无液压缸驱动的压力机设计探讨

黄家仕，陆 红

（徐州压力机械有限公司 技术中心，江苏 徐州 221004）

1 引言

锻压液压机所具有的可在有效行程内任意位置随时输出最大压力，滑块速度和行程可在设计范围内实现无级调控，以及配套液压动力系统的传动平稳可靠等优势，使其广泛适用于不同材料的体积成形、薄板成形及冲裁的要求。本文拟定无缸型锻压液压机的设计概念为：以快速旋转的高压大扭矩液压马达，驱动新型滚珠螺杆（丝杠）副的滚珠螺母旋转，以此推拉滚珠螺杆沿其轴向往复运动，从而由滚珠螺杆驱动锻压压力机滑块的上下运动，实现快进、工进、保压和快速回程等连贯的压制工步。无缸型锻压液压机取螺旋压力机与液压机之所长，规避了螺旋压力机压制缺乏柔韧和液压机压力自锁保压及渗漏的不足。以设计简约、动作齐全和制造快捷的创新理念，力争获得博采众长的全功效锻压压力机。另因剔除了与液压缸加工密封等相关的诱因，使得钢材减重、锻件降耗及漏污无踪等可见实效，从而成就具有绿色环保潜质的现代新型锻压压力机。

2 结构设计与功效分析

锻压液压机无缸驱动设计的中心，就是利用液压马达与滚珠螺杆副组合的轴向推拉驱动力，替代液压缸活塞杆驱动液压机滑块的压制和回程，实现锻压压力机的空载快下、慢速压制、卸载保压和泄压回程等锻压工艺流程。

（1）液压马达旋转驱动的特点，就是高速与低速之间的速比差值较大，且速率变换及正反转换向平稳。滚珠螺杆螺母传动副，作为当代新型的精密机械传动部件，具有摩擦阻力小、机械传动效率高和轴向自锁性能好等优点。且有传动副采用预应力装配工艺，使其几乎不存在往返的轴向间隙。

（2）液压马达与滚珠螺杆螺母传动副的组合机构，以大扭矩的旋转输出驱动滚珠螺母，继而带动滚珠螺杆轴向推拉压力机滑块的往复运动，并调控其速度的快慢、缓冲换向、停止保压及泄压回程等程序化的压制工艺。

（3）由于取两种机构组合之所长，使无缸驱动压力机兼具液压机和螺旋压力机各自功效，几近成为优势互补的全功效锻压压力机。具体功效枚举诸如：

①压力机滑块空载快下由组合机构直接驱动，无需原有液压机复杂的充液系统；

②可在滑块全行程范围内实施自锁保压，且保压后能够实现可控分级泄压；

③由于压力机无液压缸及相关高压管路系统，既减少了管路的泄漏又降低了整机的自重；

④滑块全行程往复速度无级调速；快慢速度切换平稳及停止时微振动低噪声缓冲；

⑤因液压动力站仅供给液压马达施压和输入回油的循环，所以压力机动力站油箱的有效容积及油液发热量可大幅度减少；

⑥由于不存在液压活塞杆的滑动摩擦，因此减小了滑块在低速工进时的滑动爬行。另外减少了活塞杆往复运动的惯性冲击，使压力机更适宜于短行程、高频率的往复冲压工艺。

3 扩展功能与节能环保

（1）因转动的滚珠螺母可配置高精度旋转传感器（旋转光电编码器），则数控系统的全行程线性检测与数据反馈调控成为可能。由于利用了滚珠螺杆螺母传动机构的机械放大原理，使旋转传感器检测调控的滑块，能够实现高达0.01mm 直线位移精确度。

（2）当滑块由低压快进向高压工进的输出转换时，驱动液压马达的液压动力系统，始终处于自适应调控的恒功率输出状态，对长期处于速度和压制力频繁起伏的压力机，其节能降耗的经济效益极其可观。

（3）在无缸压力机设计制造的全过程中，不仅去除了缸体与活塞杆的锻件毛坯及精加工成本，且大幅缩短了订购备料与产出交货周期。

（4）对比有缸设计无液压缸的压力机，从根本上解决了高压密封圈的选购成本、泄漏故障及磨损更换等一系列问题。

4 结语和展望

无缸驱动锻压压力机的设计，是以机-液各取所长的组合机构，赋予了现代锻压压力机刚柔相济的特质。无缸不仅减少渗漏，提高了液压系统的容积效率，同时免除了液压管路和直线位移传感器繁琐的设计装配。

对于现代全功效锻压压力机的研发与应用而言，在机电液集成化驱动调控、产成品准柔性化快捷加工制造及绿色环保等诸多方面，均具有极其可观的综合效益与发展潜力。

[1]陆 红.锻压液压机的准柔性化设计.锻压装备与制造技术，2002，37（6）.

[2]陆 红，周 崎.面向超低速“蠕进”液压缸的控制回路及设计.锻压装备与制造技术，2004，39（5）.

[3]王 卓，陆 红.锻压液压机的“点八五”关联度简约设计便览.锻压装备与制造技术，2012，47（1）.