孫 烈

(中國科學(xué)院 自然科學(xué)史研究所，北京 100190)

0引言

大型自由鍛造液壓機(jī)是生產(chǎn)曲軸、大型化工容器、軋輥、機(jī)器主軸、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)護(hù)環(huán)、高壓鍋爐汽包和許多軍工產(chǎn)品的重要零部件的關(guān)鍵設(shè)備。其數(shù)量、品種、等級和產(chǎn)量，不僅是一些工廠和行業(yè)實(shí)力的顯示，也被視作一個(gè)地區(qū)或者一個(gè)國家的工業(yè)基礎(chǔ)和制造能力的標(biāo)志。因此，包括萬噸水壓機(jī)在內(nèi)的大型液壓機(jī)往往被視為重大技術(shù)裝備，備受重視。

冷戰(zhàn)格局形成后，大型液壓機(jī)的發(fā)展受到軍備競賽與重工業(yè)發(fā)展的帶動(dòng)。蘇聯(lián)更是高度重視重型機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，蘇聯(lián)共產(chǎn)黨中央委員會(huì)和蘇聯(lián)部長會(huì)議曾經(jīng)要求“推廣先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展各種先進(jìn)設(shè)備的生產(chǎn)，特別是強(qiáng)大的機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)與鍛壓機(jī)的生產(chǎn)”［1］。

20世紀(jì)50—60年代，蘇聯(lián)技術(shù)向中國轉(zhuǎn)移。相應(yīng)地，中國重大技術(shù)裝備的來源主要有兩種:一是直接從蘇聯(lián)或東歐國家進(jìn)口，二是測繪仿造或者引進(jìn)圖紙仿造。50年代初期，工業(yè)部門與軍事部門已考慮到從蘇聯(lián)進(jìn)口萬噸水壓機(jī)的可能性。而且，中國優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)與國防工業(yè)，大型水壓機(jī)自然受到青睞。鑒于當(dāng)時(shí)薄弱的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)實(shí)力，特別是與水壓機(jī)配套的大型鋼鐵廠和機(jī)器廠未建成，決策者采取了相對穩(wěn)妥的發(fā)展策略——以引進(jìn)蘇聯(lián)或捷克的設(shè)備為主，從仿制中小型水壓機(jī)入手，逐步消化吸收國外重型機(jī)器制造技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)自給。［2］

本文主要依據(jù)國家機(jī)械檔案館、江南造船廠檔案館和上海重型機(jī)器廠檔案館的資料，并結(jié)合沈鴻等編著的具有技術(shù)總結(jié)性質(zhì)的《上海12000噸鍛造水壓機(jī)安裝手冊》和《12000噸鍛造水壓機(jī)》②《上海12000噸鍛造水壓機(jī)安裝手冊》為內(nèi)部手冊，《12000噸鍛造水壓機(jī)》初稿約于1963年完成，因“文革”等原因拖延至1980年，由機(jī)械工業(yè)出版社正式出版。提供的一些信息，考察了這臺(tái)水壓機(jī)從技術(shù)準(zhǔn)備到設(shè)計(jì)和制造的過程。

1 技術(shù)準(zhǔn)備

1958年秋，沈鴻挑選了技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的江南造船廠(以下簡稱“江南廠”)為試制單位。水壓機(jī)制成后，將成為新建的上海重型機(jī)器廠(以下簡稱“上重廠”)的核心設(shè)備。

沈鴻以江南廠的技術(shù)力量為主組建了設(shè)計(jì)班子——上海萬噸水壓機(jī)設(shè)計(jì)室，沈鴻任總設(shè)計(jì)師。他還抽調(diào)國家經(jīng)委機(jī)械局的林宗棠擔(dān)當(dāng)副總設(shè)計(jì)師，作副手。林宗棠1949年畢業(yè)于清華大學(xué)機(jī)械系，曾在東北工作期間發(fā)起組織高速金屬切削等技術(shù)革新活動(dòng)，后擔(dān)任過沈陽第一機(jī)床廠第一副廠長、國家經(jīng)委副處長。江南廠設(shè)計(jì)科輪機(jī)股副股長徐希文也深受沈鴻賞識，任水壓機(jī)設(shè)計(jì)室技術(shù)組組長。徐畢業(yè)于大連工學(xué)院，工作后又在上海交大由蘇聯(lián)教授開設(shè)的研究生班進(jìn)修，參加過蘇聯(lián)萬噸輪“西比利采夫”號大修等任務(wù)。江南廠的副總工程師邵炳鈞也曾短期參加了水壓機(jī)的設(shè)計(jì)工作③后來因?yàn)椤?3”型潛艇和萬噸“東風(fēng)”輪等重點(diǎn)任務(wù)的需要，邵炳鈞返回到原工作崗位。。設(shè)計(jì)組中的孫錦榮、戴同鈞、金竹青、宋大有、陳端陽、楊炳炎、黃繩甫、徐承谷、葉俊德、江寶根等技術(shù)人員也來自江南廠。為支援水壓機(jī)任務(wù)，上海機(jī)電設(shè)計(jì)院選派了胡森昌、丁忠堯、陸忠源、夏榮元等人參加進(jìn)來。在這個(gè)充滿朝氣的團(tuán)隊(duì)中，挑大梁的林宗棠32歲，徐希文27歲，其他人多數(shù)?都是30歲上下，年輕、熱情、勤奮、敢干是他們的共同特點(diǎn)。①2007年8月，筆者曾赴上海訪談徐希文先生，得以了解設(shè)計(jì)組成員的部分信息。

當(dāng)時(shí)國內(nèi)裝備有水壓機(jī)并已形成生產(chǎn)能力的有三家龍頭企業(yè):沈陽重型機(jī)器廠、富拉爾基重型機(jī)器廠和太原重型機(jī)器廠。1958年秋，由沈鴻帶隊(duì)，部分設(shè)計(jì)人員北上調(diào)研。在水壓機(jī)的生產(chǎn)或施工現(xiàn)場，他們一邊測繪，一邊了解設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)中的問題。沈鴻等人還發(fā)現(xiàn)了正在安裝調(diào)試的國內(nèi)最大的鍛壓設(shè)備——捷克造的6000噸水壓機(jī)，存在潤滑系統(tǒng)不完善、水壓機(jī)壓力噸位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不夠靈活、水壓機(jī)的基礎(chǔ)存在設(shè)計(jì)不合理等問題。更重要的是，他們獲得了不少水壓機(jī)的技術(shù)資料，其中有蘇聯(lián)的6000噸和10000噸水壓機(jī)的總圖與部分零件圖。表1匯集了技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過程中常用的一些參考資料(為敘述方便，下文以序號代替對應(yīng)的資料名稱，例如“資料4”表示《蘇聯(lián)機(jī)器制造百科全書》8卷)，囊括了當(dāng)時(shí)所能見到的國內(nèi)外專業(yè)期刊和公開出版物，其中有些是來自蘇聯(lián)和捷克的資料，有些是國內(nèi)的工廠和設(shè)計(jì)單位的技術(shù)文檔。

表1 萬噸水壓機(jī)設(shè)計(jì)組搜集的部分參考資料

在設(shè)計(jì)室剛成立不久，就有人主張走仿造的路線——直接照搬國外的設(shè)計(jì)［4］。然而，北上調(diào)研之后，大家心里對技術(shù)上存在的困難認(rèn)識得更加清楚，主要技術(shù)瓶頸歸于以下三個(gè)方面:

