摘要：160MN重型自由锻造水压机由中国第二重型机械集团公司自行设计、研制、拥有完全的自主知识产权，是目前世界上吨位最大、技术最先进的重型自由锻造水压机，于2007年10月1日一次热负荷试车成功。这台大型战略装备的研制成功有效满足了我国核电、水电、火电、船舶、冶金、石化、煤化工业以及国防装备等领域高端大型锻件的需要，对加快振兴重大装备制造业具有重要意义，是我国制造实力的体现和综合国力的象征。它标志着我国重型锻造设备的设计制造水平已跨入当今国际领先行列，同时也标志着我国已具备自主生产高端大型锻造机械的能力，以往生产关键大型锻件受制于国外的时代有望终结。 

      在160MN水压机现场安装过程中，对超长尺寸的测量、立柱上帽及衬套的配制尺寸测量等项目进行了创新；减低了安装成本，提高了工效，保证了质量。超长尺寸测量等项目检测技术为同行业重型设备超长尺寸的测量以及800MN模锻压力机的制造具有借鉴和推广价值。

关键词：160MN自由锻造水压机  四个立柱中心距尺寸检测技术   
立柱偏心衬套偏心量和立柱上帽厚度配制尺寸的检测技术

第一部分、设备组成
结构为三梁四柱式预应力结构,主要有上横梁、下横梁、活动横梁、立柱、工作缸、回程缸和工作台等组成

上横梁、下横梁和立柱组成一个封闭框架，该框架采用拉杆式的预应力结构，即通过拉杆和螺母将上、下横梁和立柱联结成一个刚性框架，装配时立柱位于上、下横梁之间。框架承受全部工作载荷，立柱主要受压及承受偏心锻造时的弯矩，同时也作为活动横梁的导向柱，拉杆则仅承受轴向拉力。上、下横梁和活动横梁均采用铸钢件，立柱和拉杆则采用是锻件。
活动横梁在上横梁工作缸及回程缸带动下,在立柱之间上下移动, 自由锻造各种规格和各种类型的锻件。

第二部分、四个立柱中心距尺寸检测技术
立柱组件由四个立柱、立柱上帽等零件组成,每个立柱长17380mm,直径ø1150H8, 截面1180mm×1180mm, 四个立柱中心距离分别为：3700+ -0.10 mm、8200+ -0.10mm

四个立柱中心距离尺寸  

1、测量技术难点分析：
如何测量四个立柱中心距离3700+ -0.10 mm、8200+ -0.10mm尺寸。 原方案：用激光跟踪仪进行测量, 用激光跟踪仪测量精密大尺寸是一个新知识,在集团公司是一个新生事物,为了保证测量的准确性,分别委托成都和东电两家对下横梁前梁进行了测量,其同一个尺寸两家的实测结果检测数据相差0.4~0.5mm,并且实测结果与当时的实际环境温度截然相反, 激光跟踪仪的测量精度根本无法满足立柱中心距这一尺寸的测量要求。
如何测量超长尺寸的课题摆在了质量部160MN水压机质量控制检验项目组的面前, 最终选择用内径千分尺进行测量，在集团公司检测这样超大尺寸的精度测量,还没有先例,没有检测经验可借鉴。
2、分析检测技术要求
对装配图纸、装配技术要求进行了详细的分析,通过查询有关检测技术资料,确定方案：
2.1、四个立柱中心距离3700+ -0.10 mm、8200+ -0.10 mm无法直接测量。用立柱铣削的1180mm×6900mm的平面作为测量基准，将中心距换算成档距，分别为：3700+ -0.10 -1180=2520+ -0.10 mm 、8200+ -0.10-1180=7020+ -0.10 mm，间接保证四个立柱中心距离达到设计值要求。
2.2、为了减少累计误差，保证四个立柱中心距离3700+ -0.10 mm、8200+ -0.10mm尺寸的测量准确性，首先检测四个立柱1180mm×1180mm截面共面、立柱垂直度，在符合图纸设计值的要求下，再检测四个立柱中心距离尺寸。
2.3、 2520+ -0.10 mm尺寸直接用内径千分尺测量，7020+ -0.10 mm属于超长尺寸，二重现有的内径千分尺6M无法满足测量要求，将两根同规格的内径千分尺组成7020mm尺寸形成加长型内径千分尺。
在测量7020mm大尺寸时,影响测量精度主要包括以下三个方面
(1)测量工具误差(2(温度误差、(3)测力误差
为了避免三个方面造成大尺寸测量的不准确,需进行分析控制。

