上海江南造船厂于1961年成功地制造了我国第一台万吨水压机,这台水压机的制造成功,为我国的锻造事业跨进世界先进行列起了重要作用。它是锻造万吨巨轮发动机主轴、大型发电机转子轴、大型轧钢机架、炮管及导弹壳等不可缺少的设备。水压机工作时的优点是力量大、施力缓慢均匀、无震动,因此被锻造的钢铁内部结构密实、有韧性、不易断裂。
图6-5是水压机的工作原理示意图,工作水来源于相互接通的低压容器和水箱,其压强为大气压强。低压水进入高压水泵,经吸取加压后进入高压容器。再利用空气压缩机加压,推动其流入主缸和升降缸,加压后的水的压强大约为350个大气压(3.5×107帕)。图6-5所示的情况是主缸柱塞拾起过程的一个瞬时时刻。开停阀是控制水压机的工作步骤和开、停机用的,在左位置时,水压机主缸柱塞向下压锻件。在右位置时,升降柱塞提起主缸柱塞。在中间位置时,水压机停止工作。
水压机的工作过程是首先把开停阀手柄放在右边位置上,这时高压水通过三通接头,由管a经管b进入升降缸,于是高压水顶起动横梁和主缸柱塞,主缸中的水被推挤,经管C和管d、d′流入低压容器,再返回水箱。然后搬动开停阀手柄放在左边位置上,这时高压水经三通接头由管a和管c进入主缸,向下压柱塞,当柱塞下端的上砧接触锻件时,水压机开始锻造工作。这时升降缸中的水被推挤,经管b和管C进入低压容器,再返回水箱。重复以上过程,就可以对锻件连续进行锻造。完成锻造任务后,把开停阀手柄再搬到“右”端位置,顶起主缸柱塞,运走锻件后再把开停阀手柄放在“停”的位置,这就封闭了高压容器流动管1,使水压机停止工作,于是完成了一个整工作过程。
水压机的工作原理是帕斯卡定律。虽然原理比较简单,但制造工艺比较复杂,技术要求比较严格,属于大型设备。它的主机质量为2200多吨,高32米,有40000多个零件。较大组成部件有六个主缸,四个大立柱,三个横梁。要承担这样的压重,其基础要打入地下40多米。
水压机的主缸结构是用6个分缸代替一个大主缸,这是为了让它能产生几个不同的压力,同时避免制造工艺上的困难。主缸内的水压强很大,如果用一个大主缸,要求它能产生12000吨(1.2×108牛)的压力,按3.5×107帕的压强(相当于350公斤/厘米2)计算,需要直径为2.1米的大缸。对于这样大的缸,要求承担这样大的压强,不仅制造技术上有很大的困难,而且材料强度也很难满足要求。采用六个分缸,则每个分缸柱塞只要产生2000吨(2×107牛)的压力即可。对于这样的要求,只用0.83米直径的缸就可以,这就解决了制造缸的困难,同时又降低了对材料强度的要求。把一个大主缸分为6个分缸,在使用时可以根据不同的要求,改变使用缸的个数,分别产生4000吨、8000吨和12000吨的压力,这样锻件既可根据要求用不同的压力一次锻造,又可以采取递增压力来锻造,使锻造出的工件均匀、密实。
水压机的四根大立柱每根大约高18米,粗1米2,质量约90吨,立柱上有几个5吨的大螺帽。上横梁、下横梁及动横梁每个都有几百吨。
水压机的供水系统是由能产生350公斤/厘米2(约3.5×107帕)的12台高压水泵组、16个高压容器,几百个高低压阀门组成。对高压部分的各种零件要求高度精密,以防高压水漏出。(漏出的高压水柱冲力很大,具有很大的破坏性,对建筑、设备及人身都有危险)水压机使用时要求控制准确。对于这样的设备,使用安全是非常重要的。
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