(1)現(xiàn)有的中小型加工設(shè)備無法滿足常規(guī)的制造大型水壓機(jī)的技術(shù)方案，必須有針對性的突破。國外制造同類機(jī)器，大型機(jī)床、大型熱處理爐、大型起重機(jī)等設(shè)施要先齊備，可是這些基礎(chǔ)條件當(dāng)時(shí)在上海尚不具備。

(2)必須在材料選用方面有所突破，否則按常規(guī)方案將無法實(shí)現(xiàn)制造。水壓機(jī)立柱與橫梁的選材尤為突出。國外大型水壓機(jī)的立柱都是整體鍛造，上海當(dāng)時(shí)尚未裝備大水壓機(jī)，立柱的用材只能考慮鑄鋼。橫梁的外形巨大，部分零件的重量可達(dá)數(shù)百噸，上海雖有不少中小鋼鐵廠，但是都沒有生產(chǎn)大型鑄鍛件的設(shè)備和廠房，最大鑄件能力只有十幾噸，再大就不能確保其機(jī)械性能。

(3)缺少一手的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。大型水壓機(jī)零部件達(dá)上萬個(gè)，技術(shù)環(huán)節(jié)多而復(fù)雜;而且許多零部件在工作中承受大負(fù)荷、高溫和高壓，技術(shù)性能要求較高。所獲資料和調(diào)研結(jié)果缺少大量關(guān)鍵性的技術(shù)細(xì)節(jié)。

總之，當(dāng)時(shí)的工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)條件決定了直接照搬照抄現(xiàn)成的技術(shù)方案看似簡單，實(shí)為一條死路。在沈鴻看來，現(xiàn)實(shí)條件決定了自制萬噸水壓機(jī)不可能一蹴而就。［5］為了慎重起見，他們前后做了兩臺(tái)模型機(jī)、一臺(tái)1200噸和一臺(tái)120噸的試驗(yàn)水壓機(jī)，按照這樣的排序，上海萬噸水壓機(jī)可被看作是設(shè)計(jì)組完成的第五臺(tái)水壓機(jī)。

2 設(shè)計(jì)

萬噸機(jī)的設(shè)計(jì)不等同于對試驗(yàn)機(jī)的等比例放大，即便是相同的部件，在材料、結(jié)構(gòu)和使用等方面也會(huì)有很大的差別。1959年底取得兩臺(tái)試驗(yàn)機(jī)的成功后，萬噸機(jī)的設(shè)計(jì)工作正式啟動(dòng)。

設(shè)計(jì)中，總設(shè)計(jì)師沈鴻抓全面工作，把握大方向，同時(shí)負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)、水壓機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和安裝工藝的設(shè)計(jì)。副總設(shè)計(jì)師林宗棠兼任設(shè)計(jì)組組長，協(xié)助沈鴻抓全面工作;同時(shí)，還負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)、下橫梁設(shè)計(jì)、制造工藝、水壓機(jī)測試和試驗(yàn)等具體的技術(shù)任務(wù)。徐希文在設(shè)計(jì)組中任副組長和技術(shù)組組長，承擔(dān)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)也最多，主要負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)、上橫梁和活動(dòng)橫梁設(shè)計(jì)、液壓閥的設(shè)計(jì)、超重運(yùn)輸車輛設(shè)計(jì)、水壓機(jī)測試和試驗(yàn)等。林、徐二人專業(yè)基礎(chǔ)好、懂外語的特長在設(shè)計(jì)中都得到了發(fā)揮。其他技術(shù)人員也有明確的分工:孫錦榮負(fù)責(zé)立柱的設(shè)計(jì);宋大有、戴同鈞和金竹青負(fù)責(zé)焊接工藝設(shè)計(jì)和焊接試驗(yàn);陳端陽主攻熱處理;葉俊德、黃繩甫和徐承谷承擔(dān)水壓機(jī)電氣設(shè)備及控制的設(shè)計(jì);丁忠堯、江寶根參與設(shè)計(jì)主閥和液壓系統(tǒng);楊炳炎、陸忠源和夏榮元等主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)輔助部件;胡森昌參與立柱實(shí)驗(yàn)和部分總體設(shè)計(jì);幾位女技術(shù)人員主要負(fù)責(zé)繪圖和一些輔助性工作。①徐希文先生向筆者介紹設(shè)計(jì)組成員的分工情況。

水壓機(jī)一般由本體、動(dòng)力系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)三大部分組成。本體即水壓機(jī)主機(jī)，一般包括機(jī)架、液壓缸、運(yùn)動(dòng)及導(dǎo)向裝置以及其他輔助裝置。立柱與橫梁是構(gòu)成水壓機(jī)本體的最基本的幾個(gè)大件。本體通常都被視為水壓機(jī)的主題，而上海萬噸水壓機(jī)的本體也是最能體現(xiàn)設(shè)計(jì)思路和技術(shù)特色的部分。

2.1 本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖1 上海12000噸水壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖［6］

確定本體的結(jié)構(gòu)是一臺(tái)水壓機(jī)全部設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。從當(dāng)時(shí)國外已裝備的大型鍛造水壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來看，幾乎都采用立式三橫梁四立柱式。在多數(shù)參考資料中，設(shè)計(jì)分析與數(shù)據(jù)計(jì)算也多以立式三橫梁四立柱結(jié)構(gòu)為例。因此，對上海水壓機(jī)設(shè)計(jì)人員來說，采用這種結(jié)構(gòu)(圖1)進(jìn)行設(shè)計(jì)不僅具有技術(shù)上的合理性，還可以充分利用搜集到的資料和考察結(jié)果，從而在一定程度上降低設(shè)計(jì)難度。

采用同樣結(jié)構(gòu)的機(jī)架，并不意味著設(shè)計(jì)就可以照抄。特別是分段焊接立柱和“整體焊接式”橫梁一度成為困擾這臺(tái)水壓機(jī)設(shè)計(jì)最大的難題。設(shè)計(jì)人員根據(jù)理論計(jì)算并結(jié)合實(shí)驗(yàn)，初定以鋼板代用材料和焊接為主的技術(shù)方案(表2)。經(jīng)反復(fù)斟酌，沈鴻贊同了這樣的技術(shù)路線:

本體的設(shè)計(jì)受到了廠房高度變更的影響。上海水壓機(jī)的設(shè)計(jì)與廠房的設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。在本體的初步設(shè)計(jì)完成后，廠房的高度卻要縮減。降低廠房高度在當(dāng)時(shí)看來實(shí)屬“多快好省”之舉?！按筌S進(jìn)”時(shí)期，各地基建工程遍地開花。在資源非常有限的條件下，廠房的設(shè)計(jì)與施工普遍追求“簡易快速，加快建設(shè)”。于是，廠房按鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合鋼混結(jié)構(gòu)建造，高度定為35.6米，行車軌道則從24米高被調(diào)整到20米高，降低了4米之多。廠房和行車高度的降低，必然要導(dǎo)致水壓機(jī)的高度隨之降低。相應(yīng)的，四根立柱與三個(gè)橫梁的高度也要縮減。在當(dāng)時(shí)看來，這樣的變更毫無疑問是利大于弊的。然而事實(shí)上，由此給水壓機(jī)的設(shè)計(jì)造成了始料不及的不利影響。

