夹头--航空万吨级铝合金板张力拉伸机

由中国重型机械研究院股份公司研制的国家科技重大专项课题“航空万吨级铝合金板张力拉伸机”，已于2011年11月在重庆西南铝业（集团）有限公司竣工投产。

航空万吨级铝合金板张力拉伸机主要为大型铝加工企业所使用，以为航空航天、军工、交通运输和船舶制造等行业提供高品质的预拉伸宽厚铝合金板材料，服务产品包括：大型运输机、直升机和大型客机的机身和机翼，以及舰船甲板等。

该铝合金板张力拉伸机的最大设计拉伸力为120MN，是目前国内第一台、也是亚洲最大的铝合金板材拉伸机。作为用于我国第一条具有国际先进水平并可专业化生产的航空铝合金厚板生产线中的关键设备，该拉伸机的极限负载、大拉伸吨位下断带保护及运行精度等多项性能指标均达到目前国际领先水平。目前，除美国铝业公司达文波特轧制厂拥有136MN的拉伸机外，国际上尚没有实际拉伸力达到万吨以上的铝合金板材拉伸机得到投产应用。该拉伸机的研制成功，填补了国内铝合金厚板及特厚板拉伸机的空白，为我国航空“大飞机”项目以及国防军工的原材料供应提供了强有力的保障。

拉伸机的主要优势及性能参数

该航空万吨级铝合金板张力拉伸机具有以下重要优势：多重断带被动缓冲保护功能，可有效避免拉伸过程中工件突然断裂而对设备造成的损坏；足够的机架刚性和合理的钳口预夹紧系统，能够实现板材的均匀夹紧及均匀变形；可自动测量被拉伸板材的初始长度，以准确控制板材的延伸率精度；具有生产数据的实时采集、显示与存储功能，并可实现人机界面可视输入；可显示并存储拉伸过程中的拉伸力，以及拉伸速度动态曲线；从铝板上料到拉伸完毕，机组的整个拉伸过程全部由PLC进行程序控制。

该航空万吨级铝合金板张力拉伸机的基本性能参数为：可拉伸2～7系的铝合金板材，最大设计拉伸力达120MN，可拉伸板材最大宽度4000mm、最大厚度250mm及最大长度30000mm，钳口开度300mm，钳口负载系数63kN/mm，满负荷最小板材宽度1900mm，最大拉伸速度6mm/s，无级可调。

拉伸机的设备组成及功能

该航空万吨级铝合金板张力拉伸机机械设备组成包括：移动夹头、固定夹头、主拉伸缸装置、压梁机架总成以及缓冲复位系统、轨道和辅助承放料设备等。电气系统包括：传动控制系统、PLC控制系统、计算机系统和检测系统等。液压系统包括：具有伺服控制的主拉伸系统、移动头及固定头液压系统。

1. 拉伸机机组

拉伸机机组采用全浮动设计，解决了发生拉伸断料时巨大冲击对基础造成损坏的问题。拉伸断料时，整个机组设备可以沿轨道产生一定位移，断料后机组在缓冲复位装置的作用下迅速复位。

移动夹头和固定夹头用于拉伸板材的夹紧和固定，完成拉伸功能。夹头分别由预应力组合梁式机架、钳口组件、同步夹紧系统和车轮承载装置等组成。

拉伸机机头主机架为组合梁式预应力机架，从而有效减小了拉伸过程中的机体变形，保证了铝板的均匀夹紧及夹紧的可靠性。同时，钳口负载系数（单位宽度拉伸力）更大，满足了特厚板的拉伸需求。

同步预夹紧系统采用二次夹紧方式，在保证钳口位置同步的同时，每组钳口的预夹紧力一致，从而使钳口对铝板的夹紧均匀，有效保证了板材的均匀变形。钳口夹紧系统设有压力传感器，可对钳口夹紧力进行监测。

移动夹头和固定夹头的前端带有铝板对中装置，可实现铝板的左右、上下对中。对中调节均由位置传感器进行检测，实现了宽度自动定位控制功能。

主拉伸缸用于为板材拉伸提供动力。安装在压缩柱和移动夹头之间的两台主拉伸缸，是一种多功能的组合液压缸，具有拉伸驱动、移动夹头运行和断带缓冲减震等多重功能。

压梁总成包括：两侧压缩柱和压梁支座。两侧压缩柱各由一组支座支撑，并沿长度方向分布有等距离的插销孔，用以固定夹头。压缩柱可沿拉伸方向相对支座移动，保证断带时不损坏支座基础。支座在水平方向和垂直方向上对压梁均具有限位功能，增强了压梁受力时的稳定性。压梁一端和主拉伸缸内操作缸活塞杆连接，另一端靠缓冲复位装置支撑并定位。

缓冲复位系统安装在机架压缩柱的尾端，其功能是缓冲断带后后夹头及压梁的冲击，并在断带冲击后使机架压梁复位。缓冲复位装置是该拉伸机断带缓冲保护的重要组成部分。

2. 液压控制系统

液压控制系统主要由主拉伸液压系统、固定端液压系统和活动端液压系统组成。其中，主拉伸液压系统采用了伺服控制系统及多项创新技术，用于控制两侧主拉伸缸高精度同步运行，保证了活动夹头在拉伸过程中平稳运行，实现了板材的均匀拉伸。固定端液压系统和活动端液压系统用于驱动机头上钳口等液压执行机构。两个系统均采用比例伺服控制系统，可以在操作台上方便地调整和控制各种参数。

3. 电气控制及检测监控系统

该拉伸机的整个电气控制系统采用了集散式PLC机组工艺控制及远程通信网络技术，通过两级网络将拉伸机的供配电、交流电动机控制、PLC系统、远程I/O系统和人机界面（HMI）联为一体，而且各系统之间的接口均为统一设计，共同构成了拉伸机的整体自动化控制系统。电气系统包括：供电系统、传动系统、自动化系统、计算机系统和监视系统。系统的主要控制功能包括：拉伸速度控制、拉伸力控制、延伸率控制、同步控制以及板材宽度和高度对中控制。

主要创新技术及专利

该航空万吨级铝合金板张力拉伸机创造性地采用了多项新技术，包括：组合式预应力拉伸机头，解决了大拉伸力下机头变形问题；具有缓冲功能的复合功能主拉伸液压缸的创新应用，解决了机头缓冲的重大问题；全浮动张力拉伸机组的创新应用，解决了断带冲击对设备基础的损坏问题；复合斜面夹紧系统及钳口二次预夹紧系统，解决了特厚板夹紧和宽板均匀夹紧问题；大流量、高压电液伺服控制系统，保证了整体设备的运行精度。

调试及使用情况

由中国重型机械研究院股份公司和用户单位——西南铝业（集团）有限公司组成的联合调试小组，于2011年完成了对航空万吨级铝合金板张力拉伸机的空负荷和负荷试车调试，目前设备已投产使用。在调试和使用过程中，该拉伸机经受了8500t拉伸力时的突然断带的考验，断带后设备运行正常，无异常损坏，证明了拉伸机多项断带缓冲技术的有效性。此后，该拉伸机的实际负荷达到10500t，实现了万吨级拉伸机的重要考核指标。截止到目前，该拉伸机已正常运行一年多，生产出了大批量的铝合金厚板。

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