郝建光

(太原重型機(jī)械(集團(tuán))有限公司技術(shù)中心，山西030024)

鍛造起重機(jī)是太重的主要產(chǎn)品之一。在20世紀(jì)70年代我公司生產(chǎn)過(guò)320 t和200 t鍛造起重機(jī)。2007年開(kāi)始先后為一重、中信重機(jī)、泰安山口設(shè)計(jì)生產(chǎn)了550 t鍛造起重機(jī)，配套使用470 t的翻料機(jī)，是目前最大規(guī)格的鍛造起重機(jī)。還為邢臺(tái)中機(jī)、馬鋼、武鋼東北特鋼等配置了200 t、300 t、180 t不同規(guī)格的鍛造起重機(jī)。鍛造起重機(jī)作為一種特種起重機(jī)，為了滿足鍛造工藝要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全保護(hù)等方面有別于其它起重機(jī)。由于鍛件規(guī)格種類繁多，所以有的鍛造廠配套兩臺(tái)相同規(guī)格的鍛造起重機(jī)，以方便在鍛造大型環(huán)形鍛件時(shí)采用兩臺(tái)鍛造起重機(jī)通過(guò)抬桿由兩臺(tái)翻料機(jī)同時(shí)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)翻料。如果是軸類零件，通常用一臺(tái)起重機(jī)由主、副鉤配合翻料機(jī)翻料，實(shí)現(xiàn)鍛壓、拔長(zhǎng)等工藝。

如果鍛造車間同時(shí)配置有鍛造起重機(jī)和鍛造操作機(jī)，在鍛造大型零件時(shí)可以配合使用。在不需要副鉤參加鍛造時(shí)，可以將鍛造起重機(jī)做成雙梁?jiǎn)涡≤嚱Y(jié)構(gòu)，例如東北特鋼的200t/50t鍛造起重機(jī)，其副鉤只用于檢修及地面工件的吊運(yùn)，不參加鍛造。

下面通過(guò)對(duì)鍛造起重機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的介紹，可以更好的了解它，以便于在工作中更好的利用它的各種性能。

1 鍛造起重機(jī)的結(jié)構(gòu)型式

通常鍛造起重機(jī)采用三主梁四軌雙小車結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。由橋架、主小車、副小車、起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、主副吊具、翻料機(jī)和司機(jī)室裝置等部件組成。為了防止鍛件拔長(zhǎng)時(shí)鋼絲繩脫離卷筒繩槽，主、副小車起升機(jī)構(gòu)的卷筒均平行于主梁方向，翻料機(jī)掛在主鉤上，通過(guò)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鋼錠或鍛造套筒轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)翻料。在副鉤下掛鏈輪鏈條裝置，配合翻料機(jī)支承鍛件或鍛造套筒。壓機(jī)進(jìn)行自由鍛造時(shí)，灼熱鍛件的壓縮量較大，為了防止將水壓機(jī)的部分壓力通過(guò)鍛件傳到起重機(jī)上，在上滑輪組、翻料機(jī)和副鉤上均設(shè)有緩沖彈簧，在主起升機(jī)構(gòu)中設(shè)有機(jī)械松閘和電氣松閘裝置。司機(jī)室掛在主梁的下方，電氣控制元件放在主梁內(nèi)部的電氣間里，設(shè)有司機(jī)室和遙控兩種操作方式，現(xiàn)場(chǎng)操作主要以搖控為主。在副小車上配置的小鉤只用于地面設(shè)備的吊運(yùn)，不參與鍛造也不設(shè)緩沖彈簧。在地面有、無(wú)鍛造操作機(jī)的情況下都可選用這種型式。這種配置的特點(diǎn)是可以用鍛造起重機(jī)或操作機(jī)進(jìn)行鍛造，也可實(shí)現(xiàn)特殊情況下的聯(lián)動(dòng)。另一種型式是雙梁?jiǎn)涡≤嚱Y(jié)構(gòu)的鍛造起重機(jī)，由于選用的廠家較少，就不加敘述了。

圖1 鍛造起重機(jī)結(jié)構(gòu)Figure 1 The structure of forge crane

2 鍛造起重機(jī)與常規(guī)起重機(jī)的不同點(diǎn)