表2 上海12000噸水壓機(jī)主要參數(shù)1)

續(xù)表2

2.2 立柱的設(shè)計(jì)

水壓機(jī)的立柱是整個(gè)水壓機(jī)最重要的部件之一。立柱不但要連接三個(gè)橫梁，構(gòu)成本體的封閉框架;同時(shí)，還要兼具活動(dòng)橫梁的導(dǎo)向功能。上海萬噸水壓機(jī)立柱的設(shè)計(jì)在吸收、借鑒其他水壓機(jī)的同時(shí)，也形成了自身“短粗”的特點(diǎn)。

立柱設(shè)計(jì)的難度之一，就是要使其能夠承受大而復(fù)雜多變的載荷。關(guān)于解決偏心載荷和立柱的導(dǎo)向功能，在國外文獻(xiàn)中不難找到，特別是資料13和15中有比較詳細(xì)的對比分析。設(shè)計(jì)人員注意到了上述文獻(xiàn)，他們的分析及圖例均是從中直接摘錄來的。(［6］，1—10頁)

上海水壓機(jī)的立柱選用了錐套式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以消除下部的應(yīng)力集中。設(shè)計(jì)人員之所以如此看重這一因素，源于設(shè)計(jì)組在前期考察時(shí)了解到的一則情況。一重廠水壓機(jī)車間蘇聯(lián)造1250噸水壓機(jī)因設(shè)計(jì)缺陷，應(yīng)力集中造成立柱特別容易斷裂。

國外設(shè)計(jì)資料為確定立柱的尺寸提供了依據(jù)與參照。資料4的作者推薦“極大型水壓機(jī)(10000—20000噸)的機(jī)柱，內(nèi)孔直徑達(dá)300—700公厘”。設(shè)計(jì)人員對比資料1、4和16時(shí)發(fā)現(xiàn)，國外設(shè)計(jì)的中心尺寸與外徑之比(內(nèi)外徑比)在20%—30%之間，而且中心孔徑不超過250毫米，如表3所示。

表3 幾臺(tái)鍛造水壓機(jī)的立柱數(shù)據(jù)

但是，設(shè)計(jì)人員作了大膽嘗試，將上海水壓機(jī)內(nèi)外徑比增加到了43%，遠(yuǎn)超出其他的水壓機(jī)。如此考慮，主要是針對上海的材料供給情況。因?yàn)?，消耗相同重量的材料，這樣做可以獲得更大的外徑和更高的強(qiáng)度，利于材料的選擇和使用。

本研究結(jié)果顯示，高危因素中發(fā)生率最高為妊娠期高血壓，妊娠期高血壓占比，與其他因素相比，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)婦的各項(xiàng)指標(biāo)均顯著優(yōu)于常規(guī)組產(chǎn)婦的各項(xiàng)指標(biāo)；實(shí)驗(yàn)組新生兒多項(xiàng)結(jié)局均優(yōu)于常規(guī)組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。通過本研究結(jié)果基本可以明確圍產(chǎn)期保健中妊娠期高血壓的篩查發(fā)生率較高，所以在臨床中必須根據(jù)這一癥狀做到全面性預(yù)防和治理措施。

在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員至少參考了7種模型與方法。經(jīng)過比較，最后用羅扎諾夫(Розанов)在資料1中的計(jì)算方法(［6］，45—50頁)。這種方法雖然計(jì)算起來相對繁雜，但是考慮的因素比較全面，更接近實(shí)際的工作狀況。經(jīng)過驗(yàn)算，該水壓機(jī)的立柱內(nèi)外徑分別被確定為:外徑930毫米和內(nèi)徑400毫米。與其他同級水壓機(jī)的立柱相比，明顯要粗壯一些。

立柱的縱向尺寸受到了廠房高度的影響。資料4中有四柱式鍛造水壓機(jī)的若干設(shè)計(jì)參數(shù)，將上海水壓機(jī)的相關(guān)參數(shù)與之并列對照，如表4所示(表中［上海］系指上海萬噸水壓機(jī))。對比可知，上海萬噸水壓機(jī)的橫向尺寸，如立柱中心距大致符合資料4的數(shù)據(jù);而縱向尺寸基本上是比照10000噸水壓機(jī)的參數(shù)來設(shè)計(jì)的，顯得略微低矮一些。

表4 上海水壓機(jī)與推薦資料的部分參數(shù)比照

立柱的尺寸設(shè)計(jì)對水壓機(jī)的整體以及橫梁的設(shè)計(jì)影響很大。除去活動(dòng)橫梁的工作行程、工作臺(tái)與上下砧的高度及工件的預(yù)留空間外，立柱的上下橫梁相應(yīng)部位的設(shè)計(jì)高度值分別只有2.4米與2.5米，應(yīng)力集中現(xiàn)象比較明顯。

圖2 鍛-焊立柱結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)計(jì)的立柱長17.69米，重約80噸。設(shè)計(jì)時(shí)，反復(fù)推敲了選材和工藝路線。國外一般選用中碳鋼或中碳合金鋼的大型鋼錠(約200噸左右)，用大型水壓機(jī)整體鍛造為立柱毛坯。此方案材料性能最好，工藝路線簡單，國外大型水壓機(jī)的設(shè)計(jì)一般首選此方案。但是，這個(gè)方法需用約200噸重的鋼錠在萬噸水壓機(jī)上鍛制，上海根本沒有選用此方案的可能性，只能放棄。

設(shè)計(jì)人員受到東北6000噸水壓機(jī)的啟發(fā)，決定用焊接法拼接制造大立柱，主要的難點(diǎn)在于合理劃分大立柱，使各部分既利于焊接操作，又能保證整體的機(jī)械性能。最初，沈鴻提出順著立柱的縱向進(jìn)行劃分和拼接，將鍛成扇形斷面的長條鋼，焊接成一個(gè)空心圓柱(圖2)。這種所謂“組筷式”劃分方法據(jù)說源于沈鴻受到手中的一把筷子的啟發(fā)［7］。此法雖是奇思妙想，但在工程上并不取巧，其最大問題在于不利于焊接操作，焊接質(zhì)量也難于保證。另外，鍛造長條鋼需要東北的廠家協(xié)作，成本高，周期長。

用鍛焊法遇到困難后，設(shè)計(jì)組多方打聽，找到了來華的民主德國冶金專家孔歇爾(von Wolfgang Küntscher und Hanns)。1958至1959年，孔歇爾作為冶金部鋼鐵研究院顧問，指導(dǎo)上海鍋爐廠使用代用材料生產(chǎn)高壓容器。①一機(jī)部技術(shù)司:《關(guān)于統(tǒng)籌安排解決電站設(shè)備用鋼立足于國內(nèi)于采用“拼代”方法解決電站設(shè)備大型鑄鍛件等的意見》，1959年，國家機(jī)械檔案館，全宗號221，目錄號10，案卷號75:第3頁。據(jù)沈鴻回憶:

有一個(gè)德國人說，鑄鋼和鍛鋼沒有本質(zhì)上的區(qū)別，如果鑄鋼質(zhì)量好就不比鍛鋼差;如果鍛鋼的質(zhì)量不好，還不如鑄鋼。水壓機(jī)柱子可以分段拼焊起來，這是德國人孔歇爾的意見。②《沈鴻副部長講話(記錄摘要)》，1965年，國家機(jī)械檔案館，全宗號221，目錄號6，案卷號58:第9頁。

