螺旋壓力機(jī)專利技術(shù)

孔祥艷 陳曉君（等同第一作者）

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

1 概述

壓力機(jī)的摩擦力在工作時是馬達(dá)始終帶動可摩擦的盤高速旋轉(zhuǎn)，造成電能的消耗，降低效率。但是可換向的摩擦力的壓機(jī)，其換向是通過摩擦盤和飛輪的壓制作用來工作的，壓力機(jī)的摩擦力的磨擦損耗非常厲害?；瑝K進(jìn)行轉(zhuǎn)換方向時，摩擦的盤和其飛輪會造成打滑很厲害，進(jìn)一步的增加了摩擦的盤的磨壞和損耗，最后使傳動的效率降低。壓力機(jī)的摩擦力的工作效率降的很低，不能夠形成準(zhǔn)確的打擊力，對于大噸位的壓制要求也達(dá)不到。但是，小噸位和中小噸位的壓力機(jī)摩擦力的應(yīng)用領(lǐng)域還是有廣泛前景。電動機(jī)轉(zhuǎn)子作為或直接作為飛輪的電動驅(qū)動的螺旋壓力機(jī)，或通過皮帶以及齒輪或其他傳動機(jī)構(gòu)使飛輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，而非選擇摩擦力的傳動方式，最終達(dá)到的效果是有很高的傳動效率以及傳動鏈降低，利用簡單和簡易的傳動鏈即可實(shí)現(xiàn)傳動效果，結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，且維護(hù)人員也維護(hù)方便。電動機(jī)的速度可控，能夠控制飛輪的能量大小，電動驅(qū)動的螺旋壓力機(jī)其可以實(shí)現(xiàn)鍛壓精確的目的[1-2]。

2 螺旋壓力機(jī)技術(shù)發(fā)展

對螺旋壓力機(jī)技術(shù)的專利申請出現(xiàn)于20 世紀(jì)中葉，這代表全球?qū)β菪龎毫C(jī)領(lǐng)域的研究和發(fā)展時間較早，其發(fā)展過程可以分為幾個階段：a.1968 年至1980 年：在這個階段，專利申請量逐步上升，且增長勢頭很猛烈，此時螺旋壓力機(jī)的發(fā)展過程人們越來越開始關(guān)注，也逐漸的投入更多的精力去研究，1972 年至1978 年處于比較高的增長率,專利申請量大體上始終保持增長很激烈的勢頭，者處于技術(shù)發(fā)展成熟期，早期的研究技術(shù)和研究手段以及研究成品已慢慢形成發(fā)展成果大量應(yīng)用，但該時間段往后申請量增長率已經(jīng)開始下滑，這說明螺旋壓力機(jī)技術(shù)急速發(fā)展過后進(jìn)入了有些相對滿足階段。b.1997 至2005 年，該階段的申請量創(chuàng)了新高，說明對新技術(shù)的創(chuàng)新已有突破，尤其是2000 年左右申請量最多；三2007 年至2018 年，該階段處于專利申請量迅速發(fā)展時期，螺旋壓力機(jī)整體的發(fā)展雖已進(jìn)入平穩(wěn)期，但對其操作智能化、結(jié)構(gòu)輕量化、使用便利化以及成本降低化等方面的研究持續(xù)發(fā)展，和其它方面的結(jié)合如計算機(jī)控制技術(shù)、電機(jī)技術(shù)以及電力發(fā)展技術(shù)等方面的創(chuàng)新創(chuàng)了新高，特別是2018 年的申請量最多；考慮到專利申請公布以及公開需要一定的時間，且還要兼顧檢索數(shù)據(jù)庫有一定的更新延遲，2018 年或其以后的某些發(fā)明專利申請還無法計算。最早在1920 年德國人提出的摩擦螺旋壓力機(jī)，它提出了靠摩擦盤傳遞動力給飛輪，飛輪驅(qū)動螺桿進(jìn)而帶動沖頭壓制工件，之后于1930 年很多專利申請均是飛輪通過一對摩擦輥驅(qū)動，在1935-1950 年間出現(xiàn)了大量的通過電機(jī)帶動摩擦力的壓力盤高速轉(zhuǎn)動的摩擦螺旋壓力機(jī)，但是由于飛輪在一個循環(huán)中還改變旋轉(zhuǎn)方向，在換向時飛輪和摩擦盤產(chǎn)生了嚴(yán)重的打滑，這降低了傳動效率，也加劇了摩擦帶的磨損，為了解決這一問題，1978 年開始提出了雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動的摩擦螺旋壓力機(jī)，且對摩擦盤的數(shù)量進(jìn)行了一系列改進(jìn)，由1973 年蘇聯(lián)人提出的無盤式摩擦螺旋壓力機(jī)，到1974 年同樣是蘇聯(lián)人提出的單盤式摩擦螺旋壓力機(jī)，接著到1980 年美國人提出的雙盤式摩擦壓力機(jī)，一直到1985 年，中國人提出的三盤式摩擦螺旋壓力機(jī)，人們投入了越來越多的精力在其摩擦力的研究之中，另外，摩擦壓力盤的工作過程和回頭程度具有速度異常特性，飛輪和摩擦的壓力盤間的速度的滑動力降低的很緩慢，可以改善設(shè)備的相關(guān)性能。但是設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作的復(fù)雜性有所增加，制造的成本和維修的費(fèi)用也有一定的增加，因此，這項(xiàng)技術(shù)一直停留在20 世紀(jì)末，未能得到廣泛應(yīng)用。各國長期探索離合器式螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)形式及控制方式的局面告一段落，開始逐步完善和推廣階段，1978 年蘇聯(lián)提出了關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的申請，1978 年同樣是德國人提出的關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的申請，其額定壓力為4000KN，而1985 年我國則向德國進(jìn)口了第一批離合式螺旋壓力機(jī)，繼德國的離合器式螺旋壓力機(jī)投入市場后不久，德國的很多公司也都申請了各具特色的離合器式螺旋壓力機(jī)，并都形成了自己的生產(chǎn)系列。接下來日本在1983 年開始后也開始申請了很多關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的專利申請，我國最早對離合器式螺旋壓力機(jī)的專利申請為1989 年，北京機(jī)電研究所與青島的團(tuán)隊進(jìn)行了通力合作，申請了大量關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的專利申請，山東理工大學(xué)在2010 年也對離合器式螺旋壓力機(jī)進(jìn)行了研究。

