本文针对大型快锻压机主缸工作过程中出现的密封漏油、铜套、柱塞损伤等情况,首先从主缸球铰结构抗偏载保护机制中确定了对双球铰抗偏载保护机制有影响作用的球铰结构设计参数,并分析了该参数对双球铰抗偏载保护机制的影响规律;然后建立了双球铰主缸的工作受力模型,采用平面力学法,得出了主缸柱塞对导套及密封的最大侧推力及双球铰对侧推力的影响规律,结果表明实际工作中,球铰的最大张角对主缸的抗偏载能力影响较大,且现有大型主缸的球铰设计最大张角对主缸的抗偏载保护不利。

采用有限元软件ABAQUS对60 MN双柱斜置快锻液压机上、下横梁分别进行了静力学分析。结果表明,均载和墩粗工况下,上、下横梁的最大应力均未超出材料屈服极限的60%,绝大部分区域的安全系数大于3,最大变形不超过1.3 mm。根据快锻液压机的稳定性、可靠性以及锻造精度等要求,认为上、下横梁的结构和材料满足强度和刚度要求。分析结果对快锻液压机的结构设计和优化具有一定的指导意义。

针对5000t大型快锻液压机主侧缸与集成块法兰连接双头螺柱、管道连接螺钉的断裂问题,进行原因分析。通过现场勘察、液压冲击影响机理分析、内在原因分析、外在原因分析、断口理论分析,确定了断裂原因,并提出改进措施,由此提高大型快锻液压机的安全性和可靠性。

以减轻液压缸重量和延长使用寿命为优化目标,采用有限元分析软件ANSYS对液压机的柱塞油缸进行结构优化设计,得到详细的应力、应变分布图以及应力集中和最大变形位置,根据分析结果,优化设计方案,并进一步采用ANSYS软件对优化前后的液压缸进行了有限元分析,以验证优化方案的正确性。

针对目前快锻液压机采用位移传感器测量锻件尺寸与实际尺寸存在一定误差的问题,以31.5 MN快锻液压机为研究对象,通过数学建模和有限元分析,研究了活动横梁受力偏转对锻件检测精度的影响规律;通过有限元分析,研究了具有不同上拱弯曲情况的移动工作台的变形规律;通过建立下砧与移动工作台间氧化皮的数学模型,研究了氧化皮压实变形对检测精度的影响规律。结果表明,活动横梁偏转和工作台变形对检测精度的影响均为线性的,可以在控制系统中通过预设线性变形规律对所得锻件尺寸进行补偿,而氧化皮的变形为非线性,不能通过预设线性变形关系对造成的锻件尺寸检测误差进行补偿。

为了从快锻液压机的能量源头出发降低系统的溢流损失和压力损失，提出了一种快锻液压机泵阀复合控制系统，通过相关理论对泵阀复合控制系统的节能机理进行了定性分析，通过实验定量研究了泵阀复合控制系统的能耗。实验结果表明：快锻液压机泵阀复合控制系统的能量利用率达到了31.9%，与电液比例阀控系统相比提高了近5倍，同时泵阀复合控制系统的输入功率仅为电液比例控制系统的18.4%。研究结果对提高快锻液压机的能量利用率并降低系统能耗具有重要意义。

主要介绍了快锻液压机液压控制系统的三种传动形式及其主要优缺点，重点介绍了正弦泵控液压系统和电液比例阀控系统的工作原理，并通过AMESim仿真软件建立两个系统的仿真模型；通过仿真结果对正弦泵控快锻系统和比例阀控快锻系统的传动效率以及锻造过程的稳定性、快速性进行了比较和分析，这对快锻液压机液压控制系统发展具有一定的指导意义。

针对上推式快锻液压机，分析工作缸支撑球铰的摩擦阻力矩和摩擦圆半径，研究采用单、双球铰结构时支撑球铰对工作缸柱塞的侧推力，明确液压机结构参数对柱塞侧推力的影响因素。综合工作缸、支撑球铰和活动横粱的结构影响，确定活动横梁处于转动自锁状态时，锻造偏心距所应满足的条件，明确液压机结构参数与活动横梁白锁条件的内在关系。以国产上推式快锻压机系列产品和部分进口设备的结构参数为依据，计算满足活动横梁自锁条件的锻造偏心距，分析活动横梁在偏心锻造时的状态和工作缸支撑球铰在液压机工作中的作用。通过仿真分析，进一步验证在偏心锻造工况下的活动横粱转动自锁状态，为大型双柱式自由锻造液压机研究和中小型液压机优化设计提供理论依据。

基于节点法建立了大型快锻液压机卸压回路各元件数学模型考虑长管道效应应用特征阻抗法和模态近似法获得了长卸压管道的精确动态模型并仿真研究了有效体积弹性模量、工作缸压力、卸压管道长度、内径等主要参数对卸压回路动态特性的影响规律。研究结果为大型快锻液压机卸压回路优化设计提供了依据。

针对快锻液压机锻打工件瞬时的力学行为，采用显式动力学分析程序LS—DYNA进行模拟仿真，得到液压机机架在打击时的应力、应变分布。与通常分析方法比较，发现把液压机打击过程当作一个非线性、动态的碰撞问题来研究，可以得到机架上的应力、变形均小于静力学分析的结果。因而，在机架设计时，对材料的强度要求有所降低，这为液压机的轻量化设计提供了理论依据。