孔歇爾建議采用20MnV鑄鋼作水壓機(jī)立柱的材料，以“分段拼焊”的方法制造整根立柱(圖3)。1959年在上海召開全國焊接會(huì)議期間，劉鼎向沈鴻介紹了哈爾濱坦克廠用拼焊工藝制造炮塔的經(jīng)驗(yàn)，隨后還從工廠派人去上海進(jìn)行指導(dǎo)［8］。

圖3 鑄-焊立柱結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)兩臺(tái)試驗(yàn)水壓機(jī)驗(yàn)證，選用20MnV鑄鋼在技術(shù)上是可行的，并且鑄焊法比鍛焊法對設(shè)備的要求低，成本也低。于是，用鑄焊結(jié)合“以小拼大”的方法脫穎而出。

2.3 橫梁的設(shè)計(jì)

水壓機(jī)的三個(gè)橫梁是指上橫梁、活動(dòng)橫梁和下橫梁。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)同樣在于材料的選用和結(jié)構(gòu)。大型水壓機(jī)橫梁一般都以鑄鋼為材料，每個(gè)橫梁的重量都在100—200噸以上，下橫梁甚至達(dá)到300噸以上。這樣超大的構(gòu)件，很難使用整體澆鑄的方法來制造。國外一般都設(shè)計(jì)為“鑄鋼組合式”的結(jié)構(gòu)，先分塊鑄造，再用大螺栓實(shí)現(xiàn)機(jī)械組合。

上海萬噸水壓機(jī)的三個(gè)橫梁最初考慮的也是組合式方案。參照資料3等［9］，設(shè)計(jì)人員將下橫梁設(shè)計(jì)為7塊鑄鋼件，用螺栓連接后，總重將達(dá)到驚人的540噸。若選取此方案，不僅難以克服制造問題，而且也會(huì)面臨運(yùn)輸和安裝等困難。

在分析、計(jì)算和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員大膽采用了“整體焊接式”的結(jié)構(gòu)。按照這一方案，鋼板將被直接焊接為橫梁整體，而不再分塊組合。不僅制造工藝將大大簡化，還能省去緊固螺栓等連接件，節(jié)約原材料，減輕橫梁自重。此方案無疑將是一次重大的設(shè)計(jì)變更，一旦成功實(shí)施，三個(gè)橫梁和水壓機(jī)本體都將為之改變。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也注意到新結(jié)構(gòu)帶給焊接、熱處理和機(jī)加工等后續(xù)制造環(huán)節(jié)的壓力。在綜合考量了江南廠的焊接優(yōu)勢，“以小干大”的機(jī)械加工方法的可行性，以及整個(gè)水壓機(jī)的工程進(jìn)度、性能和造價(jià)等因素之后，最終上海萬噸水壓機(jī)的三個(gè)橫梁都采用了“整體焊接式”的方案。

下橫梁是整個(gè)水壓機(jī)本體的底座，也是三個(gè)橫梁中體積最大的一個(gè)，長度可達(dá)10米左右。下橫梁不僅要承受水壓機(jī)的全部壓力，一般還附設(shè)移動(dòng)式工作臺(tái)和頂出器等裝置，其內(nèi)部應(yīng)力變化情況復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度很大。

根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，橫梁多為中空的箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部按照一定的規(guī)律排布大小不等的筋板，以提高剛度，減少應(yīng)力集中。上海水壓機(jī)吸納了國外資料中的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。設(shè)計(jì)人員為梁體選擇了簡單、常見的兩端懸伸的箱形結(jié)構(gòu)。

橫梁有4個(gè)直孔分別對應(yīng)4根立柱，這4個(gè)孔稱之為柱套。為了確保橫梁有足夠的強(qiáng)度和剛度，柱套和橫梁的高度都不宜太小。因此，高度是下橫梁尺寸設(shè)計(jì)的一處關(guān)鍵。蘇聯(lián)的斯托羅熱夫的著作建議下橫梁的高度應(yīng)是機(jī)柱(立柱)直徑的2.5—3.5倍［10］，大型水壓機(jī)因受力大，這個(gè)比值有時(shí)達(dá)到4倍左右。根據(jù)這臺(tái)水壓機(jī)930毫米的立柱直徑，下橫梁柱套的高度應(yīng)在2.3米至3.7米之間。但是，由于這臺(tái)水壓機(jī)的整體高度受限，下橫梁柱套的設(shè)計(jì)高度僅2.4米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他萬噸級水壓機(jī)柱套的高度，見表5。

表5 幾臺(tái)大型鍛造水壓機(jī)下橫梁主要尺寸比較

為了適當(dāng)增大下橫梁的高度，梁體被設(shè)計(jì)成“不等高”型，中段高度達(dá)到了3.2米。即便如此，與其他同級水壓機(jī)相比，下橫梁的高度仍不算突出。強(qiáng)度和剛度的計(jì)算表明，“不等高”的設(shè)計(jì)雖然改善了橫梁整體的力學(xué)性能，但是由于中部比兩側(cè)的柱套高出0.8米，導(dǎo)致中部到柱套之間的過渡顯得過陡，在過渡區(qū)會(huì)不可避免地存在應(yīng)力集中區(qū)域。此處的隱患只好留至制造環(huán)節(jié)再想辦法解決。

上橫梁、活動(dòng)橫梁與下橫梁有相似之處，因各自功能不同，設(shè)計(jì)也不盡一致。上橫梁連接立柱上端，主要承受鍛壓時(shí)的全部反作用力。此外，上橫梁還要安裝工作缸，工作缸的大小、數(shù)量及受力位置的分布等因素在上橫梁設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)一并考慮。

上海萬噸水壓機(jī)上橫梁的設(shè)計(jì)參考了德國建造的10000噸水壓機(jī)和捷克的12000噸水壓機(jī)的設(shè)計(jì)，但是它們之間的差別也很大。在表6中，上海萬噸水壓機(jī)上橫梁柱套的設(shè)計(jì)高度為2.5米，而梁體的高度為3.9米，高度差達(dá)到1.4米。另兩臺(tái)水壓機(jī)的高度差分別為0.95米和0.85米。由此不難判斷，上海水壓機(jī)上橫梁從柱套至中段會(huì)出現(xiàn)比較突出的應(yīng)力集中問題。

上橫梁過高實(shí)屬不得已而為之，目的在于滿足梁體強(qiáng)度和剛度的要求。這臺(tái)水壓機(jī)有6個(gè)工作缸，每個(gè)缸都要在上橫梁內(nèi)部占據(jù)一個(gè)大孔腔，再加上設(shè)計(jì)所需的其他較大的孔腔，如此多的孔腔很容易導(dǎo)致橫梁的性能下降。其次，受所選材料的限制，橫梁的上下底板過于單薄，厚度僅有120毫米。在柱套高度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料機(jī)械性能都一時(shí)難以提高的情況下，增大上橫梁高度是改善性能的最有效的手段。但也由此造成了上橫梁和柱套的過渡角度太陡，應(yīng)力過于集中的問題。技術(shù)人員只好采取在過渡部位加焊三角形加強(qiáng)筋板、堆焊增大過渡圓角、開孔平衡應(yīng)力分布，以及對焊縫冷作硬化，提高表面硬度等多種補(bǔ)救措施。