電動機(jī)轉(zhuǎn)子替換飛輪作為驅(qū)動源，抑或是通過皮帶或齒輪以及其他傳動副傳動連接飛輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動，改善了摩擦傳動的效率低、傳動鏈較短以及想要較高傳動效率的弊端?；诖讼敕?，1928 年德國人首次提出了電動機(jī)的驅(qū)動原理對螺旋壓力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，但是本領(lǐng)域人員都知道，如果電機(jī)長期處于正和反轉(zhuǎn)的狀態(tài)以及啟動和停止的工作模式，電動機(jī)的內(nèi)部元件發(fā)熱會非常厲害，最嚴(yán)重電機(jī)的溫度可達(dá)到130℃，而由于早期技術(shù)有限，電機(jī)和電機(jī)控制的研究水平有限，一直沒有對該問題進(jìn)行有效的解決，研究工作很長時間內(nèi)達(dá)到停滯狀態(tài)，在利用環(huán)形定子異步電動機(jī)作螺旋壓力機(jī)無減速傳動方面，到1965 年有了新的進(jìn)展，即德國一家Weingarten 公司研制了第一臺環(huán)形定子電動螺旋壓力機(jī)，其公稱壓力可為800KN-2300KN。且公稱壓力大于800 噸力的壓力機(jī)，全部帶有摩擦超載保險裝置，傳動用的環(huán)形定子電動機(jī)及其冷卻風(fēng)扇裝在同一支架上，用電工制成的電動機(jī)轉(zhuǎn)子開有很多通風(fēng)槽，將其固定在飛輪的輪轂上，飛輪的下面是閘瓦式制動器。到了20 世紀(jì)70 年代以后，由于電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，從最開始1970 年的三相電動機(jī)到1972 年的直線電動機(jī)，再到將變頻器應(yīng)用到壓機(jī)螺旋應(yīng)用的壓機(jī)技術(shù)中，通過變頻器的使用使得電動機(jī)工作達(dá)到狀態(tài)最佳，可以很大的減少電流，也可以不讓電機(jī)過熱，這就為螺旋壓力機(jī)向更加大型化、節(jié)能化發(fā)展鋪平了道路。

中近二十多年來，交流伺服驅(qū)動技術(shù)已步入工業(yè)應(yīng)用階段，與直流伺服驅(qū)動相比，表達(dá)了極大的優(yōu)越性，上世紀(jì)末，發(fā)達(dá)工業(yè)國家開始將這一技術(shù)應(yīng)用于成型設(shè)備，1991 年日本的AMADA 公司申請了利用交流伺服電機(jī)驅(qū)動的螺旋壓力機(jī)，1993 年同樣是一家日本公司申請了利用交流伺服電機(jī)驅(qū)動的螺旋壓力機(jī)，以及2000 年后仍有多國針對交流伺服電機(jī)技術(shù)進(jìn)而驅(qū)動實(shí)現(xiàn)壓機(jī)壓力進(jìn)行了申請，兩種傳動方式比較成熟，第一伺服電機(jī)直接安裝在螺桿上，第二是通過皮帶對飛輪進(jìn)行帶動旋轉(zhuǎn)。交流伺服壓力機(jī)的驅(qū)動源是交流，工作性能較佳，可以達(dá)到很大的節(jié)能效果，最高可達(dá)到節(jié)能60，控制和鍛造精度也得到了很大的提高，有很強(qiáng)的適應(yīng)性，單獨(dú)一個設(shè)備可以完成大小不同的各類零件的壓制，還可以靈活應(yīng)用與小批量的各種品種的柔性化生產(chǎn)。

3 實(shí)際選擇建議

本文以DWPI 數(shù)據(jù)庫和CNABS 數(shù)據(jù)為主，重點(diǎn)分析了螺旋壓力機(jī)技術(shù)在全球和中國的專利申請情況，國內(nèi)外重要申請人及其各技術(shù)分支的申請量，中國的授權(quán)情況等，并對螺旋壓力機(jī)技術(shù)技術(shù)的技術(shù)分支進(jìn)行了詳細(xì)的分析。通過上述分析可以看出，螺旋壓力機(jī)技術(shù)主要集中在日本，而國內(nèi)申請量雖然大幅提高，但發(fā)明高度還是有待提高的。