中国万吨液压机

中国万吨液压机
液压机以帕斯卡液体静压传动为基本工作原理，用乳化液、水或矿物油为工作介质，可分为水压机和油压机两大类。

水压机（water hydraulic forging press）是液压机的一个分支。

水压机又可分为自由锻造水压机和模锻水压机。

其中自由锻造水压机主要用自由锻方式，来锻造大型高强度部件，如船用曲轴、重达百吨的合金钢轧辊等。

模锻水压机则用坯料在近似封闭模具中锻压成型的方式，来制造一些强度高、形状复杂，尺寸精度高的零件，如飞机起落架、发动机叶片等航空零件。

就像蒸馒头要揉面一样，锻造液压机不仅是金属成型的一种方法，同时也是锻合金属内部缺陷、改变金属内部流线、提高金属机械性能的重要手段。

根据现有资料，自1893年美国建成第一台（126MN）万吨水压机起；至2008年9月洛阳中信重工重型锻造工部安装18500吨自由锻造油压机为止。

115年来全世界共生产万吨级自由锻造液压机约41台，扣除因老旧拆除以外，现存10000吨至18500吨级自由锻造液压机共约31台。

目前中国共有8台万吨级自由锻造液压机，规模居世界首位。

前苏联共留下6台（最大150MN）。

日本有3台，分别是日本制钢所（JSW）室兰工厂有一台140MN自由锻水压机，配有400吨米锻造操作机；神户制钢（KOBE）高砂工厂有一台130MN自由锻造液压机，日本铸锻钢株式会社（JCFC）有一台105MN自由锻液压机。

法国有2台，其中法国SFARsteel公司（已被阿海珐收购）有一台113MN自由锻液压机。

美国2台，最大压力126MN，其中莱赫重型锻造公司有一台100MN自由锻液压机。

捷克有2台，最大压力120MN。

韩国有2台，分别是韩国重工（现斗山重工）在1982年投产一台130MN自由锻造液压机，配有400吨米锻造操作机。

韩国现代重工（HHI）在1996年投产一台100MN自由锻液压机，配250
吨米锻造操作机，主要生产船用曲轴。

英国谢菲尔德锻造厂有一台100MN液压机，其余德国、意大利、罗马尼亚、印度、澳大利亚均为1台。

自从1893年世界第一台万吨级（126MN）自由锻造水压机在美国建成以来，万吨级液压机作为大型高强度零件锻造核心装备的地位，就一直没有动摇过。

随着近代工业技术发展和两次世界大战的推动，大型液压机更是成为各工业化国家竞相发展航空、船舶、重型机械、军工制造等产业的关键设备。

俄罗斯在1935年制造了1.5万吨自由锻造水压机，日本制钢所室兰工厂在1940年从德国进口了一台1.4万吨自由锻造水压机。

二战中研制的各种飞机、坦克、军舰，乃至火车、汽车等民用产品里，都有重型液压机制造的关键部件。

到二战结束前，俄罗斯已经拥有4台超过万吨的大型水压机，美国更是超过10台，重型锻压设备便成为一个国家工业实力的象征。

1958年—1962年,投资2200万元在上海江南造船厂和上海重型机器厂研制的中国第一台万吨水压机，至今已经服役了半个世纪。

这是新中国机械工业腾飞的起点.
由于各种因素影响，我国早期在大型锻压设备领域长期处于落后地位。

1931年日本侵占东北以后，在沈阳、大连建立机械厂，安装了20MN、40MN自由锻水压机生产锻件。

1945年8月，苏联红军出兵东北围歼日军主力后，这些锻造设备被苏联拆走。

日本战败投降以后，1947年民国政府以战争赔偿名义，从日本拆回一批锻造设备，有10MN、12MN、20MN自由锻水压机各1台、30MN自由锻水压2台，5吨蒸汽锤2台，以及3吨以下蒸汽锤约5台。