表6 水壓機(jī)上橫梁主要尺寸示例(毫米)

設(shè)計(jì)者除了關(guān)注上橫梁的整體性能，許多細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)也煞費(fèi)苦心。例如，由于工作缸較多，加強(qiáng)筋板的形狀和位置的設(shè)計(jì)非常不易，既要考慮到工作缸支承面的剛度均勻分布，又要照顧到焊接操作的簡便易行。

活動(dòng)橫梁是水壓機(jī)的幾個(gè)大件中，唯一作大行程運(yùn)動(dòng)的部件。上海萬噸水壓機(jī)活動(dòng)橫梁的筋板布置不盡合理，這與一次設(shè)計(jì)變更有關(guān)?；顒?dòng)橫梁最初的設(shè)計(jì)比照了12缸的1200噸實(shí)驗(yàn)水壓機(jī)，設(shè)置筋板也是按12個(gè)柱塞支承面區(qū)域來考慮的。萬噸機(jī)改為6缸是在活動(dòng)橫梁的毛坯做好之后，重做一個(gè)100多噸的毛坯將會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。權(quán)衡之后，設(shè)計(jì)人員打算就在這個(gè)毛坯上做些修改，但是筋板的布置已經(jīng)無法徹底改變。這就導(dǎo)致了部分筋板不在柱塞支承面受力的中心，橫梁的強(qiáng)度和剛度都受到削弱。此外，由于該水壓機(jī)的活動(dòng)橫梁要連接6個(gè)柱塞，橫梁的大開孔較多，這也造成活動(dòng)橫梁的性能降低。

綜合來看，在上海萬噸水壓機(jī)的設(shè)計(jì)中，立柱、橫梁的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與選材取得了突破。由于立柱與橫梁等主要部件都采用焊接方案①6只主工作缸也采用鑄-焊工藝。，全焊結(jié)構(gòu)成為這臺(tái)大機(jī)器重要的技術(shù)特征。新結(jié)構(gòu)的提出與江南廠的生產(chǎn)特點(diǎn)也有一定聯(lián)系。近代以來，焊接成為制造艦船的一種重要手段，而船廠一般都擁有一批技術(shù)水平較高的焊接專業(yè)人員。1947年江南廠曾采用全部焊接的方式制造了排水量為3255噸的“伯先”號鋼質(zhì)海輪［11］;1956年該廠也曾按蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)成功制造了艇身為全焊結(jié)構(gòu)的03型魚雷潛艇;1958年建成全焊結(jié)構(gòu)的8930噸“和平28號”海輪。受到造船的啟發(fā)，造船廠的技術(shù)人員和技術(shù)工人在橫梁設(shè)計(jì)時(shí)萌生了全焊的想法。

3 制造

進(jìn)入到制造階段后，江南廠以生產(chǎn)一線的人員為主力，成立了萬噸水壓機(jī)工作大隊(duì)，機(jī)械加工、焊接、熱處理、起重運(yùn)輸?shù)榷喙しN加入，技術(shù)方面仍由林宗棠和徐希文負(fù)責(zé)，重要的焊接、機(jī)械加工、起重運(yùn)輸?shù)裙しN則由唐應(yīng)斌、袁章根、袁斌海和魏茂利等經(jīng)驗(yàn)豐富的技師分別負(fù)責(zé)。

大型零部件的制造，事關(guān)上海萬噸水壓機(jī)的成敗，立柱和橫梁的加工更是全部制造環(huán)節(jié)中的重中之重。立柱與橫梁的加工采用的主要技術(shù)手段是電渣焊接技術(shù)和“螞蟻啃骨頭”的機(jī)械加工技術(shù)。

3.1 電渣焊接技術(shù)的運(yùn)用

萬噸水壓機(jī)的幾個(gè)大件的焊接操作歸納起來大致有三個(gè)特點(diǎn):

第一是難度大。焊縫普遍存在厚、長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況。焊縫厚度一般在8厘米至0.3米之間，個(gè)別處厚達(dá)0.6米;長度一般為1.5至4米，而下橫梁蓋板的一處焊縫就長達(dá)10米;立柱接頭處是由環(huán)形斷面組成，橫梁因全部是由鋼板拼接，空間狹窄，丁字型和十字形接頭密布;而且由于都是大件(例如下橫梁重達(dá)260噸)，焊接中工件翻身十分困難。

第二是質(zhì)量要求高。立柱、橫梁和工作缸是水壓機(jī)本體的主要部件，絕大多數(shù)的焊縫和接頭都需要承受很大的力，因此要求焊縫必須全部焊透;再者因焊縫多，需控制好結(jié)構(gòu)變形，例如18米立柱的中心偏差須控制在20毫米以內(nèi)。

第三個(gè)是工作量大。以焊接長度來衡量，僅橫梁和立柱的焊縫總長加起來就有1300米左右(［6］，154頁)，全部工件的焊接總量占水壓機(jī)全部制造工作量的30%［12］。

焊接這些又厚又長的焊縫，當(dāng)時(shí)常用的電弧焊接，無論是手工焊，還是半自動(dòng)焊或自動(dòng)焊，不僅工藝難度極大，而且質(zhì)量不易保證、效率低下，難以勝任。水壓機(jī)設(shè)計(jì)組提出選用新的焊接方法——電渣焊接。

電渣焊接(也稱熔渣焊)技術(shù)源于蘇聯(lián)［13］，是烏克蘭科學(xué)院巴頓焊接研究所①另譯為:巴東電焊研究所。于20世紀(jì)40年代末的一項(xiàng)重要發(fā)明［14］。電渣焊接技術(shù)具備的最大優(yōu)點(diǎn)是可焊工件的厚度很大，而且效率也很高。此項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，使得大斷面的焊接成為可能，這就為利用焊接制造大型構(gòu)件提供了有利條件。

中國于20世紀(jì)50年代中期開始從蘇聯(lián)引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)，在焊接設(shè)備、材料和工藝等幾方面尚未完全掌握。雖然國內(nèi)已有幾家單位開展了電渣焊接的研究，但是成功的實(shí)例都是針對某一個(gè)零部件，材料和工藝相對單一。對水壓機(jī)制造者來說，掌握并熟練運(yùn)用電渣焊工藝具有挑戰(zhàn)性。制造“全焊結(jié)構(gòu)”的大型水壓機(jī)，不僅工作量大，而且材料不同，焊縫復(fù)雜，工藝差別大，如此情況即便在蘇聯(lián)也未見先例。

江南造船廠當(dāng)時(shí)只有2臺(tái)蘇聯(lián)的電渣焊機(jī)，技術(shù)人員希望能夠添購幾臺(tái)焊機(jī)，但是隨著中蘇關(guān)系日趨緊張，靠進(jìn)口已幾乎不可能。江南廠決定，拆其中一臺(tái)進(jìn)行測繪、仿造，共仿了7臺(tái)。該廠設(shè)備動(dòng)力科的技術(shù)人員有針對性地改造了EAC-1000型自動(dòng)焊機(jī)的機(jī)頭部分，使送絲機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)更適合橫梁長縫焊接和立柱大截面環(huán)縫焊接的需要。焊接材料的選擇也只能立足于國產(chǎn)，經(jīng)過不同焊絲和焊劑的比較試驗(yàn)，選定了上海焊條廠的H10Mn2焊絲和“上焊-102”焊劑。

