應力，拉桿承受拉應力，其最大和最小拉應力的變化幅值僅為最大載荷應力的15%。國外同類設備中的拉桿在使用了 30多年后，經過 測試拉桿的預應力偏差仍在10%以下。在整機壽命周期內不會產生立柱斷裂事故，各個構 件的使用壽命因此而延長，大大降低了設備維修費用和壽命周期成本。
6)雙柱斜置式布置必須以適當?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生的巨大的彎曲應力和壓 應力，并且能夠達到很好的平衡和穩(wěn)定性。
權利要求
一種自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，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，按照設計規(guī)定的預緊力和預緊方法，通過預緊螺母(7)使所述高強度拉桿(5)全長上產生預緊拉力，同時對所述上橫梁(1)、下橫梁(4)和所述空心矩形立柱(2)施加預緊壓力，從而構成雙柱預應力組合受力機架；兩個所述空心矩形立柱(2)的形心連線相對壓機工作臺移動方向的中心線成α角度斜置。
2.按照權利要求1所述的自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，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，兩端部為懸突結構，其形 心連線相對壓機工作臺移動方向的中心線的夾角α在55° 75°之間。
3.按照權利要求1所述的自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，其特征在 于置于每根所述空心矩形立柱(2)中的所述高強度拉桿(5)的數(shù)量，可根據(jù)壓機噸位至少 選擇5根，每根所述高強度拉桿(5)的直徑在160 Φ 240mm間，材料的許用應力> 700MPa, 安全系數(shù)>2. 5。
4.按照權利要求1所述的自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，其特征在 于所述高強度拉桿(5)靠近立柱四壁，向內側、前后側布置，所述高強度拉桿(5)的布置形 式至少有兩排。
5.按照權利要求1所述的自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，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板(9)。
6.按照權利要求1所述的自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，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。
全文摘要
自由鍛造液壓機雙柱斜置式多拉桿預應力機架，涉及鍛造液壓機。本發(fā)明解決傳統(tǒng)機架整體剛度、抗疲勞強度、抗偏載能力和工藝適應性較差的問題。本發(fā)明的特征在于所述立柱是兩個空心矩形結構，多根高強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，通過預緊螺母使所述拉桿全長上產生預緊拉力，同時對上橫梁、下橫梁和所述立柱施加預緊壓力，從而構成雙柱預應力組合受力機架；兩個空心矩形立柱的形心連線相對壓機工作臺移動方向的中心線成α角度斜置。本發(fā)明不僅可應用于自由鍛造液壓機，而且也可應用于適合工藝的立式液壓機上，并可對傳統(tǒng)鍛造壓機進行改造。
文檔編號B21J13/04GK101823114SQ201010161389
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權日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