这些设备运回后一直存放在几个省市的仓库中锈蚀。

1949年新中国成立以后，迅速推进重工业和国防工业体系建设，而这些领域都急需大型锻压设备。

政府主管部门就着手部署日本赔偿锻造设备的使用单位，由沈阳重型机器厂等单位进行修复，设计和建造厂房，砌筑加热炉、热处理炉和其他配套设施。

1953年沈阳重型机器厂首先将日本赔偿散存在鞍山的2000吨（20MN）自由锻水压机修复并安装投产，这是我国第一家生产大型锻件的企业，也是培养大锻件生产管理干部、技术人员和工人的摇篮。

通过对日本赔偿水压机的修配工作，成为我国能设计制造锻造水压机的第一家企业。

1954年，日本赔偿的10MN自由锻水压机修复后，在我国自行设计建造的太原重型机器厂安装试生产。

另1台日本赔偿的12MN自由锻水压机修复后放在上海彭浦机器厂。

这批锻造设备虽然已经阵旧，锻造水压机大部份是蒸汽增压式，结构落后、性能较差，但都是当时的“国宝”。

1957年，太原重型机器厂安装了两台水压机，一台是从捷克进口的30MN水压机，另一台25MN自由锻水压机，该压机由沈阳重型机器厂将日本赔偿的30MN自由锻水压机修配而成。

原压机缺少底座，立柱有较深伤痕，机加工后直径减小，经核算改为25MN。

在建设第一重型机器厂时，苏联原设计仅有8MN，12.5MN自由锻水压机各一台。

我国政府提出重机厂无大型锻造水压机将不能生产大型机器设备，大锻件不能靠进口的意见后，苏联改变了设计，增加从捷克进口的60MN自由锻水压机一台。

在厂房建设完成后，将日本赔偿的另一台30MN自由锻水压机修复，安装在车间端部，由于该锻造水压机周边面积太紧无法生产，一直处于闲置状态，于1968年拆迁到洛阳矿山机器厂，该30MN自由锻水压机仍在运行。

1953-1957年，我国第一个5年计划期间，在苏联援建的几个企业中，新增8MN、12.5MN、20MN、30MN、60MN自由锻水压机约8台，均从苏联和东欧进口，其中最大的是一重从捷克引进的60MN自由锻造水压机。

由于当时其他锻造水压机尚处于建造厂房和安装设备阶段。

仅沈阳重机厂20MN自由锻水压机能生产大锻件，产量约5000吨。

在这段时期，我国派出一批工人、技术人员和管理干部到苏联乌拉尔重机厂、新克拉马托重机厂学习大型自由锻件的生产工艺和管理经验，回国后分派到各重机厂的水压机车间工作，为我国的大锻件生产打下了扎实基础。

苏联援华“156项”工程的实施，使我国重型机械制造业快速发展，锻压设备的自制率达到35%。

沈阳重型机器厂等最早建立起来的一批专业重机制造厂，依靠苏联的技术资料及对25MN自由锻造水压机的测绘，先后仿制出10台供各厂使用，初步掌握水压机的制造技术。

但是6000吨级以上的大型水压机依然稀缺，大锻件仍需从苏联和东欧国家进口。

为了改变这种局面的面貌，1956年，国务院组织制订《1956——1967年科学技术发展远景规划纲要》（即“十二年规划”），其中“今后十二年内的科学研究重点”中的第22项，就包括研制大型水压机等关键机械设备。

