陳超 ' 2，趙升（shēng）噸1，崔敏超1，，2吳1凡，範（fàn）淑琴1，石田徹2

1.西安（ān）交通大學機械工程學院，陝西西安710049；

2 ·德（dé）島大學先端技術科學教育部，日（rì）本德島770．8506）

摘要：在（zài）分析傳統熱模（mó）鍛（duàn）壓力機的基礎上闡述了伺服式熱模鍛壓力（lì）機的優點。伺服式熱模鍛壓力機的關鍵（jiàn）技術包括（kuò）驅動電機、工作機構（gòu）和傳動方案等。

在驅動電機方麵，分析了交流（liú）異步電機、變頻調速電機、開關磁（cí）阻電機和交流伺服電機在（zài）伺服式熱模（mó）鍛壓力機上應用的合（hé）理性（xìng）。

在工作機構方麵，提出了將肘杆機構（gòu）應用於熱模鍛壓力機的新方法。

在傳動方（fāng）案方麵，對（duì）多（duō）電機驅動、多齒輪分散（sàn）傳動和多套傳動（dòng）機構同步方案（àn）進行了研究（jiū）。

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現金屬毛（máo）坯熱成形的（de）先進的鍛造設備，在工業生產中應用廣泛。普通模鍛、偏心模鍛和擠壓等金屬型材的各種熱模鍛工藝（yì）都可以在熱（rè）模鍛壓力機上

如圖1所示，傳統的熱模鍛（duàn）壓力機性能較差（chà），生產率低（dī），鍛件精度低，不能（néng）滿足工業生產中（zhōng）對模鍛設備的節能（néng）化、伺服化、精密（mì）化的要求 。

采用新型伺服電動機實現熱模鍛壓力機的伺服驅（qū）動在國內尚屬空白。這種伺服式熱模鍛壓力（lì）機去掉了傳統熱模鍛壓力機中的核心（xīn）部件氣動摩擦離合器湖，傳動係統（tǒng）簡單，造價明顯降低，工業實際推廣前景（jǐng）巨大。

研製具有自主知識產權的伺服式熱（rè）模鍛壓力機產品，對提高我國熱模鍛壓（yā）力機的（de）國際競爭力具有重要的意（yì）義。

編輯

1伺（sì）服式熱模鍛壓力機（jī）的優點

伺服式熱模鍛壓（yā）力機相比於傳統（tǒng）熱模鍛壓力機具（jù）有很大的優勢，它有以下幾（jǐ）個優能量利（lì）用率高，節能（néng）環保。

傳統熱模鍛壓力機的（de）傳動係統主要包（bāo）括交流異步電機、離合（hé）器、飛輪、製動器、齒輪減速係統和曲柄滑塊機構等[ 6]。

由於交流異步電機啟動（dòng）電流大，不（bú）能頻繁啟停，所（suǒ）以傳統熱模鍛壓力機必須（xū）帶有離合器和製動器。

由（yóu）於有離合（hé）器（qì）和製動（dòng）器，傳統熱模鍛壓力機不僅存在如飛（fēi）輪空（kōng）轉[ 7〕、離合（hé）和製動等的能量浪費，還需要定期更換離合器和製動器上磨損過度的摩（mó）擦材料，維護不便，費用較高[ 8 ]。

在工作狀態下，伺服式熱模鍛壓力（lì）機本身的耗能就比傳統熱模鍛壓力機低。此外（wài），伺服式（shì）熱模鍛壓（yā）力機省去了離合器等部件（jiàn），不再需要壓縮空氣驅（qū）動（dòng）離合器，同時也可以省去空氣壓縮（suō）機的能量消耗。伺服式熱模鍛壓力機不存在飛輪（lún）空轉的能量損耗，因此（cǐ）有利於提高能量利用率（lǜ），節（jiē）能環保[ 10]

滑塊行程次數（shù）高。滑塊的行程次數提高後，加熱毛坯在鍛壓過程中同上、下模具（jù）的接觸時間（jiān）就短，有利於降低加工過程中模具的溫（wēn）度，提高模具的使用壽命。

同時，由於接觸時間短（duǎn），熱鍛件在單次行程中傳到模（mó）具上的熱量少，使熱模鍛壓力機可以連續工作，有利於提（tí）高生產率。

結構簡單、維修量少。伺（sì）服式熱模鍛壓力機不（bú）需要離合器和用（yòng）於儲存能量的大飛（fēi）輪等，傳動係統（tǒng）簡單、結構布（bù）局緊湊、維護保養方便、故障率低。

