冲床能量回收转换装置以及冲床的制作方法

1.本实用新型涉及冲床技术领域，特别涉及一种冲床能量回收转换装置以及冲床。


背景技术：

2.冲床是我国机械加工工厂里常见的机加工设备，其原理为将圆周运动转换为直线运动，由主电机出力，带动飞轮，经离合器带动齿轮，曲轴(或偏心轮)、连杆等运转来达成滑块的直线运动，冲床在工作过程中常常会产生比较大的冲击震动，对工件施加巨大的力的作用，但是会不可避免地对地面也产生巨大的冲击力，会对地面造成伤害，同时会有巨大的噪声，冲击震动对环境干扰已成为一个不可忽视的因素，且冲床的振动带有极大的机械能，这些能量在生产过程中常常被无谓的浪费掉了。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种冲床能量回收转换装置，可以利用压电片如压电陶瓷受压发电的原理，将冲床的动能转化为电能以供其他设备使用，能够节约能源成本。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的一种冲床能量回收转换装置，所述冲床包括工作台和设于所述工作台下方的底座，所述冲床能量回收转换装置包括第一压电机构，所述第一压电机构用以设于所述工作台和所述底座之间，所述第一压电机构包括：
5.传动组件，所述传动组件用以设于所述工作台的下端面；
6.支撑座，所述支撑座用以设于所述底座的上端面，且对应所述传动组件设置；以及，
7.多个第一压电单元，多个所述第一压电单元间隔设于所述传动组件与所述支撑座之间，每一所述第一压电单元包括多个竖向堆叠的第一压电片，且相邻两个所述第一压电片之间设有受力片。
8.可选地，所述支撑座包括固定架和限位环，所述固定架设于所述底座的上端面，所述限位环固定设于所述固定架上；
9.所述传动组件包括第一受力杆和环形压板，所述第一受力杆一端用以连接于所述工作台下端面，另一端穿设于所述限位环，所述环形压板套设于所述第一受力杆上；
10.多个所述第一压电单元设于所述环形压板与所述限位环之间。
11.可选地，所述传动组件还包括弹性件，所述弹性件套设于所述第一受力杆远离所述工作台的一端，且所述弹性件一端连接于所述支撑座底端，另一端连接于所述第一受力杆。
12.可选地，所述弹性件为减震弹簧。
13.可选地，所述第一受力杆和所述环形压板为一体式结构。
14.可选地，所述冲床能量回收转换装置还包括第二压电机构，所述第二压电机构包括：
15.支撑筒柱，所述支撑筒柱用以设于所述底座上，以向上支撑所述工作台，所述支撑
筒柱形成有容设腔；
16.第二受力杆，所述第二受力杆设于所述容设腔内，且用以设于所述工作台和所述底座之间；以及，
17.第二压电单元，所述第二压电单元包括径向储能弹簧、径向压块和第二压电片，所述第二压电片设于所述容设腔的内壁上，所述径向储能弹簧一端连接所述第二受力杆侧壁，另一端连接所述径向压块，所述径向储能弹簧用以将所述径向压块压紧于所述第二压电片上。
18.可选地，所述第二压电单元设有多个，多个所述第二压电单元沿所述受力杆的周向方向设置。
19.可选地，所述第一压电片的形状为钹形。
20.可选地，所述第一压电单元外部套设有弹簧振子。
21.本实用新型还提供一种冲床，所述冲床包括工作台、底座和冲床能量回收转换装置，所述底座设于所述工作台下方，所述冲床能量回收转换装置包括第一压电机构，所述第一压电机构用以设于所述工作台和所述底座之间，所述第一压电机构包括：
22.传动组件，所述传动组件用以设于所述工作台的下端面；
23.支撑座，所述支撑座用以设于所述底座的上端面，且对应所述传动组件设置；以及，
24.多个第一压电单元，多个所述第一压电单元间隔设于所述传动组件与所述支撑座之间，每一所述第一压电单元包括多个竖向堆叠的第一压电片，且相邻两个所述第一压电片之间设有受力片。
25.本实用新型提供的冲床能量回收转换装置通过传动组件传递冲床在工作中的震动给压电片，再利用压电片可以将机械能和电能互相转换的性能，可以将冲床在振动过程中产生的机械能转化为电能，其转换效率较高，经由压电片产生的电能可以储存在储电设备中，可供后续生产过程或者照明电路的使用，能够节约能源成本。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