(1)测量工具误差：
测量工具误差在测量总误差中占有很大比重,尤其7020mm加长型内径千分尺两盒6M尺组合而成，需校正加长型内径千分尺组尺误差, 水平测量时， 由于量具本身的自重等方面原因产生挠度、需找出尺子的挠度值,测量7020mm尺寸的实测数据需用挠度值、组尺误差值进行修正。
(A)选择两盒同规格内径千分尺,要求是计量合格，减少组尺误差。
(B)将6M内径千分尺放在5X17M工作台上，内径千分尺的基本尺寸6M,小数读数0,固定不动，测量6M内径千分尺尺寸,记录数显读数,并与内径千分尺6.000M读数比较，核对数控机床的数显读数是否吻合，尺寸吻合,确定5X17M数控机床的精度符合要求。
(C)将组合后的7020mm的加长型内径千分尺直接放在数控机床的工作台上，对7020mm的加长型内径千分尺进行较量，通过数控机床显示的读数读出内径千分尺实际值，并记录（见表一）。
(D)考虑实际检测时与尺校正状态相符（检验人员测量时需要手扶的位置）即挠度尽可能一致，在距离加长型内径千分尺测头相应位置处（300mm）用V型垫铁支撑，再次测量，记录此次的读数（见表一）。
(E) 两次读数之差则为7020mm内径千分尺的挠度值，测量四个立柱中心距离7020mm必须考虑，实测读数减去内径千分尺的挠度，即为7020mm实际状态尺寸

内径千分尺（7020mm）平放工作台测量的
读数垫V型铁后测量的读数
(距测头300mm)环境温度
(上午8:30) +0.07 mm-0.78mm25℃
内径千分尺（7020mm）组尺及挠度误差值0.85mm

(2)温度误差：
在测量过程中,温度、湿度、振动、灰尘对测量误差都有影响，其中温度对测量误差的影响最大。
产生的温度误差按计算公式：△L=L[a1(t10-200)-a2(t20-200)]
(1-1)
式中L--被测零件长度（mm）, a1和 a2—--计量器具和工件的线膨胀系统（1/0C），t1和t2--计量器具和工件温度（0C ）
由式中可见：当被测尺寸7020mm一定时，内径千分尺测头材质：合金钢、尺身：普通钢，同属于钢类，线膨胀系数：11.5×10-6 ，则式（1-1）变为
△L=7020 ×11.5×10-6 (t10-t20)
(1-2)
随着工件和量具温度差异的增大，误差也增大；在测量时定温、即把立柱中心距测量和加长型内径千分尺的校对置于相同的温度条件下,产生的温度误差为最小。
根据科学系统的分析,加长型内径千分尺的校对和7020mm大尺寸的测量定在上午八点半~10点半，将温度产生的误差降低到近乎为零。

(3)测力误差
在接触式测量中，为了保证工件和内径千分尺之间良好的接触，需要一定的测力。
为了减少人为因素对测量精度的影响，校尺和现场检测安排为同一人（检验技师）。
3、测量原理：采用比较测量法。
4、立柱共面和垂直度的检测
4.1 使用工具: 
内径千分尺(120~180mm/0.009mm) 、
4.2 辅助工装:
    钢丝.线锤     
4.3、测量方法:
4.3.1、立柱1180mm×1180mm截面共面度的测量方案: 
沿立柱截面（内侧）纵横向吊挂四根钢丝,用千分尺电讯法测量截面与钢丝的距离,计算截面共面偏差，调整截面共面,使读数在要求范围内。
 
测量四个立柱1180mm共面场景

X1~X4X5~X8Y 1~Y4Y5~ Y 8
实测尺寸X15.70X54.02Y15.97Y55.04
X25.77X64.02Y25.95Y65.04
X35.72X74.04Y35.95Y75.03
X45.76X83.94Y46.00Y85.04
结论X4-X10.06X7-X80.10Y4- Y20.05Y5- Y60.01

4.3.2检测四个立柱的垂直度
在每根立柱分900方向各吊2根钢丝,方便寻找立柱的一条侧母线;用千分尺测量各个位置的读数,其读数差就是立柱在该垂直平面内的垂直度。 

立柱垂直度实际数据表
测量立柱垂直度实际读数方位图  
ABCD
A12A78B12B78C12C78D12D78
900方向实际读数0.23.00.21.42.41.41.21.3
最大垂直度
数据0.25mm/M
向东南方向倾斜0.12mm/M
向西南方向倾斜0.20mm/M
向西北方向倾斜0.11mm/M
向东南方向倾斜
测量立柱高度约为12M,每个方向测量立柱导向面从下往上的整个过程,测量结果忽略立柱导向面直线度和导向面与中心线的平行度影响

