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陳超 ' 2，趙升噸1，崔敏超1，，2吳1凡，范淑琴1，石田徹2

1.西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院，陜西西安710049；

2 ·德島大學(xué)先端技術(shù)科學(xué)教育部，日本德島770．8506）

摘要：在分析傳統熱模鍛壓力機的基礎上闡述了伺服式熱模鍛壓力機的優(yōu)點(diǎn)。伺服式熱模鍛壓力機的關(guān)鍵技術(shù)包括驅動(dòng)電機、工作機構和傳動(dòng)方案等。

在驅動(dòng)電機方面，分析了交流異步電機、變頻調速電機、開(kāi)關(guān)磁阻電機和交流伺服電機在伺服式熱模鍛壓力機上應用的合理性。

在工作機構方面，提出了將肘桿機構應用于熱模鍛壓力機的新方法。

在傳動(dòng)方案方面，對多電機驅動(dòng)、多齒輪分散傳動(dòng)和多套傳動(dòng)機構同步方案進(jìn)行了研究。

Abstract：The advantages of hot die forging servo press were described on the basis of analysis of traditional hot die forging. The key technologies Of hot die forging servo press included driving motor，working mechanism，transmlsslon scheme and so on. The rationality Of application Of AC asynchronous motor，frequency converslon motor，switched reluctance motor and AC servo motor in hot die forging servo press was analyzed in aspect Of driving motor. A new method which used the triangular connecting rod toggle mechanism on hot die forging servo press was proposed aspect Of working mechanism. Multi motor dnve，multi gear transrmsslon and multi drive mechanism synchronization scheme were studied in transrrnsslon scheme. At last，the key technologies Of hot die forging servo press were summarized.

Keywords · Hot die forging servo press；Motor；Working mecharllsm；Transrmsslon scheme

熱模鍛壓力機是借助模具實(shí)現金屬毛坯熱成形的先進(jìn)的鍛造設備，在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。普通模鍛、偏心模鍛和擠壓等金屬型材的各種熱模鍛工藝都可以在熱模鍛壓力機上

如圖1所示，傳統的熱模鍛壓力機性能較差，生產(chǎn)率低，鍛件精度低，不能滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)中對模鍛設備的節能化、伺服化、精密化的要求 。

采用新型伺服電動(dòng)機實(shí)現熱模鍛壓力機的伺服驅動(dòng)在國內尚屬空白。這種伺服式熱模鍛壓力機去掉了傳統熱模鍛壓力機中的核心部件氣動(dòng)摩擦離合器湖，傳動(dòng)系統簡(jiǎn)單，造價(jià)明顯降低，工業(yè)實(shí)際推廣前景巨大。

研制具有自主知識產(chǎn)權的伺服式熱模鍛壓力機產(chǎn)品，對提高我國熱模鍛壓力機的國際競爭力具有重要的意義。

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1伺服式熱模鍛壓力機的優(yōu)點(diǎn)

伺服式熱模鍛壓力機相比于傳統熱模鍛壓力機具有很大的優(yōu)勢，它有以下幾個(gè)優(yōu)能量利用率高，節能環(huán)保。

傳統熱模鍛壓力機的傳動(dòng)系統主要包括交流異步電機、離合器、飛輪、制動(dòng)器、齒輪減速系統和曲柄滑塊機構等[ 6]。

由于交流異步電機啟動(dòng)電流大，不能頻繁啟停，所以傳統熱模鍛壓力機必須帶有離合器和制動(dòng)器。

由于有離合器和制動(dòng)器，傳統熱模鍛壓力機不僅存在如飛輪空轉[ 7〕、離合和制動(dòng)等的能量浪費，還需要定期更換離合器和制動(dòng)器上磨損過(guò)度的摩擦材料，維護不便，費用較高[ 8 ]。

在工作狀態(tài)下，伺服式熱模鍛壓力機本身的耗能就比傳統熱模鍛壓力機低。此外，伺服式熱模鍛壓力機省去了離合器等部件，不再需要壓縮空氣驅動(dòng)離合器，同時(shí)也可以省去空氣壓縮機的能量消耗。伺服式熱模鍛壓力機不存在飛輪空轉的能量損耗，因此有利于提高能量利用率，節能環(huán)保[ 10]

滑塊行程次數高?；瑝K的行程次數提高后，加熱毛坯在鍛壓過(guò)程中同上、下模具的接觸時(shí)間就短，有利于降低加工過(guò)程中模具的溫度，提高模具的使用壽命。

同時(shí)，由于接觸時(shí)間短，熱鍛件在單次行程中傳到模具上的熱量少，使熱模鍛壓力機可以連續工作，有利于提高生產(chǎn)率。

結構簡(jiǎn)單、維修量少。伺服式熱模鍛壓力機不需要離合器和用于儲存能量的大飛輪等，傳動(dòng)系統簡(jiǎn)單、結構布局緊湊、維護保養方便、故障率低。