1957年前后，一机部已将万吨水压机提到议事日程，并做了两手准备。

一方面准备在国内立项制造，同时，也考虑请苏联帮助订购。

而“大跃进”加速了万吨水压机立项的进程。

1957年11月，在莫斯科国家和工人党代表会议发表讲话之后，“超英赶美”成为中国人的
重要奋斗目标。

在这种政治气氛下，1958年5月5-23日，中国第八次全国代表大会第二次会议在北京举行。

5月22日，时任煤炭工业部副部长沈鸿写了一封信给，建议我们国家自行建造万吨水压机。

此建议得到了的支持，并把信立即批给总书记：“此件请即刻付印，发给各同志阅。

”当时反对意见很多，批评者大多持这样的观点：“客观条件不足，有蛮干的意思”。

有的人提出：要造大压机首先就得有万吨级水压机，因为制造万吨水压机的四根立柱必须要用200吨大钢锭来锻制。

因此，要想自己制造万吨水压机，首先就要进口一台万吨水压机来锻造钢锭，然后才能自己制造万吨水压机。

沈鸿则反问道：“那就请问，世界上第一台万吨水压机又是怎样造出来的呢？”还亲自拿着这封信，问上海市代表：上海能不能干？愿不愿干？上海市代表经过考虑，认为可以干。

随后很快批准了万吨水压机的制造。

1958年8月，中央正式批准研制两台1.2万吨级水压机，其中一台安装在第一重型机器厂，以沈阳重型机器厂和第一重型机器厂为主设计制造，由二机部副部长刘鼎负责组织实施。

另一台安装在上海重型机器厂水压机车间，以江南造船厂为主设计制造，由煤炭工业部副部长沈鸿负责组织实施。

随后上海马上成立了设计班子，由沈鸿任总设计师，清华大学机械专业毕业的林宗棠任副总设计师，徐希文任技术组长。

以上海江南造船厂为主，上海重型机器厂等几十个工厂参加大协作。

设计班子中，除了沈鸿于1954年在苏联乌拉尔重型机器厂见过万吨级水压机外，一些设计人员甚至从未见过水压机。

有人提议先购进一台，再照葫芦画瓢。

但沈鸿坚持自己动手，他领着设计组人员，背上照相机，扛着画图板，跑遍了全国各地的中小型水压机车间，了解国外制造水压机的设计特点和使用状况；还搜集了大量关于水压机的图书资料及技术情报，并从苏联运了一些图纸回来研究。

1958年末，苏联专家陆续撤离。

没有专家指点，设计组开始自己画图纸。

虽然不少人都是大学毕业，但踏上生产一线后，从未画过图，心里没数。

沈鸿就提出做模型，从纸模型、铁皮模型到橡皮泥模型，做了无数个；然后在模型试验基础上绘制图纸，仅总图就绘制了15次。

共为46000多个零部件绘制了大小10000余张图纸，重达1.5吨。

但是由于上海工业基础不如东北地区，缺少生产大型零部件的工厂和加工设备，用常规的方法制造大型水压机不可行。

为了从实践中摸索经验，沈鸿提议先把万吨水压机缩小成1:10比例，造一台1200吨的试验水压机，让它进行模拟试验；把问题在模拟样机上都解决了以后，再动手做万吨水压机。

万吨级水压机在原理上结构上并无奥秘，难处在于它的关键零部件体积大、精度高、制造困难。

其中3座横梁重量从100多吨到300吨，4根立柱每根高17.69米，直径1米，重80吨。

全机共有100吨以上的部件12个，50吨左右的部件20多个。

就连立柱上的螺丝帽一个都有五六吨重。

其次是精密度高，350公斤/厘米2的高压水要用12台高压水泵，16
个高压容器和100多个高低压阀门进行联动控制，对高压部分的有关部件都必须有高度的密封性和灵活性，以防高压水漏出。

（漏出的高压水冲力很大，具有极大的破坏性，对建筑、设备及人身都有危险）
根据上海实际的建造条件，设计组最终决定万吨水压机方采用三梁六缸四立柱锻焊结构，主机重2200多吨，地面部分高23.65米，基础深入地下40米，共有46000多个零件。