鍛壓過程數控伺（sì）服，可以實現智能化、數控化、信息化加工[ 11 ] 鍛壓時的工作（zuò）曲線可以根據（jù）需求（qiú）進行（háng）設置（zhì）[ 12〕 對打擊能量進行伺服（fú）控製[ 13」 可以有效（xiào）拓寬伺服式熱模鍛壓力機的（de）工藝範圍，提高熱模鍛壓力機的工藝（yì）性能。

編輯

在（zài）工作時，實時監測記錄壓力（lì）機（jī）的鍛（duàn）壓（yā）參數，對伺服式熱（rè）模鍛壓力（lì）機（jī）進行信息化管理[ 14]

噪聲低。傳統的熱模鍛（duàn）壓力機的離合器的排氣噪聲一般能達到110 dB ( A )，即便加了消聲器後也會超（chāo）過國家（jiā）規定的85 dB ( A)。伺服式熱模鍛（duàn）壓力機不需要離（lí）合（hé）器等，采用伺服電機對滑塊（kuài）的運動曲線進行伺服控製。

由於沒有了離合器，伺服（fú）式熱（rè）模鍛壓力機在工作時不會（huì）產生排（pái）氣噪聲和摩（mó）擦噪聲，降噪環保[巧」2伺服式熱模（mó）鍛壓力機的關鍵技術

2 · 1伺服式熱模鍛壓力機驅動電機的研究

目前在熱模鍛壓（yā）力機上可（kě）以采用的電機有交流異步電機（jī）、變頻調速電機、開關磁阻電機（jī）和交流（liú）伺服電（diàn）交流異步電機（jī）是目前工業設備上應用最廣泛（fàn）的電機。

交流異步電（diàn）機具有結構簡單（dān）[ 16] 價格（gé）便宜、牢固耐用07和] 維護方便（biàn）[18〕 優點，但也（yě）有電機頻繁啟停時（shí）發熱嚴重，啟動電流過大等缺點。目前國內常見的傳（chuán）統熱模（mó）鍛壓力機都是采用交（jiāo）流異步電機作為驅（qū）動源的，這（zhè）種熱（rè）模鍛壓力機需要離合器和（hé）製動器等，能量利用率低。

將交流異步電機直接應用熱模鍛壓力（lì）機會帶來很（hěn）多問題，由於不（bú）能（néng）實現頻繁啟動，嚴重影響了熱模鍛壓力機的控製性能。

變頻調速電機（jī）是利用變頻器驅動的電動機的總稱。

變頻器主要通過控製半導體元件的通斷把電壓和頻率不變的交流（liú）電變成電（diàn）壓和頻率可（kě）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、調速範圍寬[ 21〕 適（shì）應不同工況下的頻繁變速（sù）等優點，非常（cháng）適合應用於需要頻繁啟停或變速的場合。

但是，目前變頻調速電機技術也有很多（duō）的問題。我國發電廠的電動機供電電壓高於功（gōng）率開關器件的耐壓水平，造（zào）成電壓上的不（bú）匹配。

變頻調速係統由於大量（liàng）使用了電子元器件，造價較高。由於目前變頻調速電機主要應用於小功（gōng）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製，但隨著變頻調速電機的發展及相關（guān）電子元（yuán）器件價格的降低（dī），變頻調速係統在熱模鍛（duàn）壓力機伺服驅動上將會得到更（gèng）多的應用。

開關（guān）磁阻電機是一（yī）種新型的調速（sù）電（diàn）機。

開關磁阻電機（jī）具有結構簡單[22〕可靠性高、成本低、動態響應好[ 23 ] 優點，但也具有轉矩脈動大、震動和噪聲大（dà）等缺點。

西安交通大學的（de）趙升噸教授等在將開關磁阻電機應用於熱模（mó）鍛壓力機方麵做了很多（duō）研究工作。

由開關磁阻電機驅動的伺服（fú）式熱模鍛壓力機與傳統熱模鍛壓力機最大的區別是（shì）沒有（yǒu）離合器和飛輪等。

開關磁（cí）阻電機通過一級或多級齒輪減速驅動工作機構運動，由工作機構帶動滑塊做上下（xià）往複直線運動（dòng），完（wán）成工件的鍛壓工作。

編輯

交流伺服電機的控製速度和位置（zhì）精度非常準確，通過控製電壓信號來控製電機的轉矩和轉速。伺服電機的抗過（guò）載能力強，非（fēi）常適合應用於有轉矩波動或快速起動的場合。

伺服電機的響（xiǎng）應速度快[ 24 ]

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