30 t 操作机电机泵组布置优化

郭 璞，韦朝强，李兆凯，杜真一，魏太春，史海博，陈 波

（西部超导材料科技股份有限公司，陕西西安 710000）

0 引言

操作机的主要运动形式包括钳杆平升降、左右移、左右摆、上下倾、左右旋和大车前进、后退等，通过操作机与快锻机的联动控制可大幅度提高锻造生产效率。操作机在工作过程中，锻坯在外力的作用下沿竖直方向运动至下砧，在快锻机与下砧的共同作用下达到对锻坯控性、控性的目的。操作机的性能直接影响着锻件延展过程中，获得的材料质量。锻造工艺的改变与新开发，对操作机使用性能和维修效率提出更高要求，如何在劳动强度不大的前提下，维修耗时最短，让设备迅速恢复生产，一直是锻造人研究的主要方向。

杨文玉等人针对操作机顺应性能评价与优化方法进行研究，应用Matlab 计算函数曲面，给出了一种有效的操作机本体结构参数设计性能优化和评价方法[1]。周斌等人设计了锻造操作机大车行走电液比例控制系统，利用AMESim 软件建立了大车行走液压控制系统的物理仿真模型[2]。郭加宁等人针对20 MN 锻造操作机大车行走液压控制系统的动态特性，利用AMESim 软件建立操作机大车行走液压控制系统的仿真模型，分析了空载和额定负载工况下操作机大车行走系统的动态特性[3]。李现友等人提出具有节能特点的优化液压系统改造方案[4]。

1 旧设备的不足

某厂30 t 操作机投用已近10 年，优化前的行走和旋转电机泵组布置如图1 所示。操作机行走及旋转电机泵组位于油箱下方，这种电机泵组存在不足。

（1）散热效果差。由于2 电机泵组布置相对集中，在工作过程中置于密闭空间中，空气流动性差，电机和液压泵热量无法正常散出，导致液压油温升过快，液压元件密封损坏失效，动作异常，特别是夏季，经常需要停机等待油温冷却至工作区间。

（2）维修停机耗时长。空间受限，由于2 电机泵组体积较大，行走驱动装置维修操作空间不足，造成拆卸和安装操作困难；位置受限，天车等设备无法直接使用，需要加工专用杠杆，增设配重，方可进行，存在安全风险。

（3）故障点排查困难。在2 电机泵组周围狭小空间内分布有许多控制、供液、高、低压油路，还有行走阀块和电缆桥架等，人员通行受限，不利于日常巡检过程中故障点的及时发现。

2 布置优化方案

充分借鉴目前主流的操作机电液系统—电机泵组布置方式，在保证设备性能和功能的前提下，提出了一种布置优化方案并加以实施，旨在解决30 t 操作机电机泵组在布置方面的不足，设计汇流阀块，优化行走阀块布置，确保两侧行走马达动作的同步性。

新方案是在操作机末端设计一平台，将2 电机泵组移出并安装于平台上，通过连接板与操作机墙板和地板焊接，平台的宽度和长度都进行仔细计算，避免影响拖链和围栏，三维模型如图2 所示。

图1 优化前布置

3 有限元仿真

为了保证平台强度，针对方案进行了多次结构优化和有限元仿真，考虑到现场工况，特设置了动载荷系数。应力和位移分布如图3 所示。

由图3 应力分布可看出最大应力出现在连接处：66.35 MPa 材料为Q235B，安全系数约为3.5 倍，满足强度要求。最大位移出现在最末端，考虑到悬臂结构的特点，与墙板连接质量直接决定方案的实施效果。

图2 优化后电机泵组布置

4 安装与使用

由于整个平台是焊接在操作机末端，为了保证焊接质量，关键连接部位现场拼焊，消除误差间隙，确保连接可靠。待平台安装完成后，组装电机泵组、定位阀块、配置液压管路、连接线缆、安装围栏等，实际装配如图4 所示。

图3 应力与位移分布

优化过后，行走、旋转两电机泵组散热不良也得到了极大改善，更换耗时减少一半；维修更换过程中，天车等设备可以直接使用，不再受到位置限制，提升了维修效率，减少人员操作难度和劳动强度，停机耗时也大大缩短。

5 结束语

本优化方案的顺利实施，形成了此类操作机电液系统布置优化改造全流程体系，为以后相近设备优化升级改造提供基础和可借鉴案例。

图4 优化后安装