其中有13个特大部件，即6个工作缸，3座横梁（上横梁，下横梁，动横梁），4根大立柱，规格超过正常加工能力。

于是在结构设计中，采用6个工作缸代替一个大主缸，主要是为了降低制造难度。

主缸内的水压强很大，如果用一个主缸，要求它能产生12000吨的压力，主缸直径将会达到2.1米。

而采用六个分缸，则每个分缸柱塞只要产生2000吨的压力即可，工作缸直径减小到0.83米。

同时在使用的时候可以通过调整工作缸数量分别产生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。

1959年2月14日，江南造船厂举行万吨水压机开工典礼，成立了万吨水压机工作大队。

在总设计师沈鸿的带领下，由曾德三任队长，唐应斌、陆海根任副队长，开始试制工作。

首先要解决的是万吨水压机的3座横梁、4根立住和6只工作缸，难以制成特大型铸钢件的问题。

要是将这些特大部件分解成能够制造几个铸钢件，然后通过焊接来代替整段结构。

那么用一般的手工电弧焊，焊缝厚度为80-300毫米，最厚的达600毫米。

如果将全部焊缝折成100毫米厚，它的长度可延伸3公里以上，一个电焊工要足足30年才能焊完。

这时，江南造船厂技术员宋大有在一本杂志上看到国外有一种“电渣焊”的新技术，能将分段部件焊成特大型部件，于是提议试一试。

电渣焊由乌克兰巴顿焊接所发明，前苏联于1951年最先将电渣焊技术用于工业生产。

1957年初，哈尔滨锅炉厂应用电渣焊技术焊接锅炉汽包筒体纵缝，这是我国最先引进电渣焊设备和技术的企业。

1958年10月，哈尔滨焊接研究所开始向全国推广经验。

江南造船厂随后很快成立了电渣焊试验室，由具有30多年经验的电焊技工唐应斌和清华大学焊接专业毕业的邹积铎负责技术攻关。

在1200吨试验样机的试制过程中，三座横梁（即上横梁、动横梁、下横梁）采用电渣焊技术，将多块构件焊成一个整体。

但这样焊接能不能承受强大压力，谁也说不清楚。

为了
确保安全，试制组决定用电渣焊接法再造一台120吨的水压机作试验。

唐应斌等人在试验机部件上做焊接试验，经过一段时间的模索，全面掌握了电渣焊的新技术。

120吨试验机造好后经过测试，压力增加到430吨，横梁完好无损。

在1200吨样机上同样通过了测试。

于是决定12000吨水压机3座横梁采用整体焊接的方案。

这次工艺改革，不仅使万吨水压机横梁总重量从原来的1150吨减轻到570吨，同时使机械加工和装配工作量也减少了一半以上。

万吨水压机横梁等特大型部件在江南造船厂造好后，要运到上海重机厂加工。

由于缺乏吊装设备，只得采用木滑板涂牛油的方式运到船上，再用船运到上海重型机器厂，然后同样用木滑板方式将部件运进车间。

部件运进车间后，在加工过程中如何翻身又成了大问题。

3座水压机横梁重100—300吨，而当时上海重型机器厂金加工车间，厂房的屋顶刚刚盖好，里面只有一台8吨的履带式起重机和一些小型千斤顶。

起重组长魏茂利想出一个办法，做两只6米高的翻身架，在横梁两侧的中心部位各焊上一根轴；然后用四五十只千斤顶和大量楞木，组织大量人员花了3天时间，将横梁一毫米一毫米地往上顶高至6米高处，再把横梁轴担在翻身架上，这样300吨重的庞然大物就可自如地转动起来了。

水压机的3座横梁采用电渣焊接后，还必须要经过900摄氏度的高温热处理，经保温后逐渐冷却，才能消除焊接引起的内应力不均，保证整个工件的强度。

但是当时的热处理设备无法放下10米长、8米宽、3米多高的横梁部件。

上海重型机器厂的领导和工人们经过努力，砌成一座长14米、宽11米、高7米的特大型炉子。

单单一个炉门，就用了3万多块耐火砖。

当炉温顺利上升到900℃后，经过保温，又开始慢慢地降下去，降到500℃的时候，下降的速度越来越慢了，过了好几个小时，下降还不到10度。

这样慢的速度不仅影响工程进度，更会影响横梁的机械强度。

唯一的办法就是打破在100℃左右拆炉门的常规，提前拆开炉门，让炉温迅速下降。

工人们冒着400℃高温，花了整整7个小时，才把3万多块耐火砖砌成的炉门拆下来。

第二次砌炉门时，工人们搞了个技术革新，在炉门中埋下几根焊着钩子的“门闩”，砌砖的时候钩子露在外面，拆的时候用钢丝绳拴上，几十个人一起拉，只花两个多小时，就将炉门拆完了。