下橫梁是水壓機(jī)一個(gè)最大的部件，全重260噸，需由大小不等的100多塊鋼板拼成，焊縫種類很多，既有平焊縫、直焊縫，也有斜焊縫，經(jīng)常相互交叉，非常復(fù)雜。特別是橫梁的蓋板下面有4條10米長的筋板，中間又有不少橫隔板。這樣的結(jié)構(gòu)和焊縫只能用熔嘴電渣焊的方法來焊接。即便如此，如果這四條10米焊縫不能同時(shí)焊接同時(shí)到頭，整個(gè)結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力就會(huì)過大，會(huì)產(chǎn)生變形，甚至崩裂。

立柱和工作缸等鑄鋼件的焊接也有相似的情況發(fā)生。四根立柱每根分作8—11段，每段是直徑為0.95米、重約10噸的空心圓柱，然后用絲極電渣焊逐段焊接在一起。每根立柱的接頭為7—10個(gè)，焊接后18米內(nèi)的中心偏差不得超過20毫米。分段的數(shù)量偏多顯然不利于控制焊接質(zhì)量，但是對提供鑄鋼件的上鋼三廠來說，10噸的重量已經(jīng)接近該廠技術(shù)能力的極限，難以保證更大鋼錠的質(zhì)量。

焊接質(zhì)量是“全焊結(jié)構(gòu)”能否成功的關(guān)鍵。宋大有、唐應(yīng)斌等人從實(shí)驗(yàn)入手，并在生產(chǎn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步掌握了電渣焊的工藝措施與焊接規(guī)范。部分的實(shí)驗(yàn)和試生產(chǎn)在制造1200噸水壓機(jī)時(shí)就已經(jīng)開始，隨著工作的不斷深入，許多問題已超出文獻(xiàn)所及。為此，沈鴻稱贊焊接研究室有“許多創(chuàng)造”(［5］，5頁)。其中最具代表性的成果有:長縫與丁字形角接縫的熔嘴電渣焊工藝、熔嘴的尺寸與形狀的選擇、雙絲與三絲的電渣焊機(jī)機(jī)頭、環(huán)縫焊絲電渣焊工藝、特大軋焊與鑄焊零件的變形控制、熔嘴的定位與絕緣、冷卻成型板及其支撐裝置、環(huán)縫電渣焊的切割與收尾技術(shù)，以及正火—回火的熱處理等。為了確保質(zhì)量，焊接試驗(yàn)室引進(jìn)超聲探傷技術(shù)。技術(shù)人員還自制了“江南I型”超聲探測儀，并摸索出了一套適用的超聲波探傷的使用規(guī)范，再配合理化取樣檢驗(yàn)等技術(shù)手段，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

在確保質(zhì)量的同時(shí)，焊接工藝的設(shè)計(jì)還需巧妙地照顧工人的操作。尤其是焊接橫梁時(shí)，焊工需要進(jìn)入到梁體內(nèi)腔操作，工作既辛苦又危險(xiǎn)。技術(shù)人員在橫梁的上下蓋板上的適當(dāng)位置割開一些工藝孔?？椎牟课缓苡兄v究，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，受力較大的部位不能開孔，避免降低橫梁的強(qiáng)度。

“全焊結(jié)構(gòu)”的大件注定要使用“超?！钡臒崽幚硎侄?，必須要建成“超常”的熱處理爐。爐子首先要大，能容納10米長、8米寬、重260噸的下橫梁，也能讓18米長的立柱整根放入。其次，爐子的性能須滿足工藝要求，升溫、均溫、保溫、冷卻等各個(gè)步驟必須按設(shè)定好的時(shí)長，而且每個(gè)厚大的零件都應(yīng)均勻受熱。一個(gè)流程下來的連續(xù)作業(yè)時(shí)間少則20—30小時(shí)，多則上百小時(shí)。

上海重型機(jī)器廠專門組建了大爐子設(shè)計(jì)小組，負(fù)責(zé)加熱爐的設(shè)計(jì)與工程實(shí)施。設(shè)計(jì)人員從多個(gè)方案中選擇了兩種簡易的整體單拱式燃煤熱處理爐，一種容積大，一種則更長，分別用于橫梁和立柱的熱處理。

由于沒有專用的起重、運(yùn)輸設(shè)備，只好臨時(shí)采取特殊措施運(yùn)送大件進(jìn)出爐子。在所有大件中，最難于處理的是體積和重量最大的下橫梁。為此，徐希文巧妙地設(shè)計(jì)了一臺(tái)300噸重載平板軌道車，直接用橫梁本身作車體，用工廠閑置的軸承和輪盤做輪子。實(shí)際使用時(shí)，技術(shù)人員一邊監(jiān)測軸承溫度，一邊實(shí)施冷卻和潤滑。經(jīng)計(jì)算和實(shí)測，每個(gè)軸承的性能都被用到了極限。

水壓機(jī)本體的各大件基本上都按照預(yù)定的工藝要求，完成了焊后的熱處理。這一耗時(shí)耗工的“大活”也出現(xiàn)了幾次小意外?；顒?dòng)橫梁和上橫梁進(jìn)爐后，恰逢雨季，爐溫上不去，梁體個(gè)別部位的質(zhì)量受到影響;處理下橫梁時(shí)，出現(xiàn)了鼓風(fēng)機(jī)與抽風(fēng)機(jī)的故障，升溫速度過慢，整個(gè)熱處理時(shí)間達(dá)200個(gè)小時(shí)。

3.2 “螞蟻啃骨頭”機(jī)械加工方法的運(yùn)用

機(jī)械切削加工是制造萬噸水壓機(jī)中重要的環(huán)節(jié)，也是所耗工時(shí)最多的工藝過程。與焊接過程相似，上海萬噸水壓機(jī)的“全焊結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)也給切削加工帶來了極大的困難。

首先，焊后的零件尺寸過大，沒有現(xiàn)成的機(jī)床設(shè)備能夠滿足加工的需求。焊接后的立柱長近18米，重80噸，而下橫梁的最大長度有10米，重達(dá)260噸。這樣的零件均超出既有機(jī)床的加工能力，普通的工裝夾具、量具和輔助工具也都不再適用。

其次，質(zhì)量要求高，技術(shù)難度大。其中，橫梁大平面在6米長度內(nèi)的最大不平度僅0.4毫米，要求機(jī)床導(dǎo)軌面的最大水平誤差不得超過每米0.05毫米;橫梁立柱孔的上下端面的中心距誤差不得超過每米0.10毫米，要求加工設(shè)備的直線度不得超過每米0.05毫米;立柱端面與中心線嚴(yán)格垂直，偏心跳動(dòng)小于0.05毫米;立柱滑動(dòng)部分的表面質(zhì)量接近于鏡面加工的要求①表面粗糙度小于0.8微米。(［6］，227、231 頁)。

加工立柱須有大機(jī)床。上重廠雖然新進(jìn)口了一臺(tái)捷克的15米大車床，但是仍不夠立柱的長度。技術(shù)人員對它進(jìn)行了接長改裝，用一個(gè)自制的3.5米長的底座安放尾頂針，可以實(shí)現(xiàn)車削和滾壓加工?？墒牵@臺(tái)機(jī)床畢竟不是為生產(chǎn)水壓機(jī)而購買的，它沒有加工立柱螺紋所必須的絲杠，只能靠齒條走刀來切削螺紋，而精度則依賴于操作工的能力。另外，滾壓器缺少壓力調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)刀量也只能憑經(jīng)驗(yàn)近似調(diào)節(jié)。在這樣的條件下，袁章根小心翼翼地完成了萬噸水壓機(jī)四根立柱的加工，共用時(shí)98天。(［6］，234頁)

