螺旋壓力機專利技術

孔祥艷 陳曉君（等同第一作者）

(國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

1 概述

壓力機的摩擦力在工作時是馬達始終帶動可摩擦的盤高速旋轉，造成電能的消耗，降低效率。但是可換向的摩擦力的壓機，其換向是通過摩擦盤和飛輪的壓制作用來工作的，壓力機的摩擦力的磨擦損耗非常厲害。滑塊進行轉換方向時，摩擦的盤和其飛輪會造成打滑很厲害，進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。壓力機的摩擦力的工作效率降的很低，不能夠形成準確的打擊力，對于大噸位的壓制要求也達不到。但是，小噸位和中小噸位的壓力機摩擦力的應用領域還是有廣泛前景。電動機轉子作為或直接作為飛輪的電動驅動的螺旋壓力機，或通過皮帶以及齒輪或其他傳動機構使飛輪進行旋轉轉動，而非選擇摩擦力的傳動方式，最終達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現傳動效果，結構并不復雜，且維護人員也維護方便。電動機的速度可控，能夠控制飛輪的能量大小，電動驅動的螺旋壓力機其可以實現鍛壓精確的目的[1-2]。

2 螺旋壓力機技術發展

對螺旋壓力機技術的專利申請出現于20 世紀中葉，這代表全球對螺旋壓力機領域的研究和發展時間較早，其發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，此時螺旋壓力機的發展過程人們越來越開始關注，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，者處于技術發展成熟期，早期的研究技術和研究手段以及研究成品已慢慢形成發展成果大量應用，但該時間段往后申請量增長率已經開始下滑，這說明螺旋壓力機技術急速發展過后進入了有些相對滿足階段。b.1997 至2005 年，該階段的申請量創了新高，說明對新技術的創新已有突破，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展時期，螺旋壓力機整體的發展雖已進入平穩期，但對其操作智能化、結構輕量化、使用便利化以及成本降低化等方面的研究持續發展，和其它方面的結合如計算機控制技術、電機技術以及電力發展技術等方面的創新創了新高，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，且還要兼顧檢索數據庫有一定的更新延遲，2018 年或其以后的某些發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，它提出了靠摩擦盤傳遞動力給飛輪，飛輪驅動螺桿進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動，在1935-1950 年間出現了大量的通過電機帶動摩擦力的壓力盤高速轉動的摩擦螺旋壓力機，但是由于飛輪在一個循環中還改變旋轉方向，在換向時飛輪和摩擦盤產生了嚴重的打滑，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獨立驅動的摩擦螺旋壓力機，且對摩擦盤的數量進行了一系列改進，由1973 年蘇聯人提出的無盤式摩擦螺旋壓力機，到1974 年同樣是蘇聯人提出的單盤式摩擦螺旋壓力機，接著到1980 年美國人提出的雙盤式摩擦壓力機，一直到1985 年，中國人提出的三盤式摩擦螺旋壓力機，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，可以改善設備的相關性能。但是設備的結構和操作的復雜性有所增加，制造的成本和維修的費用也有一定的增加，因此，這項技術一直停留在20 世紀末，未能得到廣泛應用。各國長期探索離合器式螺旋壓力機結構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 年蘇聯提出了關于離合器式螺旋壓力機的申請，1978 年同樣是德國人提出的關于離合器式螺旋壓力機的申請，其額定壓力為4000KN，而1985 年我國則向德國進口了第一批離合式螺旋壓力機，繼德國的離合器式螺旋壓力機投入市場后不久，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，并都形成了自己的生產系列。接下來日本在1983 年開始后也開始申請了很多關于離合器式螺旋壓力機的專利申請，我國最早對離合器式螺旋壓力機的專利申請為1989 年，北京機電研究所與青島的團隊進行了通力合作，申請了大量關于離合器式螺旋壓力機的專利申請，山東理工大學在2010 年也對離合器式螺旋壓力機進行了研究。

電動機轉子替換飛輪作為驅動源，抑或是通過皮帶或齒輪以及其他傳動副傳動連接飛輪進行轉動，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ǎ?928 年德國人首次提出了電動機的驅動原理對螺旋壓力機進行驅動，但是本領域人員都知道，如果電機長期處于正和反轉的狀態以及啟動和停止的工作模式，電動機的內部元件發熱會非常厲害，最嚴重電機的溫度可達到130℃，而由于早期技術有限，電機和電機控制的研究水平有限，一直沒有對該問題進行有效的解決，研究工作很長時間內達到停滯狀態，在利用環形定子異步電動機作螺旋壓力機無減速傳動方面，到1965 年有了新的進展，即德國一家Weingarten 公司研制了第一臺環形定子電動螺旋壓力機，其公稱壓力可為800KN-2300KN。且公稱壓力大于800 噸力的壓力機，全部帶有摩擦超載保險裝置，傳動用的環形定子電動機及其冷卻風扇裝在同一支架上，用電工制成的電動機轉子開有很多通風槽，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70 年代以后，由于電力電子技術、計算機控制技術得到了飛速的發展，從最開始1970 年的三相電動機到1972 年的直線電動機，再到將變頻器應用到壓機螺旋應用的壓機技術中，通過變頻器的使用使得電動機工作達到狀態最佳，可以很大的減少電流，也可以不讓電機過熱，這就為螺旋壓力機向更加大型化、節能化發展鋪平了道路。

中近二十多年來，交流伺服驅動技術已步入工業應用階段，與直流伺服驅動相比，表達了極大的優越性，上世紀末，發達工業國家開始將這一技術應用于成型設備，1991 年日本的AMADA 公司申請了利用交流伺服電機驅動的螺旋壓力機，1993 年同樣是一家日本公司申請了利用交流伺服電機驅動的螺旋壓力機，以及2000 年后仍有多國針對交流伺服電機技術進而驅動實現壓機壓力進行了申請，兩種傳動方式比較成熟，第一伺服電機直接安裝在螺桿上，第二是通過皮帶對飛輪進行帶動旋轉。交流伺服壓力機的驅動源是交流，工作性能較佳，可以達到很大的節能效果，最高可達到節能60，控制和鍛造精度也得到了很大的提高，有很強的適應性，單獨一個設備可以完成大小不同的各類零件的壓制，還可以靈活應用與小批量的各種品種的柔性化生產。

3 實際選擇建議

本文以DWPI 數據庫和CNABS 數據為主，重點分析了螺旋壓力機技術在全球和中國的專利申請情況，國內外重要申請人及其各技術分支的申請量，中國的授權情況等，并對螺旋壓力機技術技術的技術分支進行了詳細的分析。通過上述分析可以看出，螺旋壓力機技術主要集中在日本，而國內申請量雖然大幅提高，但發明高度還是有待提高的。