鍛壓過(guò)程數控伺服，可以實(shí)現智能化、數控化、信息化加工[ 11 ] 鍛壓時(shí)的工作曲線(xiàn)可以根據需求進(jìn)行設置[ 12〕 對打擊能量進(jìn)行伺服控制[ 13」 可以有效拓寬伺服式熱模鍛壓力機的工藝范圍，提高熱模鍛壓力機的工藝性能。

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在工作時(shí)，實(shí)時(shí)監測記錄壓力機的鍛壓參數，對伺服式熱模鍛壓力機進(jìn)行信息化管理[ 14]

噪聲低。傳統的熱模鍛壓力機的離合器的排氣噪聲一般能達到110 dB ( A )，即便加了消聲器后也會(huì )超過(guò)國家規定的85 dB ( A)。伺服式熱模鍛壓力機不需要離合器等，采用伺服電機對滑塊的運動(dòng)曲線(xiàn)進(jìn)行伺服控制。

由于沒(méi)有了離合器，伺服式熱模鍛壓力機在工作時(shí)不會(huì )產(chǎn)生排氣噪聲和摩擦噪聲，降噪環(huán)保[巧」2伺服式熱模鍛壓力機的關(guān)鍵技術(shù)

2 · 1伺服式熱模鍛壓力機驅動(dòng)電機的研究

目前在熱模鍛壓力機上可以采用的電機有交流異步電機、變頻調速電機、開(kāi)關(guān)磁阻電機和交流伺服電交流異步電機是目前工業(yè)設備上應用最廣泛的電機。

交流異步電機具有結構簡(jiǎn)單[ 16] 價(jià)格便宜、牢固耐用07和] 維護方便[18〕 優(yōu)點(diǎn)，但也有電機頻繁啟停時(shí)發(fā)熱嚴重，啟動(dòng)電流過(guò)大等缺點(diǎn)。目前國內常見(jiàn)的傳統熱模鍛壓力機都是采用交流異步電機作為驅動(dòng)源的，這種熱模鍛壓力機需要離合器和制動(dòng)器等，能量利用率低。

將交流異步電機直接應用熱模鍛壓力機會(huì )帶來(lái)很多問(wèn)題，由于不能實(shí)現頻繁啟動(dòng)，嚴重影響了熱模鍛壓力機的控制性能。

變頻調速電機是利用變頻器驅動(dòng)的電動(dòng)機的總稱(chēng)。

變頻器主要通過(guò)控制半導體元件的通斷把電壓和頻率不變的交流電變成電壓和頻率可變化的交流電源[19] 變頻調速電機具有調速效率高[20)、噪聲低、調速范圍寬[ 21〕 適應不同工況下的頻繁變速等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應用于需要頻繁啟?；蜃兯俚膱?chǎng)合。

但是，目前變頻調速電機技術(shù)也有很多的問(wèn)題。我國發(fā)電廠(chǎng)的電動(dòng)機供電電壓高于功率開(kāi)關(guān)器件的耐壓水平，造成電壓上的不匹配。

變頻調速系統由于大量使用了電子元器件，造價(jià)較高。由于目前變頻調速電機主要應用于小功率場(chǎng)合，因此變頻調速電機在熱模鍛壓力機上的應用受到了限制，但隨著(zhù)變頻調速電機的發(fā)展及相關(guān)電子元器件價(jià)格的降低，變頻調速系統在熱模鍛壓力機伺服驅動(dòng)上將會(huì )得到更多的應用。

開(kāi)關(guān)磁阻電機是一種新型的調速電機。

開(kāi)關(guān)磁阻電機具有結構簡(jiǎn)單[22〕可靠性高、成本低、動(dòng)態(tài)響應好[ 23 ] 優(yōu)點(diǎn)，但也具有轉矩脈動(dòng)大、震動(dòng)和噪聲大等缺點(diǎn)。

西安交通大學(xué)的趙升噸教授等在將開(kāi)關(guān)磁阻電機應用于熱模鍛壓力機方面做了很多研究工作。

由開(kāi)關(guān)磁阻電機驅動(dòng)的伺服式熱模鍛壓力機與傳統熱模鍛壓力機最大的區別是沒(méi)有離合器和飛輪等。

開(kāi)關(guān)磁阻電機通過(guò)一級或多級齒輪減速驅動(dòng)工作機構運動(dòng)，由工作機構帶動(dòng)滑塊做上下往復直線(xiàn)運動(dòng)，完成工件的鍛壓工作。

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交流伺服電機的控制速度和位置精度非常準確，通過(guò)控制電壓信號來(lái)控制電機的轉矩和轉速。伺服電機的抗過(guò)載能力強，非常適合應用于有轉矩波動(dòng)或快速起動(dòng)的場(chǎng)合。

伺服電機的響應速度快[ 24 ]

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