三個(gè)橫梁的加工問題更突出。由于根本找不到合適的大型機(jī)床，技術(shù)人員只好采取“螞蟻啃骨頭”的機(jī)械加工方法。所謂“螞蟻啃骨頭”，簡單地說就是用小機(jī)床加工大零件［15］。

合適的小機(jī)床是“螞蟻啃骨頭”的基礎(chǔ)。針對加工中的兩大難點(diǎn)——橫梁的大平面和高精度立柱孔，技術(shù)人員專門設(shè)計(jì)了移動(dòng)式的牛頭銑床與直徑300毫米的活動(dòng)鏜桿等簡易機(jī)床。移動(dòng)銑床是加工橫梁的幾個(gè)大平面的主要設(shè)備，可以被放置在橫梁的表面，而無須考慮工件的裝夾等問題?；顒?dòng)鏜桿又稱“土鏜排”，使用時(shí)直接插入橫梁的立柱孔中，加工三個(gè)橫梁的12個(gè)高精度的立柱孔及柱套的上下端面。另外，技術(shù)人員還制作了一些簡易設(shè)備和刀具，解決工作缸柱塞和活動(dòng)橫梁柱塞的加工困難。

相比于特大精密機(jī)床，小機(jī)床的門檻雖低，但用好卻非常不易。小機(jī)床具有靈活、便捷的優(yōu)勢，但也存在效率低下、質(zhì)量不易控制的缺點(diǎn)。如何讓小機(jī)床揚(yáng)長避短是實(shí)施“螞蟻啃骨頭”的關(guān)鍵。兩種簡易機(jī)床的機(jī)身剛度都不高，很容易引起震顫或擺動(dòng)，影響加工質(zhì)量，被工人們形容為“油條機(jī)床”。技術(shù)人員一面設(shè)法調(diào)整機(jī)床，一面制定更合理的切削規(guī)范。加工時(shí)只好采取犧牲速度確保質(zhì)量的思路，降低銑刀的進(jìn)刀速度。盡管單部機(jī)床的加工速度與加工質(zhì)量不可兼得，多部機(jī)床同時(shí)使用卻能夠提高效率。這種所謂“螞蟻群”的方式在加工中也得到了運(yùn)用。借助于表面足夠大的橫梁，3部機(jī)床可以被搬到橫梁上同時(shí)開工;鏜削立柱孔時(shí)，每個(gè)橫梁的4個(gè)孔也各置一部鏜桿，齊頭并進(jìn)。因?yàn)閹撞跨M桿之間不會(huì)聯(lián)動(dòng)或自動(dòng)校正，所以加工過程中需要反復(fù)測量和校正才能將鏜桿調(diào)整到位。僅下橫梁孔在最后的精鏜工序之前，袁章根等人就爬上爬下地測量了兩千余次，而完成下橫梁的平面加工則共用了17天時(shí)間。(［6］，229頁)當(dāng)時(shí)的一份匯報(bào)描述了這些問題:

上、動(dòng)、下梁立柱孔，主工作缸孔及各小缸孔的鏜削利用土鏜排進(jìn)行加工。這種鏜排本身也有很多缺陷，本身的加工不夠理想，存在一些較大的高度差和錐度差。……鏜孔的關(guān)鍵是須保證在鏜削前中心距測量的正確性，以及鏜削過程中鏜排的穩(wěn)定。在下梁精鏜前的一次校正中，我們共花了九天九夜的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。①萬噸水壓機(jī)工作大隊(duì):《12000噸鍛造水壓機(jī)目前制造情況》，1960年，江南造船廠檔案(未編號)。

加工方法打破了常規(guī)，實(shí)施非常不易。整個(gè)制造過程用了兩年多的時(shí)間，各主要零部件的質(zhì)量都符合設(shè)計(jì)要求。1962年6月，安裝好的1.2萬噸鍛造水壓機(jī)在上海重型機(jī)器廠試車成功②上海重型機(jī)器廠:《12000噸鍛造水壓機(jī)及水泵站配套設(shè)備等聯(lián)動(dòng)試車說明》，1962年6月22日，上海重型機(jī)器廠檔案館。。

4結(jié)論

“全焊結(jié)構(gòu)”的本體設(shè)計(jì)、小設(shè)備加工大零件的制造方法是上海萬噸水壓機(jī)最突出的技術(shù)特征。塑造它們的技術(shù)路線可概括為，綜合運(yùn)用模仿、模型與實(shí)驗(yàn)等方法，有效地集成高、中、低多層次的技術(shù)。

在這里，模仿不是指設(shè)計(jì)者對自然的模擬(imitation of nature)，而是對相關(guān)技術(shù)或產(chǎn)品的仿效、復(fù)制。相對于原創(chuàng)，模仿意味著對參照對象的復(fù)制、繼承或延續(xù)，而不是否定、斷裂或飛躍。作為一種類型多樣、用途廣泛的機(jī)器設(shè)備，水壓機(jī)本身并不是中國人原創(chuàng)，在此意義上，具有實(shí)用價(jià)值的上海萬噸水壓機(jī)可算作一次成功的模仿。

然而，單純以模仿來作概括，并不能抓住這臺(tái)機(jī)器主要的技術(shù)特征。不論是從設(shè)計(jì)思路，還是從制造的技術(shù)方案來考量，這臺(tái)大機(jī)器都不是單純的仿制品。在結(jié)構(gòu)、材料、工藝等多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，技術(shù)人員針對特有的難題，分析了已知技術(shù)方案的優(yōu)劣，并且以模型與實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，進(jìn)行改進(jìn)甚至創(chuàng)造。在自制過程中，這種技術(shù)路線得以逐步明確。

首先，盡可能地搜集信息，解決設(shè)計(jì)初期面臨的主要問題。在技術(shù)準(zhǔn)備階段，沈鴻有意識地強(qiáng)調(diào)消化吸收的作用。他的團(tuán)隊(duì)以涸澤而漁的氣勢，最大限度地獲取了可能得到的信息，并且多是當(dāng)時(shí)國內(nèi)最新的資料，有些在國外也不算落伍。這些資料與現(xiàn)場考察都對最終的設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生了積極的影響。在此意義上可以說，上海萬噸水壓機(jī)的設(shè)計(jì)建立在借鑒和參考其他水壓機(jī)設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)之上。在占有資料的同時(shí)，設(shè)計(jì)人員非常注重對已有的技術(shù)成果的消化吸收，有選擇地借鑒了國外水壓機(jī)設(shè)計(jì)的規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)和方法，少走了彎路，較快地跨越了對水壓機(jī)缺乏系統(tǒng)了解這一障礙。

