無液壓缸驅動的壓力機設計探討

黃家仕，陸 紅

（徐州壓力機械有限公司 技術中心，江蘇 徐州 221004）

1 引言

鍛壓液壓機所具有的可在有效行程內任意位置隨時輸出最大壓力，滑塊速度和行程可在設計范圍內實現無級調控，以及配套液壓動力系統的傳動平穩可靠等優勢，使其廣泛適用于不同材料的體積成形、薄板成形及沖裁的要求。本文擬定無缸型鍛壓液壓機的設計概念為：以快速旋轉的高壓大扭矩液壓馬達，驅動新型滾珠螺桿（絲杠）副的滾珠螺母旋轉，以此推拉滾珠螺桿沿其軸向往復運動，從而由滾珠螺桿驅動鍛壓壓力機滑塊的上下運動，實現快進、工進、保壓和快速回程等連貫的壓制工步。無缸型鍛壓液壓機取螺旋壓力機與液壓機之所長，規避了螺旋壓力機壓制缺乏柔韌和液壓機壓力自鎖保壓及滲漏的不足。以設計簡約、動作齊全和制造快捷的創新理念，力爭獲得博采眾長的全功效鍛壓壓力機。另因剔除了與液壓缸加工密封等相關的誘因，使得鋼材減重、鍛件降耗及漏污無蹤等可見實效，從而成就具有綠色環保潛質的現代新型鍛壓壓力機。

2 結構設計與功效分析

鍛壓液壓機無缸驅動設計的中心，就是利用液壓馬達與滾珠螺桿副組合的軸向推拉驅動力，替代液壓缸活塞桿驅動液壓機滑塊的壓制和回程，實現鍛壓壓力機的空載快下、慢速壓制、卸載保壓和泄壓回程等鍛壓工藝流程。

（1）液壓馬達旋轉驅動的特點，就是高速與低速之間的速比差值較大，且速率變換及正反轉換向平穩。滾珠螺桿螺母傳動副，作為當代新型的精密機械傳動部件，具有摩擦阻力小、機械傳動效率高和軸向自鎖性能好等優點。且有傳動副采用預應力裝配工藝，使其幾乎不存在往返的軸向間隙。

（2）液壓馬達與滾珠螺桿螺母傳動副的組合機構，以大扭矩的旋轉輸出驅動滾珠螺母，繼而帶動滾珠螺桿軸向推拉壓力機滑塊的往復運動，并調控其速度的快慢、緩沖換向、停止保壓及泄壓回程等程序化的壓制工藝。

（3）由于取兩種機構組合之所長，使無缸驅動壓力機兼具液壓機和螺旋壓力機各自功效，幾近成為優勢互補的全功效鍛壓壓力機。具體功效枚舉諸如：

①壓力機滑塊空載快下由組合機構直接驅動，無需原有液壓機復雜的充液系統；

②可在滑塊全行程范圍內實施自鎖保壓，且保壓后能夠實現可控分級泄壓；

③由于壓力機無液壓缸及相關高壓管路系統，既減少了管路的泄漏又降低了整機的自重；

④滑塊全行程往復速度無級調速；快慢速度切換平穩及停止時微振動低噪聲緩沖；

⑤因液壓動力站僅供給液壓馬達施壓和輸入回油的循環，所以壓力機動力站油箱的有效容積及油液發熱量可大幅度減少；

⑥由于不存在液壓活塞桿的滑動摩擦，因此減小了滑塊在低速工進時的滑動爬行。另外減少了活塞桿往復運動的慣性沖擊，使壓力機更適宜于短行程、高頻率的往復沖壓工藝。

3 擴展功能與節能環保

（1）因轉動的滾珠螺母可配置高精度旋轉傳感器（旋轉光電編碼器），則數控系統的全行程線性檢測與數據反饋調控成為可能。由于利用了滾珠螺桿螺母傳動機構的機械放大原理，使旋轉傳感器檢測調控的滑塊，能夠實現高達0.01mm 直線位移精確度。

（2）當滑塊由低壓快進向高壓工進的輸出轉換時，驅動液壓馬達的液壓動力系統，始終處于自適應調控的恒功率輸出狀態，對長期處于速度和壓制力頻繁起伏的壓力機，其節能降耗的經濟效益極其可觀。

（3）在無缸壓力機設計制造的全過程中，不僅去除了缸體與活塞桿的鍛件毛坯及精加工成本，且大幅縮短了訂購備料與產出交貨周期。

（4）對比有缸設計無液壓缸的壓力機，從根本上解決了高壓密封圈的選購成本、泄漏故障及磨損更換等一系列問題。

4 結語和展望

無缸驅動鍛壓壓力機的設計，是以機-液各取所長的組合機構，賦予了現代鍛壓壓力機剛柔相濟的特質。無缸不僅減少滲漏，提高了液壓系統的容積效率，同時免除了液壓管路和直線位移傳感器繁瑣的設計裝配。

對于現代全功效鍛壓壓力機的研發與應用而言，在機電液集成化驅動調控、產成品準柔性化快捷加工制造及綠色環保等諸多方面，均具有極其可觀的綜合效益與發展潛力。

[1]陸 紅.鍛壓液壓機的準柔性化設計.鍛壓裝備與制造技術，2002，37（6）.

[2]陸 紅，周 崎.面向超低速“蠕進”液壓缸的控制回路及設計.鍛壓裝備與制造技術，2004，39（5）.

[3]王 卓，陸 紅.鍛壓液壓機的“點八五”關聯度簡約設計便覽.鍛壓裝備與制造技術，2012，47（1）.