分析A和C柱的垂直度数据偏大的原因,主要是立柱孔中的拉杆没有固定，拉杆与立柱直接接触,发生倾斜,造成垂直度实际数据超差,通过行车将拉杆吊起,使拉杆与立柱不接触,重新复检测垂直度,均在0.15mm/M范围内，最终立柱垂直度为见表四。
 
ABCD
A12A78B12B78C12C78D12D78
900方向实际读数0.21.80.21.41.90.781.21.3
最大垂直度
数据0.15mm/M
向东南方向倾斜0.12mm/M
向西南方向倾斜0.15mm/M
向西北方向倾斜0.11mm/M
向东南方向倾斜
测量立柱高度约为12M,每个方向测量立柱导向面从下往上的整个过程,测量结果忽略立柱导向面直线度和导向面与中心线的平行度影响
立柱垂直度实际数据表

4.4.3 四个立柱中心距离测量:
同一截面处测量四点,  测量上下两个截面位置,2520mm+ -0.10直接用内径千分尺测量。7020+ -0.10 mm用加长型内径千分尺测量。

3700+ -0.10-1180=2520+ -0.108200+ -0.10-1180=7020+ -0.10
BCADDCAB 实测尺寸
(同一截面处测量两点)
内侧2520.06内侧2520.15内侧7020.39内侧7020.95
2520.602519.967020.107020.50
外侧2520.16外侧2520.36外侧7020.28外侧7020.87
2520.712520.177019.997020.41
1.内径千分尺7020mm绕度0.85mm，已考虑了此因素。
2.下部测量截面距离下横梁平面1500mm处测量。
3.方框内尺寸表示装上活动横梁后，上部测量点距离活动横梁平面700mm处测量
4.经水压机指挥部专家、设计、工艺等相关人员评审同意检测数据满足安装要求
第三部分、立柱偏心衬套偏心量和立柱上帽厚度配制尺寸的检测技术
1.设计考虑到制造和安装的累计误差，在图样中规定了立柱上帽的厚度尺寸、衬套的壁厚偏心尺寸为安装时配作,见图六。在确定立柱上帽的厚度尺寸、衬套的壁厚偏心尺寸时，为了保证配制尺寸的准确性，必须在以下部件安装精度调整合格后进行测量：活动横梁的水平度及活动横梁与底座的平行度；上横梁与活动横梁的平行度，上横梁三主缸与活动横梁缸座孔的同心度。
2.为了检测：活动横梁的水平度及活动横梁与底座的平行度、上横梁与活动横梁的平行度，上横梁三主缸与活动横梁缸座孔的同心度。上横梁需进行试装，如果直接使用产品立柱上帽，由于上横梁立柱孔与立柱上帽外圆面直接接触。立柱上帽直径φ1249mm，长750mm,与上横梁的包容面大, 直接加工安装到位后,试装难度非常大。上横梁吊装时，上横梁自重378.453吨(未含工装吊具重量)，上横梁提升高度距地面22M,上横梁吊装的高度和重量都已达到起吊极限，起吊时上横梁水平找正困难，由此上横梁吊装存在两个影响安装致命问题：
立柱组件与上横梁之间关系结构图

(1)试装吊放时,上横梁立柱孔与立柱上帽外圆面如果产生研伤现象发生，上横梁容易抱死，距离地面高，无法取出，存在非常大的安全隐患。
(2)立柱上帽厚度是通过测量四个立柱上平面的高度得到的，立柱上帽上平面水平及相互间高差在同一平面上是为了满足上横梁的水平的，如果将立柱上帽直接加工，存在着测量和制造的累积误差，上横梁可能会多次吊装，势必增加安装风险。
综合上述问题，项目组决定加工四件立柱上帽检测工装，立柱上帽检测工装由项目组自行设计，其立柱上帽工装厚度尺寸（120mm）按照四个立柱上平面的标高实际检测数据定位配制，。 
四根立柱上平面水平及相互件高差实际测量图
 
帽高160mm,帽外圆与上横梁立柱孔的配合间隙0.3~0.5mm, 与图纸的配合间隙吻合。其立柱上帽工装厚度尺寸见表六，立柱上帽工装图 ：
立柱上帽检测工装图   

立柱上帽检测工装实际厚度数据表
XABCD
立柱上平面标高差10.70.80
立柱工装上帽厚度配制尺寸121+ -0.05120.7+ -0.05120.8+ -0.05120+ -0.05

3 上横梁试装检测项目及实测数据: 
3.1 检测上帽的外圆φ1250与上横梁相配孔间隙, 实测数据:0.35~0.45mm,
3.2 检测上帽的上平面端面与上横梁相配面的间隙,实测数据:<0.05mm,
3.3 检测活动横梁水平度:
将活动横梁吊放在垫铁上,在活动横梁三个主缸端面测量点（见图八）用瑞士莱卡经纬仪\高度尺检查其高度，保证活动横梁水平度0.10/1000mm, 实际数据见表七
用瑞士莱卡经纬仪\高度尺测量活动横梁三个主缸端面测量图   