27.图1为本实用新型冲床能量回收转换装置和冲床的一实施例的结构示意图；
28.图2为图1中冲床能量回收转换装置的半剖结构示意图；
29.图3为图2中第一压电单元的结构示意图；
30.图4为图2中a-a处的剖面结构示意图。
31.附图标号说明：
[0032][0033]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0035]
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0036]
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0037]
冲床是我国机械加工工厂里常见的机加工设备，其原理为将圆周运动转换为直线运动，由主电机出力，带动飞轮，经离合器带动齿轮，曲轴(或偏心轮)、连杆等运转来达成滑块的直线运动，冲床在工作过程中常常会产生比较大的冲击震动，对工件施加巨大的力的作用，但是会不可避免地对地面也产生巨大的冲击力，会对地面造成伤害，同时会有巨大的噪声，冲击震动对环境干扰已成为一个不可忽视的因素，且冲床的振动带有极大的机械能，这些能量在生产过程中常常被无谓的浪费掉了。
[0038]
鉴于此，本实用新型公开一种冲床能量回收转换装置100，可以利用压电片如压电
陶瓷受压发电的原理，将冲床1000的动能转化为电能以供其他设备使用，能够节约能源成本，图1至图4为本实用新型提供的冲床能量回收转换装置100的一实施例（下文称“本实施例”）。
[0039]
本实用新型公开一种冲床能量回收转换装置100，所述冲床1000包括工作台200和设于所述工作台200下方的底座300，所述冲床1000能量回收装置包括第一压电机构1，所述第一压电机构1用以设于所述工作台200和所述底座300之间，所述第一压电机构1包括传动组件11、支撑座12和多个第一压电单元13，所述传动组件用以设于所述工作台200的下端面，所述支撑座12用以设于所述底座300的上端面，且对应所述传动组件11设置，多个所述第一压电单元13间隔设于所述传动组件11与所述支撑座12之间，每一所述第一压电单元13包括多个竖向堆叠的第一压电片131，且相邻两个所述第一压电片131之间设有受力片132。
[0040]
本实用新型提供的冲床1000能量回收装置通过传动组件11传递冲床1000在工作中的震动给压电片，再利用压电片可以将机械能和电能互相转换的性能可以将冲床1000在振动过程中产生的机械能转化为电能，其转换效率较高，经由压电片产生的电能可以储存在储电设备中，可供后续生产过程或者照明电路的使用，能够节约能源成本。
[0041]
请参阅图3，需要解释的，所述第一压电主体包括多个竖向堆叠的所述第一压电片131，且相邻两个所述第一压电片131之间设有受力片132，所述受力片132可以均衡所述第一压电片131的受力，同时，多个所述第一压电片131通过间隔设于所述传动组件11与所述支撑座12之间进而形成堆阵列式压电发电体，能够具有更大发电量，解决了发电体不足而导致发电量少的问题，且可以较小的压力下，产生较多的电能，有效保证了电能的供应。
[0042]
需要注意的是，所述第一压电单元13中的所述第一压电片131是本实用新型中压电发电装置的核心元件，起着将机械能转化为电能的作用，所述第一压电片131可由压电陶瓷或有机聚合物压电双晶片，在本实施例中，所述第一压电片131采用有机聚合物压电双晶片制成，有机聚合物压电双晶片具有材质柔韧、低密度、低阻抗和高压电电压常数等优点，且其发电效率更高、受外界影响更小、使用年限更持久，在另一实施例中，所述第一压电片131采用压电陶瓷材料，由于压电陶瓷本身硬而脆，所产生的位移很小，因而一般不把压电陶瓷本身作为压电振子直接使用，通常是把压电陶瓷与某种金属弹性体连接在一起共同构成压电振子，其特点是变形相对较大、响应快，压电振子的构成通常有两种方法，一种是用环氧树脂粘结剂将已经制备好的压电晶片与金属基板粘结到一起；另一种是采用制备印刷电路的方法，直接将压电材料烧结到硅基板上，制成复合膜。压电陶瓷之所以有压电效应，是由于陶瓷内部存在无序的自发极化；经人工极化处理后，陶瓷内部具有了有序的剩余极化强度。当外界的作用，如压力或电场的作用，使极化强度改变，压电陶瓷就表现出正压电效应或逆压电效应，另外，压电陶瓷内的极化电荷是束缚电荷，而不是自由电荷，这些束缚电荷不能自由移动，所以发生在陶瓷中的充电和放电现象完全是内部极化强度的改变而引起的电极表面上自由电荷的释放和补充的结果。
