曲柄热模锻压力机气动和液压离合器

文/克里莫夫S.N，普卢茨可夫 R.N·俄罗斯伏龙涅什重型机械压力机股份公司

曲柄热模锻压力机气动和液压离合器

文/克里莫夫S.N，普卢茨可夫 R.N·俄罗斯伏龙涅什重型机械压力机股份公司

气动离合器

TMP生产的曲柄式热模锻压力机采用了单盘、双盘和三盘气动（干式）离合器，这些离合器配有专业摩擦材料加工而成的摩擦片。通过离合器的旋转部分所造成的通风效果对盘进行冷却。单盘或双盘制动器配有对非旋转盘进行冷却的水冷却装置。盘上配有摩擦材质制成的摩擦片或摩擦块。通过内部气缸控制离合器和制动器工作。离合器和制动器所处的系统中配有ROSS公司或TMP生产的空气分配器，可以保证盘与盘之间能够进行平稳无冲击啮合。图1为TMP生产的25MN热模锻气动离合器的典型结构，扭矩为950kN·m。进给压缩空气时，气缸活塞移动，离合器主动和从动摩擦盘发生动力结合，扭矩通过摩擦力从飞轮向曲柄轴传递。从气缸排出压缩空气时，主动和从动摩擦盘分开，曲柄轴从飞轮断开。

TMP多年热模锻压力机生产经验证实：只有在调试控制系统或调节制动参数出现错误的情况下，才会发生制动盘过热或由于受力不均匀造成的严重磨损；只有在接通次数过多的情况下，才会发生离合器盘过热的情况，作用力小于40MN的压力机经常发生这种情况。重型曲柄热模锻压力机投入使用后由于磨损的缘故平均每四年要更换一次离合器和制动器的摩擦元件。

图1 TMP生产的25MN热模锻的气动离合器

摩擦组件的使用寿命

摩擦组件的工作模式强度可以通过作用在单位 摩擦表面上的单位摩擦力来确定。Ortlinghaus公司正在研制用于工作行程每分钟不大于30个的滑块行程，曲柄轴转动频率为55r/min时，额定作用力为40MN的曲柄热模锻压力机可单独控制离合器和制动器的液压组件。对于离合器的这项设计，单位摩擦功率N=10.5kW/m2。对于作用力为40MN的压力机，接通数为14spm时，单位摩擦功率为4.05kW/m2。当使用传统气动离合器时，压力机上的离合器摩擦盘与离合器接通数为22spm时，摩擦盘将变得过热。

提高摩擦组件使用寿命——液压离合器

延长曲柄热模锻压力机摩擦组件的使用寿命对于每分钟工作行程次数大（如工作时采用自动化设备）和曲柄轴旋转速率高（压力机作用力不小于40MN）的压力机来说至关重要。基于在这方面，TMP和德国Ortlinghaus-Werke GmbH公司一起研制了作用于25～40MN压力机的液压离合器和制动器。

Ortlinghaus公司的摩擦部件有如下特点：薄摩擦盘数量多（不小于10），这些薄摩擦盘有专门摩擦表面和用来限制摩擦表面发热的压油槽。通过内置液压油缸连接离合器内的盘，通过弹簧使盘断开。通过弹簧连接制动器内的盘，通过液压油缸断开。研制出了带一个控制液压油缸的离合器─制动器硬联锁组件方案。图2为这类离合器─制动器的通用结构，扭矩为950kN·m，与Goizper公司的硬联锁离合器─制动器类似。

进给油到液压缸时，活塞移动需要克服制动弹簧的力，实现制动盘分开，离合器盘结合。从液压缸排出油时，活塞移动到原始位置，离合器盘分开，制动弹簧结合制动器盘，曲柄轴制动。单独渠道连续压送冷却油经过离合器和制动器摩擦盘，在接通数量大时保障元件温度正常。液压组件的主要优势在于可以限制摩擦盘发热，同时在强工作模式下能提高它们的抗磨损使用寿命。

图2 25MN压力机液压离合器—制动器结构

选择离合器

现在对于大型压力机来说还未发现单次行程数和曲柄轴转动速率增加的趋向。通常情况下，压力机即使是在自动模锻时其滑块单次行程次数也不超过6spm。对于额定作用力为165MN的压力机，离合器的单位摩擦功率不大于2.4kW/m2，大约比系列生产的带气动离合器（其摩擦盘寿命处于中等水平）的40MN曲柄热模锻压力机摩擦力小至1/1.7。对于在曲柄热模锻压力机中使用液压离合器和制动器的合理性，指出以下6点：

⑴Ortlinghaus公司生产的40MN曲柄热模锻压力机液压离合器和制动器、控制系统及液压装置的价格大约比传统气动离合器和制动器价格高80%。

⑵必须在压力机旁边布置大尺寸的液压装置，此处通常为工艺装置和自动化设备。

⑶在有径向振摆和较大径向速度时，接触面有大直径密封装置。

⑷压力机主部件连续空转情况下，摩擦盘之间有粘性摩擦或组件内有搅拌时，会产生能量损耗。

⑸同样对于系列生产的压力机，使用液压离合器时从动部分加速，或者使用制动器制动时也会产生能量损耗，约占压力机主驱动装置功率的8%～16%。

⑹摩擦材料单位压力和盘数量有限制，不能采用离合器─制动器传递大扭矩。

想要解决系列高速曲柄热模锻压力机摩擦组件使用期延长的问题，可能还要使用附加组件，即以制动能量回收原理为基础的压力机主部件加速器和制动器。这些装置的各种结构在俄罗斯和其他国家都有研制（有俄罗斯联邦版权证书和美国、日本、德国专利证书防伪保护）。Muller Weingarten公司在独立的压力机结构中使用了这一构造。现在TMP正在研究这种与传统方法相比更具优势的装置构造。值得一提的是，使用这种装置不仅可以延长摩擦盘的使用寿命，还可以减少压力机主部件加速和制动时的能量损耗。

结束语

综合TMP生产的系列压力机气动离合器和制动器的使用经验，及其他热模锻压力机厂家使用液压离合器和制动器的数据，可以得出如下结论：

⑴液压离合器和制动器适用于作用力不大于50MN，接触摩擦面上有较大的环行速度，且自动化控制时接通次数大于20spm的曲柄热模锻压力机。

⑵液压离合器和制动器也可用于对现有的锻压设备（作用力不大于50MN）进行改装，日后作为自动化生产线中的压力机。

⑶对于大作用力(不小于80MN)的曲柄压力机，从使用方便和延长摩擦材料寿命的角度来讲，更适用于由ROSS公司根据TMP的技术要求生产的气动分级无冲击接通离合器和制动器。

⑷为了提高高速曲柄热模锻压力机气动摩擦离合器和制动器摩擦部件的使用寿命，还可以在其他方面做改进，完善空气和水冷系统，采用制动能量回收装置（用于加速和制动压力机曲柄─滑块机械装置），使用先进的摩擦材料。试验证明，保障离合器平缓（二级）接通和空气制冷更有效可提高15%的气动离合器单次接通次数。