孔祥艷 陳曉君（等同第一作者）

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)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(shí)是馬達(dá)始終帶動(dòng)可摩擦的盤(pán)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(guò)摩擦盤(pán)和飛輪的壓制作用來(lái)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(shí)，摩擦的盤(pán)和其飛輪會(huì)造成打滑很厲害，進(jìn)一步的增加了摩擦的盤(pán)的磨壞和損耗，最后使傳動(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子作為或直接作為飛輪的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的螺旋壓力機(jī)，或通過(guò)皮帶以及齒輪或其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使飛輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，而非選擇摩擦力的傳動(dòng)方式，最終達(dá)到的效果是有很高的傳動(dòng)效率以及傳動(dòng)鏈降低，利用簡(jiǎn)單和簡(jiǎn)易的傳動(dòng)鏈即可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的速度可控，能夠控制飛輪的能量大小，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(duì)螺旋壓力機(jī)技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)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(shí)間較早，其發(fā)展過(guò)程可以分為幾個(gè)階段：a.1968 年至1980 年：在這個(gè)階段，專(zhuān)利申請(qǐng)量逐步上升，且增長(zhǎng)勢(shì)頭很猛烈，此時(shí)螺旋壓力機(jī)的發(fā)展過(guò)程人們?cè)絹?lái)越開(kāi)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(zhǎng)率,專(zhuān)利申請(qǐng)量大體上始終保持增長(zhǎng)很激烈的勢(shì)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(shí)間段往后申請(qǐng)量增長(zhǎng)率已經(jīng)開(kāi)始下滑，這說(shuō)明螺旋壓力機(jī)技術(shù)急速發(fā)展過(guò)后進(jìn)入了有些相對(duì)滿(mǎn)足階段。b.1997 至2005 年，該階段的申請(qǐng)量創(chuàng)了新高，說(shuō)明對(duì)新技術(shù)的創(chuàng)新已有突破，尤其是2000 年左右申請(qǐng)量最多；三2007 年至2018 年，該階段處于專(zhuān)利申請(qǐng)量迅速發(fā)展時(shí)期，螺旋壓力機(jī)整體的發(fā)展雖已進(jìn)入平穩(wěn)期，但對(duì)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(jì)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(qǐng)量最多；考慮到專(zhuān)利申請(qǐng)公布以及公開(kāi)需要一定的時(shí)間，且還要兼顧檢索數(shù)據(jù)庫(kù)有一定的更新延遲，2018 年或其以后的某些發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)還無(wú)法計(jì)算。最早在1920 年德國(guó)人提出的摩擦螺旋壓力機(jī)，它提出了靠摩擦盤(pán)傳遞動(dòng)力給飛輪，飛輪驅(qū)動(dòng)螺桿進(jìn)而帶動(dòng)沖頭壓制工件，之后于1930 年很多專(zhuān)利申請(qǐng)均是飛輪通過(guò)一對(duì)摩擦輥驅(qū)動(dòng)，在1935-1950 年間出現(xiàn)了大量的通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)摩擦力的壓力盤(pán)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦螺旋壓力機(jī)，但是由于飛輪在一個(gè)循環(huán)中還改變旋轉(zhuǎn)方向，在換向時(shí)飛輪和摩擦盤(pán)產(chǎn)生了嚴(yán)重的打滑，這降低了傳動(dòng)效率，也加劇了摩擦帶的磨損，為了解決這一問(wèn)題，1978 年開(kāi)始提出了雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的摩擦螺旋壓力機(jī)，且對(duì)摩擦盤(pán)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(wú)盤(pán)式摩擦螺旋壓力機(jī)，到1974 年同樣是蘇聯(lián)人提出的單盤(pán)式摩擦螺旋壓力機(jī)，接著到1980 年美國(guó)人提出的雙盤(pán)式摩擦壓力機(jī)，一直到1985 年，中國(guó)人提出的三盤(pán)式摩擦螺旋壓力機(jī)，人們投入了越來(lái)越多的精力在其摩擦力的研究之中，另外，摩擦壓力盤(pán)的工作過(guò)程和回頭程度具有速度異常特性，飛輪和摩擦的壓力盤(pán)間的速度的滑動(dòng)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(guó)長(zhǎng)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(kāi)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(qǐng)，1978 年同樣是德國(guó)人提出的關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的申請(qǐng)，其額定壓力為4000KN，而1985 年我國(guó)則向德國(guó)進(jìn)口了第一批離合式螺旋壓力機(jī)，繼德國(guó)的離合器式螺旋壓力機(jī)投入市場(chǎng)后不久，德國(guó)的很多公司也都申請(qǐng)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(lái)日本在1983 年開(kāi)始后也開(kāi)始申請(qǐng)了很多關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)，我國(guó)最早對(duì)離合器式螺旋壓力機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)為1989 年，北京機(jī)電研究所與青島的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了通力合作，申請(qǐng)了大量關(guān)于離合器式螺旋壓力機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)，山東理工大學(xué)在2010 年也對(duì)離合器式螺旋壓力機(jī)進(jìn)行了研究。

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子替換飛輪作為驅(qū)動(dòng)源，抑或是通過(guò)皮帶或齒輪以及其他傳動(dòng)副傳動(dòng)連接飛輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了摩擦傳動(dòng)的效率低、傳動(dòng)鏈較短以及想要較高傳動(dòng)效率的弊端?；诖讼敕?，1928 年德國(guó)人首次提出了電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理對(duì)螺旋壓力機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但是本領(lǐng)域人員都知道，如果電機(jī)長(zhǎng)期處于正和反轉(zhuǎn)的狀態(tài)以及啟動(dòng)和停止的工作模式，電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部元件發(fā)熱會(huì)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(méi)有對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有效的解決，研究工作很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到停滯狀態(tài)，在利用環(huán)形定子異步電動(dòng)機(jī)作螺旋壓力機(jī)無(wú)減速傳動(dòng)方面，到1965 年有了新的進(jìn)展，即德國(guó)一家Weingarten 公司研制了第一臺(tái)環(huán)形定子電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，其公稱(chēng)壓力可為800KN-2300KN。且公稱(chēng)壓力大于800 噸力的壓力機(jī)，全部帶有摩擦超載保險(xiǎn)裝置，傳動(dòng)用的環(huán)形定子電動(dòng)機(jī)及其冷卻風(fēng)扇裝在同一支架上，用電工制成的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)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(dòng)器。到了20 世紀(jì)70 年代以后，由于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，從最開(kāi)始1970 年的三相電動(dòng)機(jī)到1972 年的直線電動(dòng)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(guò)變頻器的使用使得電動(dòng)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(guò)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(lái)，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)已步入工業(yè)應(yīng)用階段，與直流伺服驅(qū)動(dòng)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(guó)家開(kāi)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(qǐng)了利用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋壓力機(jī)，1993 年同樣是一家日本公司申請(qǐng)了利用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋壓力機(jī)，以及2000 年后仍有多國(guó)針對(duì)交流伺服電機(jī)技術(shù)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)壓機(jī)壓力進(jìn)行了申請(qǐng)，兩種傳動(dòng)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(guò)皮帶對(duì)飛輪進(jìn)行帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。交流伺服壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(gè)設(shè)備可以完成大小不同的各類(lèi)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(kù)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(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)情況，國(guó)內(nèi)外重要申請(qǐng)人及其各技術(shù)分支的申請(qǐng)量，中國(guó)的授權(quán)情況等，并對(duì)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(guò)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(guó)內(nèi)申請(qǐng)量雖然大幅提高，但發(fā)明高度還是有待提高的。