常規(guī)的起重機(jī)，如鑄造起重機(jī)、板坯夾鉗、電磁掛梁、電站橋門機(jī)、干法熄焦提升機(jī)等，它們有一個(gè)共同特點(diǎn)是：最大提升載荷是固定的。是否提升由起重機(jī)自身來(lái)控制，起重機(jī)如果出現(xiàn)超載，首先是負(fù)載限制器起作用，通過(guò)控制系統(tǒng)保證起升機(jī)構(gòu)不提升載荷，達(dá)到保護(hù)起重機(jī)的目的。鍛造起重機(jī)則不同，除了起吊的載荷外，由于壓機(jī)和起重機(jī)是由兩個(gè)操作者來(lái)控制的，如果起重機(jī)不工作，壓機(jī)的操作人員仍然在進(jìn)行鍛件下壓，則壓機(jī)的下壓能力，會(huì)遠(yuǎn)大于起重機(jī)的工作能力，如果采用常規(guī)的起升機(jī)構(gòu)，就會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)破壞。為了保證在上述工況下起重機(jī)的安全，在鍛造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)中均設(shè)置機(jī)械松閘機(jī)構(gòu)和電氣松閘機(jī)構(gòu)。它的原理如下：制動(dòng)器特殊設(shè)計(jì)，帶有松閘機(jī)構(gòu)，在超載時(shí)首先通過(guò)機(jī)械松閘機(jī)構(gòu)限制制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，限制載荷不超過(guò)調(diào)定的載荷。超過(guò)該值時(shí)通過(guò)電氣松閘機(jī)構(gòu)，切換到電氣制動(dòng)狀態(tài)，將制動(dòng)器打開(kāi)，允許下降，在載荷降低到調(diào)定的載荷以下時(shí)重新實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)。

3 鍛造起重機(jī)特殊構(gòu)件簡(jiǎn)介

鍛造起重機(jī)工作時(shí)要承受較大的沖擊載荷，需要用彈簧來(lái)吸收沖擊能量，所以在滑輪組、翻料機(jī)及副鉤中均采用變截面塔型彈簧。與一般圓柱形彈簧比較，塔型彈簧具有體積小、吸收沖擊能力高的特點(diǎn)，特別適合用于外形尺寸受限制，受力大，但又要承受強(qiáng)烈沖擊的機(jī)械上。塔型彈簧由鋼板熱卷成，它還有一個(gè)重要特性，就是它的特性曲線(負(fù)載與變形的關(guān)系曲線)不是直線而是曲線，在小負(fù)荷時(shí)剛性較低，重負(fù)荷時(shí)剛性較強(qiáng)，這一特性使得物體接觸的瞬時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊得到顯著的降低，同時(shí)能較好的滿足機(jī)械松閘裝置對(duì)起重機(jī)的保護(hù)要求。彈簧變形量還是機(jī)械松閘裝置的動(dòng)力源，該裝置的目的是限制超載時(shí)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小，起到保護(hù)起重機(jī)的目的。

4 鍛造設(shè)備的配置及鍛造方法

鍛造車間通常配置有壓機(jī)(水壓機(jī)或液壓機(jī))，鍛造起重機(jī)，鍛造操作機(jī)，加熱爐等。從現(xiàn)有裝備看，鍛造起重機(jī)、翻料機(jī)與壓機(jī)通常采用表1所示的配置。

由于鍛件規(guī)格種類多，所以有的鍛造廠配套兩臺(tái)相同規(guī)格的鍛造起重機(jī)，方便在大型鍛件鍛造時(shí)兩臺(tái)翻料機(jī)配合動(dòng)作。

如果鍛造車間同時(shí)配置有鍛造起重機(jī)和鍛造操作機(jī)，在鍛造大型零件時(shí)可以配合使用。

表1 鍛造車間配置Table 1 The configuration of forge shop

5 翻料機(jī)

翻料機(jī)是鍛造起重機(jī)實(shí)現(xiàn)翻料的工作裝置，主要由上部懸吊裝置、翻料機(jī)構(gòu)、下部傳動(dòng)裝置和機(jī)架四部分組成。上部懸吊裝置的目的是設(shè)一組緩沖彈簧，實(shí)現(xiàn)減振和緩沖。翻料機(jī)構(gòu)由電機(jī)、力矩限制器、制動(dòng)器、蝸輪蝸桿減速機(jī)、開(kāi)式齒輪及鏈輪鏈條組成，通過(guò)鏈條帶動(dòng)鍛件轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)翻料。電磁力矩限制器由于體積小，調(diào)控方便，是翻料機(jī)構(gòu)中的首選，通常用24 V直流電壓控制，力矩的大小靠調(diào)節(jié)電壓的高低來(lái)控制，可在司機(jī)室實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。減速機(jī)為平面二次包絡(luò)蝸輪蝸桿減速機(jī)。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副是一種新型環(huán)面蝸桿付，它是以一個(gè)平面為母面，通過(guò)相對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)，包絡(luò)出環(huán)面蝸桿的齒面，再以蝸桿的齒面為母面，通過(guò)相對(duì)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)出蝸輪的齒面。它的特點(diǎn)是，環(huán)面蝸桿付與蝸輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)多，蝸桿齒面磨削而成，硬度≥50HRC，精度也很高，接觸線的總長(zhǎng)度長(zhǎng)，齒面潤(rùn)滑角大，嚙合中易生成動(dòng)壓油膜，減少齒面磨損。具有承載能力大，使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，適合于重載傳動(dòng)，比漸開(kāi)線蝸輪蝸桿減速機(jī)好。

