無液壓缸驅(qū)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(shù)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(nèi)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(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)控，以及配套液壓動力系統(tǒng)的傳動平穩(wěn)可靠等優(yōu)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(zhuǎn)的高壓大扭矩液壓馬達，驅(qū)動新型滾珠螺桿（絲杠）副的滾珠螺母旋轉(zhuǎn)，以此推拉滾珠螺桿沿其軸向往復運動，從而由滾珠螺桿驅(qū)動鍛壓壓力機滑塊的上下運動，實現(xiàn)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(guī)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(chuàng)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(guān)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(huán)保潛質(zhì)的現(xiàn)代新型鍛壓壓力機。

2 結(jié)構(gòu)設計與功效分析

鍛壓液壓機無缸驅(qū)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(qū)動力，替代液壓缸活塞桿驅(qū)動液壓機滑塊的壓制和回程，實現(xiàn)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(zhuǎn)驅(qū)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(zhuǎn)換向平穩(wěn)。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(yōu)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(gòu)，以大扭矩的旋轉(zhuǎn)輸出驅(qū)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(diào)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(gòu)組合之所長，使無缸驅(qū)動壓力機兼具液壓機和螺旋壓力機各自功效，幾近成為優(yōu)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(gòu)直接驅(qū)動，無需原有液壓機復雜的充液系統(tǒng)；

②可在滑塊全行程范圍內(nèi)實施自鎖保壓，且保壓后能夠?qū)崿F(xiàn)可控分級泄壓；

③由于壓力機無液壓缸及相關(guān)高壓管路系統(tǒng)，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(diào)速；快慢速度切換平穩(wěn)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(huán)，所以壓力機動力站油箱的有效容積及油液發(fā)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(jié)能環(huán)保

（1）因轉(zhuǎn)動的滾珠螺母可配置高精度旋轉(zhuǎn)傳感器（旋轉(zhuǎn)光電編碼器），則數(shù)控系統(tǒng)的全行程線性檢測與數(shù)據(jù)反饋調(diào)控成為可能。由于利用了滾珠螺桿螺母傳動機構(gòu)的機械放大原理，使旋轉(zhuǎn)傳感器檢測調(diào)控的滑塊，能夠?qū)崿F(xiàn)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(zhuǎn)換時，驅(qū)動液壓馬達的液壓動力系統(tǒng)，始終處于自適應調(diào)控的恒功率輸出狀態(tài)，對長期處于速度和壓制力頻繁起伏的壓力機，其節(jié)能降耗的經(jīng)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(chǎn)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(jié)語和展望

無缸驅(qū)動鍛壓壓力機的設計，是以機-液各取所長的組合機構(gòu)，賦予了現(xiàn)代鍛壓壓力機剛?cè)嵯酀奶刭|(zhì)。無缸不僅減少滲漏，提高了液壓系統(tǒng)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(xiàn)代全功效鍛壓壓力機的研發(fā)與應用而言，在機電液集成化驅(qū)動調(diào)控、產(chǎn)成品準柔性化快捷加工制造及綠色環(huán)保等諸多方面，均具有極其可觀的綜合效益與發(fā)展?jié)摿Α?/p>

[1]陸 紅.鍛壓液壓機的準柔性化設計.鍛壓裝備與制造技術(shù)，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(shù)，2004，39（5）.

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