而第三次更快，他们将钢丝拴在履带式吊车上，不到一分钟便拆完了炉门。

经过测试，三座横梁顺利通过了热处理关，质量完全符合要求。

在万吨水压机的制造中，金属切削是重要的一关，它的每一个零件都要经过精密的金属切削，达到很高的精度才能进行安装。

但零部件加工尺寸过大，如三座横梁各有一个10米长，8米宽的平面要加工；当时国内又没有10米以上的刨床，即使找到了也未必能拖动300吨重的工件。

江南造船厂将任务交给了全国先进生产者，青年技工袁章根。

他在技术人员和工人的配合下，突破常规，将五台移动铣床直接搬上横梁，用53个刀盘同时铣削，不但加快了进度，而且各个刀盘间的接缝处理得非常好，平直度误差只有1/15000，比设计要求的1/10000还小很多。

3座横梁上各有4个大立柱孔，要求同一直线上误差不超过0.7毫米，厂里没有大型精密镗床，袁章根和工人们经过研究，采用4根简易镗排同时加工。

加工开始后，工人们几天几夜不离机床，在精加工最后一刀时，他们扛来几十斤重的量具，上上下下量了100多次，最后使3座横梁12个孔累计误差只有0.24毫米。

金属切削关的攻克，为万吨水压机精确安装奠定了基础。

水压机大立柱的制造也颇具挑战性，这4根立柱每根高近18米，净重80吨，无法整体铸造。

设计人员决定用电渣焊方式拼接。

当时有两种思路，一种是“组筷式”，另一种是“竹节式”。

前一种想法是把一根立柱视为是一把筷子捆扎在一起的组合体。

这个源于日常生活
的想法虽然巧妙，但是焊接操作难度较大，不得不放弃。

另一种“竹节式”方案采用8节锰钒铸钢件焊接成18米的大立柱，最终取得成功。

解决焊接难题的唐应斌也因此成为全国劳模。

但是到了1960年8月，由于受到“大跃进”和中苏关系破裂等因素的影响，中苏关系迅速趋冷，国家经济形势日趋紧张。

周恩来总理提出对国民经济实行“调整、巩固、充实、提高”的方针，很多基建项目随之下马，上海重机厂的水压机车间也在下马之列。

此时，整个水压机研制的工作量完成近70%左右，已花费的研制经费有1400万元，如果项目下马，这台水压机的研制工作就可能前功尽弃。

1960年10月，沈鸿大病初愈，听到水压机有下马之议，十分焦急。

他一面写信稳定队伍；一面找领导反映情况。

沈鸿先找薄一波，没见到人。

于是，他又和林宗棠去找国家经委的孙志远。

孙志远建议沈鸿、林宗棠直接给周恩来写信说明情况。

沈鸿、林宗棠马上给周恩来写信汇报水压机的进展，反对项目下马，还将设计图纸一并报送，请求拨款保证工程继续。

周恩来收信后，立即派孙志远到现场勘查，知道情况属实后，很快批款800万元，挽救了这台差点夭折的水压机。

1961年12月13日，万吨水压机的46000多个零部件加工完毕运至工厂，上重用两部重型行车将横梁吊装进四根立柱内，只用了2个月时间就完成总装。

在上海交通大学和第一机械工业部所属的机械科学研究院等单位协助下，对这个身高20余米，体重数千吨的“巨人”进行应力测定试验。

“体验”时间用了三四个月，在两百多个主要部位进行了多次应力测定，证明所有应力都同设计数据吻合。

然后开始进行超负荷试验，将锻压能力加大到1.6万吨，水压机各个部件正常运转，未发现不良现象，可以确保12800吨满负荷正常运转。

1962年6月22日，上海江南造船厂经过四年努力制造的1.2万吨自由锻造水压机，在上海重型机器厂试车成功，并投入试生产，能够锻造几十吨重的高级合金钢锭和300吨重的普通钢锭。