6 翻料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和需要注意的問(wèn)題

翻料機(jī)構(gòu)是鍛造起重機(jī)所特有的機(jī)構(gòu)，計(jì)算選擇元件的前提是必須滿足機(jī)構(gòu)的工作要求，必須考慮鍛件鍛造中出現(xiàn)的工藝載荷，例如工件偏心造成的附加載荷，部分工裝的重量。通常翻料機(jī)構(gòu)工作制為M6(重級(jí))，電機(jī)和力矩限制器可用下面的方法確定，其它元件依據(jù)電機(jī)功率來(lái)確定。

1)翻料電機(jī)的選擇計(jì)算

電動(dòng)機(jī)可按下式進(jìn)行初選：

式中Gn——翻料載荷(指最大鍛件的重量)，單位t；

Gz——需要與鍛件同時(shí)翻轉(zhuǎn)的最大工裝重量，單位t；

V——翻料機(jī)鏈條的回轉(zhuǎn)線速度，單位m/min；

η——機(jī)構(gòu)效率；

P——電機(jī)功率，單位kW。

2)力矩限制器的選擇

力矩限制器的作用是在超載時(shí)對(duì)翻料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，力矩限制器的最大力矩的選擇要考慮電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，應(yīng)不低于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的兩倍。電機(jī)的力矩為：

式中M——電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，單位Nm；

n——電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min；

P——電機(jī)功率，單位kW。

3)翻料電機(jī)的復(fù)核

在實(shí)際鍛造中工況千差萬(wàn)別，翻料的最大翻轉(zhuǎn)力矩出現(xiàn)在軸類零件的開(kāi)坯階段。將鋼錠鍛成軸，先要壓出鉗口，裝入套筒，見(jiàn)圖2。為了將鋼錠的鉗口裝入套筒中，兩者的直徑會(huì)有較大的差值，會(huì)導(dǎo)致工件與套筒的不同心，產(chǎn)生附加翻料轉(zhuǎn)矩。翻料的部位在套筒上，而不是工件，這個(gè)力矩很大，且具有很大的隨機(jī)性，套筒直徑的大小也直接影響翻料機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的最大翻轉(zhuǎn)力矩。電機(jī)和力矩限制器提供的力矩要能滿足最大翻轉(zhuǎn)力矩的要求，如不夠，應(yīng)給以修正。翻料機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮工藝載荷，這是鍛造起重機(jī)與其它起重機(jī)的不同點(diǎn)之一，要特別關(guān)注。

圖2 坯料翻轉(zhuǎn)Figure 2 Turn over blank

7 鍛造起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的特殊規(guī)定和調(diào)試要求

鍛造起重機(jī)作為特種起重機(jī)，對(duì)機(jī)構(gòu)的調(diào)試也有許多特殊要求。

靜載試驗(yàn)：起重機(jī)靜載按1.4Gn加載，主副小車起升試驗(yàn)分別進(jìn)行。試驗(yàn)主小車起升時(shí)副小車開(kāi)到橋架端部，試驗(yàn)副小車時(shí)起升主小車開(kāi)到橋架端部。

動(dòng)載試驗(yàn)：按1.2Gn加載，保證1.0Gn時(shí)不松閘，主小車主起升機(jī)構(gòu)，當(dāng)起重量超過(guò)1.2Gn時(shí)松閘裝置開(kāi)始打滑。

翻料機(jī)試驗(yàn)：將翻料機(jī)掛在主鉤上，翻轉(zhuǎn)鏈條懸掛在副鉤上，并下降到工作位置，然后應(yīng)抬起相當(dāng)于1.2倍最大鍛件重量的整個(gè)試件，做翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)。通常工件直徑比較大，翻轉(zhuǎn)會(huì)很輕松。實(shí)際鍛造中工況千差萬(wàn)別，比如圖2中的工況，需要根據(jù)翻料機(jī)的能力，對(duì)套筒直徑提出適用范圍。由于鍛造起重機(jī)的試驗(yàn)載荷為1.4倍的額定載荷，大于GB/T5905《起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序》中3.3.1.3條所規(guī)定的起重機(jī)試驗(yàn)載荷為1.25倍的額定起重量的要求，這一點(diǎn)也要特別注意。

[1] GB3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2] JB/T7688.10 鍛造起重機(jī).

[3] GB/T5905 起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范和程序.