螺旋压力机专利技术

孔祥艳 陈晓君（等同第一作者）

(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州215000）

1 概述

压力机的摩擦力在工作时是马达始终带动可摩擦的盘高速旋转，造成电能的消耗，降低效率。但是可换向的摩擦力的压机，其换向是通过摩擦盘和飞轮的压制作用来工作的，压力机的摩擦力的磨擦损耗非常厉害。滑块进行转换方向时，摩擦的盘和其飞轮会造成打滑很厉害，进一步的增加了摩擦的盘的磨坏和损耗，最后使传动的效率降低。压力机的摩擦力的工作效率降的很低，不能够形成准确的打击力，对于大吨位的压制要求也达不到。但是，小吨位和中小吨位的压力机摩擦力的应用领域还是有广泛前景。电动机转子作为或直接作为飞轮的电动驱动的螺旋压力机，或通过皮带以及齿轮或其他传动机构使飞轮进行旋转转动，而非选择摩擦力的传动方式，最终达到的效果是有很高的传动效率以及传动链降低，利用简单和简易的传动链即可实现传动效果，结构并不复杂，且维护人员也维护方便。电动机的速度可控，能够控制飞轮的能量大小，电动驱动的螺旋压力机其可以实现锻压精确的目的[1-2]。

2 螺旋压力机技术发展

对螺旋压力机技术的专利申请出现于20 世纪中叶，这代表全球对螺旋压力机领域的研究和发展时间较早，其发展过程可以分为几个阶段：a.1968 年至1980 年：在这个阶段，专利申请量逐步上升，且增长势头很猛烈，此时螺旋压力机的发展过程人们越来越开始关注，也逐渐的投入更多的精力去研究，1972 年至1978 年处于比较高的增长率,专利申请量大体上始终保持增长很激烈的势头，者处于技术发展成熟期，早期的研究技术和研究手段以及研究成品已慢慢形成发展成果大量应用，但该时间段往后申请量增长率已经开始下滑，这说明螺旋压力机技术急速发展过后进入了有些相对满足阶段。b.1997 至2005 年，该阶段的申请量创了新高，说明对新技术的创新已有突破，尤其是2000 年左右申请量最多；三2007 年至2018 年，该阶段处于专利申请量迅速发展时期，螺旋压力机整体的发展虽已进入平稳期，但对其操作智能化、结构轻量化、使用便利化以及成本降低化等方面的研究持续发展，和其它方面的结合如计算机控制技术、电机技术以及电力发展技术等方面的创新创了新高，特别是2018 年的申请量最多；考虑到专利申请公布以及公开需要一定的时间，且还要兼顾检索数据库有一定的更新延迟，2018 年或其以后的某些发明专利申请还无法计算。最早在1920 年德国人提出的摩擦螺旋压力机，它提出了靠摩擦盘传递动力给飞轮，飞轮驱动螺杆进而带动冲头压制工件，之后于1930 年很多专利申请均是飞轮通过一对摩擦辊驱动，在1935-1950 年间出现了大量的通过电机带动摩擦力的压力盘高速转动的摩擦螺旋压力机，但是由于飞轮在一个循环中还改变旋转方向，在换向时飞轮和摩擦盘产生了严重的打滑，这降低了传动效率，也加剧了摩擦带的磨损，为了解决这一问题，1978 年开始提出了双电机独立驱动的摩擦螺旋压力机，且对摩擦盘的数量进行了一系列改进，由1973 年苏联人提出的无盘式摩擦螺旋压力机，到1974 年同样是苏联人提出的单盘式摩擦螺旋压力机，接着到1980 年美国人提出的双盘式摩擦压力机，一直到1985 年，中国人提出的三盘式摩擦螺旋压力机，人们投入了越来越多的精力在其摩擦力的研究之中，另外，摩擦压力盘的工作过程和回头程度具有速度异常特性，飞轮和摩擦的压力盘间的速度的滑动力降低的很缓慢，可以改善设备的相关性能。但是设备的结构和操作的复杂性有所增加，制造的成本和维修的费用也有一定的增加，因此，这项技术一直停留在20 世纪末，未能得到广泛应用。各国长期探索离合器式螺旋压力机结构形式及控制方式的局面告一段落，开始逐步完善和推广阶段，1978 年苏联提出了关于离合器式螺旋压力机的申请，1978 年同样是德国人提出的关于离合器式螺旋压力机的申请，其额定压力为4000KN，而1985 年我国则向德国进口了第一批离合式螺旋压力机，继德国的离合器式螺旋压力机投入市场后不久，德国的很多公司也都申请了各具特色的离合器式螺旋压力机，并都形成了自己的生产系列。接下来日本在1983 年开始后也开始申请了很多关于离合器式螺旋压力机的专利申请，我国最早对离合器式螺旋压力机的专利申请为1989 年，北京机电研究所与青岛的团队进行了通力合作，申请了大量关于离合器式螺旋压力机的专利申请，山东理工大学在2010 年也对离合器式螺旋压力机进行了研究。