[0043]
进一步地，通过多片所述第一压电片131的连接方式引起的电压和电量变化规律，适当的将所述第一压电片131进行串联和并联，形成所需的电压和电流，可以存储在蓄电池或直接用于给冲床1000上其他小型设备或用电单元供电，例如可供后续生产过程或者照明电路的使用，由于本实用新型不涉及电路上的改进，因此具体的电路结构以及电路原理请参照现有技术。
[0044]
为增加所述第一压电单元13的数量以获得的发电量，所述支撑座12包括固定架121和限位环122，所述固定架121设于所述底座300的上端面，所述限位环122固定设于所述固定架121上；所述传动组件11包括第一受力杆111和环形压板112，所述第一受力杆111一端用以连接于所述工作台200下端面，另一端穿设于所述限位环122，所述环形压板112套设于所述第一受力杆111上；多个所述第一压电单元13设于所述环形压板112与所述限位环122之间，所述环形压板112可以为所述第一压电单元13的安装增加安装面积，以设置更多的所述第一压电单元13具体地，具体地，所述环形压板112和所述限位环122均可以设置为圆形结构，当然，也可以根据需要设置为正方形、等边三角形等形状，具体根据需求设计，在此不做限定，所述环形压板112和所述限位环122的材料可以为马氏不锈钢，通过采用所述环形压板112和所述限位环122能够是压电发电体结构更均匀，抵抗外界损坏强度更大、发电效率更高，并且采用了马氏体不锈钢材料，材质更轻，强度更大，对压电发电的不利影响更小，保护效果更好，进一步地，多个所述第一压电以所述第一受力杆111为轴心呈环形阵列排布，通过阵列排布可以有效保证发电过程的稳定性。
[0045]
容易理解的是，当有外力即冲床1000工作时冲头给工作台200施加的冲压力，施加于所述第一受力杆111的顶部时，所述第一受力杆111便会向下发生些小的位移，相应的，与所述第一受力杆111固定设置在一起的所述环形压板112在所述第一受力杆111的带动下也向下运动，由于所述环形压板112与所述限位环122之间设置有多个所述第一压电单元13，在所述环形压板112的冲压下，多个所述第一压电单元13便会发生机械变形，根据正压电效应原理可知，此时所述第一压电单元13上便会产生电能。而当施加到所述第一受力杆111上的外力较大时，所述第一受力杆111向下运动一定距离后，由于所述支撑座12的结构刚度限制而无法再向下位移，也就是说，所述第一受力杆111的振动幅度会处于一个固定范围内，由此保证了所述第一压电单元13的变形也在可接受的范围，避免了因冲击过大而损坏压电结构的情况发生。
[0046]
当然，本实用新型中的所述第一受力杆111和所述环形压板112可以是一体设置，也可以分体设置，在本实用新型中，为一体成型，一体成型具有良好的结构强度，不易磨损以使所述环形压板112和所述第一受力杆111之间的连接失效，且所述第一受力杆111的长度可以根据实际情况具体设置，图2仅为描述连接关系，并不具有限定作用。
[0047]
为提高所述第一压电片131的使用寿命，所述第一压电片131的形状为钹形，通过设置为钹形，可使所述第一压电片131的使用寿命更长，不易损坏，并且可以多层堆叠，可以使所述第一压电片131在同叠等情况下产生更多的电能，使其使用寿命更长，不易损坏，维护简单；当装在一些发电体上时，可以减少更换频率和更换次数，节约了成本，并且适用于多种场合，在内、外体刚性的地方均可以使用。
[0048]
为避免所述第一压电单元13在振动发电过程中受损，所述第一压电单元13外部套设有弹簧振子133，所述弹簧振子133优选为塑性弹簧，具体地，所述弹簧振子133固定在多个所述第一压电片131的外围，且不与所述环形压板112和所述限位环122进行固定处理，通过所述弹簧振子133给所述第一压电片131增加变形力，可以起到保护压电结构的作用，同时配合所述受力片132的均匀受力作用，可以使所述第一压电单元13的结构有效抵抗外界损坏，延长其使用寿命，同时，由于不易损坏，维护简单，可以减少更换频率和更换次数，节约了成本。另外，需要说明的是，影响有机聚合物压电双晶片或压电陶瓷产生电能大小的一