它的成功，标志着我国重型机械的制造进入了一个新的历史阶段。

当沈鸿在上海以非常规方式建造万吨水压机时，二机部副部长刘鼎主持的1.25万吨水压机由沈阳重型机器厂和第一重型机器厂为主设计制造，安装在一重。

根据东北地区机械制造力量比较雄厚的条件，采用正规的生产方式制造。

从1958年开始，为积累经验，先在沈重试制了2000吨水压机，花了一年多时间进行设计，最后决定这台水压机采用3缸4柱铸钢件组合梁结构。

由沈重铸造出上中下三个横梁的10个大型铸钢件，然后用机械方法组合起来。

底座中侧部的铸钢件最大，重达95吨，沈重第一次采用四包钢水合浇的方式，共用145吨钢水合浇而成。

这种工艺方法，在中国铸锻工艺史上是一个创举。

大压机立柱分为3段，根据当时的生产技术条件，用重88吨的合金钢锻造，然后采用电渣焊拼接而成。

1959年下半年，第一重型机器厂主要生产车间陆续建成投产，一机部决定将这台水压机转到第一重机厂制造，因生产条件改变，第一重机厂对原设计做了局部修改。

这台万吨水压机于1962年制成，因为厂房没有及时建成，直到1964年12月才在一重正式投产，一直服役至今，为一重立下了汗马功劳。

但在2002年2月18日晚上，这台压机在锻造30万千瓦低压转子时，一根立柱发生裂断。

随后一重决定投资1.5亿元，新建一台当时世界最大的1.5万吨自由锻造水压机，并于2006年12月30日建成投产,使钢锭加工能力由300吨跃升到600吨。

老的万吨水压机将更换设备，在修复后重新投入使用。

上海重型机械厂的万吨水压机自1962年投产以来，在上海重型机器厂水压机车间服役了近半个世纪。

由于部件老化，1990年9月进行了一次大修改造，至1992年7月2日正式完工。

对40余台超大型主辅机部件进行维修改造、用去修补焊条十余吨，重新制造更换了
活动横梁，恢复了万吨水压机的原设计能力。

2003年锻件年产量超过了1万吨，并承担起锻压船用曲轴的任务。

2004年底，上海重机厂为适应市场发展，决定再建造一台世界最大的1.65万吨自由锻造油压机，并委托中国重型机械研究院等单位负责结构设计，由上重自行建造。

这台大型水压机于2009年6月建成投产，这是中国重型装备的又一个突破。

除了1958年上重和一重建造的两台万吨水压机外，1958年开始筹建的四川德阳中国第二重型机器厂，在1954年就向捷克斯洛伐克订购一台1.2万吨三梁四柱立式自由锻造水压机，1960年运到二重。

但由于1961-1963年国民经济处于调整时期，二重停建。

为防止设备变形、锈蚀，1964年国家决定先建造二重水压机厂房，安装120MN自由锻水压机和2台315吨锻造吊车，以便于维护保养。

国家财政好转之后，二重继续建设，这台万吨水压机于1968年投产。

进入90年代，机器失效严重，无法正常生产。

2005年10月，在中央支持下，二重决定自行设计建造一台目前世界最大的16000吨自由锻造水压机，并于2008年2月21日试生产。

此外，洛阳中信重工目前正在投入20亿元巨资，建造一台规格居世界第一的三梁两柱式18500吨自由锻造油压机，和世界最先进的750吨·米锻造操作机。

这个特大型自由锻造装备平台，将成为世界自由锻造行业的巅峰。

中国万吨级液压机概况
上海重型机器厂12000吨自由锻造水压机江南造船厂、上重研制1962年6月22日投产
中国第一重型机器厂12500吨自由锻造水压机沈重、一重设计制造1964年12月投产
中国第二重型机器厂12000吨自由锻造水压机捷克斯洛伐克制造1968
年投产
中国第一重型机器厂15000吨自由锻造水压机一重设计制造2006
年12月30日投产
中国第二重型机器厂16000吨自由锻造水压机二重设计制造2008
年2月21日试生产
上海重型机器厂16500吨自由锻造油压机上重、西重所研制2009
年6月投产
洛阳中信重工18500吨自由锻造油压机中信重工、德国威普克研制在建，2010年投产
重庆西南铝加工厂10000吨多向模锻水压机第二重型机器厂设计制造1982
年3月投产
重庆西南铝加工厂30000吨模锻水压机一重、一机部机械研究院研制1973
年9月投产。