其次，大膽利用模型與實(shí)驗(yàn)的手段，促使技術(shù)人員敢于擺脫對仿制的依賴。在自制中，能否創(chuàng)立新的技術(shù)方案離不開一手的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的支撐。在不能用上計(jì)算機(jī)的年代，紙模型和木模型雖然略顯粗糙，卻好在因陋就簡，直觀方便。兩臺(tái)試驗(yàn)機(jī)都是真的水壓機(jī)，通過從設(shè)計(jì)到使用的完整過程，未來萬噸水壓機(jī)在結(jié)構(gòu)、材料和部分元器件的設(shè)計(jì)上就有了相對充分的依據(jù)。同時(shí)，試驗(yàn)機(jī)也可檢驗(yàn)加工工藝及設(shè)備的能力，并為最后制造、安裝萬噸水壓機(jī)積累經(jīng)驗(yàn)。全焊結(jié)構(gòu)的本體設(shè)計(jì)、小設(shè)備加工大零件的制造方法等關(guān)鍵技術(shù)莫不來源于此。如果將此前從模型，到1200噸和120噸的試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造也包括在內(nèi)，那么全部的設(shè)計(jì)工作持續(xù)了近3年。在整個(gè)過程中，事無巨細(xì)，大到功能的選取、材料的選用或結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，小至螺紋的齒形、螺帽的高度或密封圈的形狀，幾乎所有的設(shè)計(jì)都建立在大量的實(shí)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊图?xì)致的計(jì)算的基礎(chǔ)之上。這些細(xì)節(jié)表明，萬噸水壓機(jī)的設(shè)計(jì)不是簡單的技術(shù)拼湊，而且通過融會(huì)貫通去尋找在已有條件下最適用的技術(shù)方案。模型和實(shí)驗(yàn)延長了研制的周期，卻增加了最終方案的可靠性與可行性，使得掌握核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)成為可能。

第三，最大限度地發(fā)揮高、中、低不同層次的技術(shù)，以技術(shù)集成突破技術(shù)瓶頸［16］。前文論及的自制水壓機(jī)所面臨的技術(shù)瓶頸，最突出的就是缺乏足夠的高技術(shù)手段。不過，最終的技術(shù)路線卻不是創(chuàng)造出新的高端技術(shù)，而是集成了幾種既有技術(shù)，以適用性和綜合優(yōu)勢取勝。在技術(shù)集成中，高、低兩類技術(shù)的搭配與協(xié)調(diào)往往成為難點(diǎn)。“螞蟻啃骨頭”的加工技術(shù)相對簡陋而粗糙，而電渣焊接技術(shù)剛從蘇聯(lián)引進(jìn)，既新穎又先進(jìn)。這兩種不同層次的技術(shù)都不是為水壓機(jī)而發(fā)明，它們卻在世界上首次被用于制造大型水壓機(jī)。其創(chuàng)造性不在于單項(xiàng)技術(shù)的掌握，而在于二者與其他技術(shù)并用后形成的“以小攻大”的方案，最終發(fā)揮出了既有工業(yè)基礎(chǔ)的技術(shù)潛力，徹底突破了小設(shè)備制造大水壓機(jī)的藩籬。在制造中，唐應(yīng)斌、袁章根等能工巧匠也發(fā)揮了不可替代的作用。

毋庸諱言，上海萬噸水壓機(jī)的設(shè)計(jì)和制造都存在不足。比如，橫梁設(shè)計(jì)存在比較嚴(yán)重的應(yīng)力集中的問題，電渣焊接與“螞蟻啃骨頭”的效率不高，經(jīng)濟(jì)性也較差。不過，這些都不是當(dāng)時(shí)最為突出、急需解決的問題。自制萬噸水壓機(jī)的首要目的就是要解決此類重大技術(shù)裝備“有”或“無”的問題。正因如此，上海這臺(tái)大機(jī)器才會(huì)被視為中國裝備制造業(yè)，乃至中國工業(yè)發(fā)展史上的一次標(biāo)志性的成就。

重大技術(shù)裝備影響國計(jì)民生，與工業(yè)基礎(chǔ)與科技發(fā)展休戚相關(guān)。在國際競爭中，能否擁有或制造某些技術(shù)裝備，既是國家發(fā)展所需，也是國力的象征。近代以來，中國自制機(jī)器設(shè)備主要以仿制為主，少有改進(jìn)與創(chuàng)新。進(jìn)口和仿制雖能解部分燃眉之急，卻難以克服重大技術(shù)裝備涉及的技術(shù)壁壘。

上海萬噸水壓機(jī)是中國嘗試從仿制走向創(chuàng)制進(jìn)程中的一座里程碑。這臺(tái)大機(jī)器的出現(xiàn)固然離不開其獨(dú)特的時(shí)代背景，但是相比于同期的多數(shù)工農(nóng)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目和科研項(xiàng)目所表現(xiàn)出的浮夸與盲目，它的成功又顯得相當(dāng)?shù)牧眍悺Ｆ渥羁蓪氋F之處與其說是“總路線、大躍進(jìn)的產(chǎn)物”［17］，不如說是沈鴻等人恪守理性而摸索到的一條在較低技術(shù)起點(diǎn)下自制重大技術(shù)裝備的路徑。

1 (蘇聯(lián))重型機(jī)器制造業(yè)的當(dāng)前任務(wù)［J］．王鉅明，黃振華譯．重型機(jī)械，1956，1:1．

2 孫烈．20世紀(jì)五六十年代中國重型機(jī)械技術(shù)發(fā)展初探［J］．哈爾濱工工業(yè)大學(xué)(社會(huì)科學(xué)版)，2006，8(5):7—14．

3 孫烈，張柏春．沈鴻領(lǐng)導(dǎo)研制萬噸水壓機(jī)的社會(huì)因素［J］．中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)會(huì)刊，2006，4:17—27．

4 林宗棠，一萬二千噸水壓機(jī)制造成功是毛澤東思想的勝利——在實(shí)際工作中學(xué)習(xí)和運(yùn)用《矛盾論》《實(shí)踐論》的體會(huì)［J］．哲學(xué)研究，1965，1:33．

5 沈鴻．沈鴻論機(jī)械科技［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1986.3—6．

6 沈鴻．12000噸鍛造水壓機(jī)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1980.12．

7 李永新，張忠文．沈鴻——從布店學(xué)徒到技術(shù)專家［M］．北京:科學(xué)普及出版社，1989.38．

8 吳明遠(yuǎn)．勇于實(shí)踐大膽創(chuàng)新［A］．李滔，易輝主編．劉鼎［C］．北京:人民出版社，2002.299．

9 米海耶夫．水壓機(jī)設(shè)備［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1957.38．

10 斯托羅熱夫，等．蘇聯(lián)機(jī)器制造百科全書［M］．第8卷．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1955．XI-32．

11 上海社會(huì)科學(xué)經(jīng)濟(jì)研究所．江南造船廠廠史［M］．南京:江蘇人民出版社，1983.402．

12 唐應(yīng)斌，宋大有．12，000噸鍛造水壓機(jī)的焊接生產(chǎn)［J］．科學(xué)通報(bào)，1964，10:881．

13 巴頓．機(jī)器制造中的焊接技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1959.466—467．

14 方衛(wèi)民．談電渣焊接［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1958.1．

15 孫烈．“大躍進(jìn)”時(shí)期“螞蟻啃骨頭”的機(jī)械加工方法的興起［M］．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2007，9(6):6—12．

16 孫烈．上海1.2萬噸水壓機(jī)的創(chuàng)新特征及其影響因素［A］．王思明，張柏春．技術(shù):歷史與遺產(chǎn)［C］．北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2010.417—418．

17 沈鴻．總路線的產(chǎn)物［N］．解放日報(bào)，1964-09-27．