个重要因素就是配重，有机聚合物压电双晶片或压电陶瓷必须要有适当的压力、合适的配重比才能产生最佳的电流值，所以经过考量后采用了马氏体不锈钢材料的所述环形压板112与所述限位环122，以达到最合适的发电效果；此外在振动发电过程中，所述弹簧振子133的振动频率也是非常重要的，当所述弹簧振子133的振动频率与压电发电体组件振动频率相同，也就是共振时，压电发电体的发电效率是最高的，其中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
[0049]
为使所述传动组件11还包括弹性件113，所述弹性件113套设于所述第一受力杆111远离所述工作台200的一端，且所述弹性件113一端连接于所述支撑座底端，另一端连接于所述第一受力杆111，其中，所述弹性件113与所述支撑座、所述受力杆均为弹性连接，通过设置所述第一受力杆111和所述弹性件113的支撑结构，有效减少了下压时机械能的损耗，且可以为所述第一受力杆111向下运动提供缓冲，避免了运动速度过大，从而导致所述第一压电单元13承受较大的冲击力，进而存在损坏发电装置的情况发生，有效保证了本实用新型的冲床1000能量回收装置的发电效率和安全性能。
[0050]
所述弹性件113可以采用现有技术中常用的弹性材料制成，例如，弹簧或者橡胶片，在本实用新型中，所述弹性件113为减震弹簧113a，作用效果好。
[0051]
为进一步提升所述冲床1000能量回收装置的能量转换能力，请参阅图2，所述冲床1000能量回收装置还包括第二压电机构2，所述第二压电机构2包括制成筒柱、第二受力杆22和第二压电单元23，所述支撑筒柱21用以设于所述底座300上，以向上支撑所述工作台200，所述支撑筒柱21形成有容设腔，所述第二受力杆22设于所述容设腔内，且用以设于所述工作台200和所述底座300之间，所述第二压电单元23包括径向储能弹簧231、径向压块232和第二压电片233，所述第二压电片233设于所述容设腔的内壁上，所述径向储能弹簧231一端连接所述第二受力杆22侧壁，另一端连接所述径向压块232，所述径向储能弹簧231用以将所述径向压块232压紧于所述第二压电片233上。其发电原理与所述第一压电机构1相同，单所述第二压电机构2不同于所述第一压电机构1，能够在吸收径向振动，并且将径向振动转化为电能。
[0052]
请参阅图4，为进一步提升所述第二压电机构2的转换效率，所述第二压电单元23设有多个，多个所述第二压电单元23沿所述受力杆的周向方向设置，以保证所述冲床1000能量回收装置能够保证不同方向的震动转化。
[0053]
需要说明的是，所述第二压电片233的材料可以与所述第一压电片131的材料相同，以减少所述冲床1000能量回收装置在制造生产过程中的制造难度，当然，在其他实施例中，所述第二压电片233的材料可以与所述第一压电片131的材料不同，具体情况需要根据实际情况而定，在此不做限制。另外，在本实施例中，所述支撑筒柱21的材料可以硬质橡胶等绝缘材料制成，以防止压电结构在工作过程中出现漏电的情况，以造成安全事故，在其他实施例中，所述支撑筒柱21也可以是铸铁等刚性材料，以抵抗来自工作台的冲压力，提供良好的支撑效果，但需要注意的是，当所述支撑筒柱21采用刚性材料时，需在其内壁上涂上绝缘材料或在其内壁上设置绝缘材料以防漏电。
[0054]
请参阅图1，本实用新型还提供一种冲床1000，所述冲床1000一般用于板材冲压，在使用时，可以通过模具能做出落料，冲孔，成型，拉深，修整，精冲，整形，铆接及挤压件等。所述冲床1000包括有工作台200、底座300和冲床能量回收转换装置100，其中，所述底座300
设于所述工作台200下方，所述冲床能量回收转换装置100的具体结构参照上述实施例，由于所述冲床能量回收转换装置100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。