活动横梁水平度的实际数据:
测量点1#2#3#
a103.24103.40103.48
b103.28103.42103.48
c103.30103.44103.5
d103.28103.42103.48
结论0.05/1000

3.4 下横梁工作台上平面与活动横梁平行度
通过调节活动横梁下面的油压千斤顶保证下横梁工作台上平面与活动横梁下平面距离相等,用4665mm内径千分尺测量四点,见图九;实际数据见表八
下横梁工作台上平面与活动横梁下平面距离测量图
 
下横梁工作台上平面与活动横梁平行度实测数据
AB2B1C
实测数据4665. 004665.134665.094665. 28
平行度0.05mm/M

3.5 检测上横梁与活动横梁的平行度
通过间接测量活动横梁主缸上端面与上横梁主缸下端面之间距离得到上横梁与活动横梁的平行度。由于活动横梁、上横梁主缸孔分别为：1240、1370,造成孔端面大小不一，三个主缸内侧距离无法用内径千分尺直接测量,通过在活动横梁主缸端面上放平尺，距离平尺两端50mm下面各放两个0.50mm塞尺,通过测量间接得到平尺上端面到上横梁之间的尺寸(见图十) ,实际数据见表九
计算公式=0.50mm+122.50mm(平尺高度) + 平尺上端面到上横梁之间的尺寸

活动横梁主缸上端面与上横梁主缸下端面之间距离测量图
 
上横梁与活动横梁的平行度实测数据表
测量点1#2#3#4#
实测尺寸4453.454331.304331.284453.45
最终尺寸4453.454331.30+122.50+0.05=4453.804331.28+122.50+0.05=4453.784453.45
平行度0.05mm/M

3.6 测量上横梁与活动横梁主缸孔同轴度
用吊钢丝、线锤、内径千分尺电讯法测量，（两端主缸孔纵横向位置，分别测量），保证同轴度0.20mm， 实际数据：0.18mm 
测量上横梁与活动横梁主缸孔同轴度实物场景

3.7 测量上横梁与立柱之间的间隙
用加长内径百分表测量上横梁与立柱之间的间隙,分别在距离上横梁下表面孔端面40mm、200mm两个截面米字形测量，得出确定修配衬套尺寸。
上横梁与立柱之间的实测间隙

3.8 根据上横梁与立柱之间的间隙,确定了衬套的修配尺寸和偏心量
    衬套的修配尺寸见图十二、表十 
    衬套的实际修配尺寸

衬套的实际偏心量
ABCD
实际偏心量
(mm)X：-0.54
Y： +0.05X：-0.54
Y： 0X：-0.36
Y：+0.74X： 0
Y：+0.55
说明：切口中分面设定(东西方向)为X坐标，南北方向设定为Y坐标

根据制定的检测方案和现有条件,在水压机安装现场对实物进行了检测,经过艰苦努力,完成了上横梁与立柱之间的间隙检测任务，确定了衬套的偏心量。
3.9  立柱上冒厚度（120mm）尺寸的确定
根据工装立柱上冒端面与上横梁相配孔端面间隙及工装上冒的厚度尺寸综合确定为表十一值
表十一　立柱上冒厚度（120mm）尺寸实际修配确定
ABCD
121±0.05120.2±0.05120.4±0.05120±0.05

3.10 产品上冒安装后最终四立柱的标高  

产品上冒安装后最终四立柱的标高

第四部分：检测技术的应用
160MN水压机项目关键项目的检测技术方案成功得在安装现场得到了实施,为四立柱档距的超长尺寸测量以及立柱上帽的厚度尺寸、衬套的壁厚偏心尺寸配作提供了准确的数据，保证了安装进度及质量。
结束语
大尺寸检测技术方案、立柱上帽检测工装代替产品立柱上帽满足检测要求的方案在实施过程中得到了集团公司各级领导高度重视和兄弟单位的全力支持，经质检人员的不懈努力，成功地完成了检测任务，保证了安装进度，为160MN水压机在2007年10月1日热负荷试车成功做出了显著贡献。
在此，对支持该项工作的所有人员表示诚挚的谢意！并请各位专家提出宝贵的意见。

参考文献                                         
1. 机械设备安装工程手册                 冶金工业出版社
2. 机械制造检测手册                       中国卓越出版公司
3. 锻压设备安装工程施工及验收规范
    国家技术监督局/中华人民共和国建设部
4. 怎样减少测量误差                     机械工业出版社