电动机转子替换飞轮作为驱动源，抑或是通过皮带或齿轮以及其他传动副传动连接飞轮进行转动，改善了摩擦传动的效率低、传动链较短以及想要较高传动效率的弊端。基于此想法，1928 年德国人首次提出了电动机的驱动原理对螺旋压力机进行驱动，但是本领域人员都知道，如果电机长期处于正和反转的状态以及启动和停止的工作模式，电动机的内部元件发热会非常厉害，最严重电机的温度可达到130℃，而由于早期技术有限，电机和电机控制的研究水平有限，一直没有对该问题进行有效的解决，研究工作很长时间内达到停滞状态，在利用环形定子异步电动机作螺旋压力机无减速传动方面，到1965 年有了新的进展，即德国一家Weingarten 公司研制了第一台环形定子电动螺旋压力机，其公称压力可为800KN-2300KN。且公称压力大于800 吨力的压力机，全部带有摩擦超载保险装置，传动用的环形定子电动机及其冷却风扇装在同一支架上，用电工制成的电动机转子开有很多通风槽，将其固定在飞轮的轮毂上，飞轮的下面是闸瓦式制动器。到了20 世纪70 年代以后，由于电力电子技术、计算机控制技术得到了飞速的发展，从最开始1970 年的三相电动机到1972 年的直线电动机，再到将变频器应用到压机螺旋应用的压机技术中，通过变频器的使用使得电动机工作达到状态最佳，可以很大的减少电流，也可以不让电机过热，这就为螺旋压力机向更加大型化、节能化发展铺平了道路。

中近二十多年来，交流伺服驱动技术已步入工业应用阶段，与直流伺服驱动相比，表达了极大的优越性，上世纪末，发达工业国家开始将这一技术应用于成型设备，1991 年日本的AMADA 公司申请了利用交流伺服电机驱动的螺旋压力机，1993 年同样是一家日本公司申请了利用交流伺服电机驱动的螺旋压力机，以及2000 年后仍有多国针对交流伺服电机技术进而驱动实现压机压力进行了申请，两种传动方式比较成熟，第一伺服电机直接安装在螺杆上，第二是通过皮带对飞轮进行带动旋转。交流伺服压力机的驱动源是交流，工作性能较佳，可以达到很大的节能效果，最高可达到节能60，控制和锻造精度也得到了很大的提高，有很强的适应性，单独一个设备可以完成大小不同的各类零件的压制，还可以灵活应用与小批量的各种品种的柔性化生产。

3 实际选择建议

本文以DWPI 数据库和CNABS 数据为主，重点分析了螺旋压力机技术在全球和中国的专利申请情况，国内外重要申请人及其各技术分支的申请量，中国的授权情况等，并对螺旋压力机技术技术的技术分支进行了详细的分析。通过上述分析可以看出，螺旋压力机技术主要集中在日本，而国内申请量虽然大幅提高，但发明高度还是有待提高的。