[0055]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种冲床能量回收转换装置，所述冲床包括工作台和设于所述工作台下方的底座，其特征在于，所述冲床能量回收转换装置包括第一压电机构，所述第一压电机构用以设于所述工作台和所述底座之间，所述第一压电机构包括：传动组件，所述传动组件用以设于所述工作台的下端面；支撑座，所述支撑座用以设于所述底座的上端面，且对应所述传动组件设置；以及，多个第一压电单元，多个所述第一压电单元间隔设于所述传动组件与所述支撑座之间，每一所述第一压电单元包括多个竖向堆叠的第一压电片，且相邻两个所述第一压电片之间设有受力片。2.如权利要求1所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述支撑座包括固定架和限位环，所述固定架设于所述底座的上端面，所述限位环固定设于所述固定架上；所述传动组件包括第一受力杆和环形压板，所述第一受力杆一端用以连接于所述工作台下端面，另一端穿设于所述限位环，所述环形压板套设于所述第一受力杆上；多个所述第一压电单元设于所述环形压板与所述限位环之间。3.如权利要求2所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述传动组件还包括弹性件，所述弹性件套设于所述第一受力杆远离所述工作台的一端，且所述弹性件一端连接于所述支撑座底端，另一端连接于所述第一受力杆。4.如权利要求3所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述弹性件为减震弹簧。5.如权利要求2所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述第一受力杆和所述环形压板为一体式结构。6.如权利要求1所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述冲床能量回收转换装置还包括第二压电机构，所述第二压电机构包括：支撑筒柱，所述支撑筒柱用以设于所述底座上，以向上支撑所述工作台，所述支撑筒柱形成有容设腔；第二受力杆，所述第二受力杆设于所述容设腔内，且用以设于所述工作台和所述底座之间；以及，第二压电单元，所述第二压电单元包括径向储能弹簧、径向压块和第二压电片，所述第二压电片设于所述容设腔的内壁上，所述径向储能弹簧一端连接所述第二受力杆侧壁，另一端连接所述径向压块，所述径向储能弹簧用以将所述径向压块压紧于所述第二压电片上。7.如权利要求6所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述第二压电单元设有多个，多个所述第二压电单元沿所述受力杆的周向方向设置。8.如权利要求1所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述第一压电片的形状为钹形。9.如权利要求1所述的冲床能量回收转换装置，其特征在于，所述第一压电单元外部套设有弹簧振子。10.一种冲床，其特征在于，包括：工作台；底座，所述底座设于所述工作台下方；以及，冲床能量回收转换装置，包括如权利要求1至9中任意一项所述的冲床能量回收转换装置。

技术总结
本实用新型公开一种冲床能量回收转换装置以及冲床，冲床包括工作台、设于工作台下方的底座和冲床能量回收转换装置，冲床能量回收转换装置包括第一压电机构，第一压电机构用以设于工作台和底座之间，第一压电机构包括传动组件、支撑座和多个第一压电单元，传动组件用以设于工作台的下端面，支撑座用以设于底座的上端面，且对应传动组件设置，多个第一压电单元间隔设于传动组件与支撑座之间，每一第一压电单元包括多个竖向堆叠的第一压电片，且相邻两个第一压电片之间设有受力片，本实用新型提供的冲床能量回收转换装置可以利用压电片如压电陶瓷受压发电的原理，将冲床的动能转化为电能以供其他设备使用，能够节约能源成本。能够节约能源成本。能够节约能源成本。


技术研发人员：胡拓
受保护的技术使用者：浙江易田精工机械股份有限公司
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/9/1