邵玉強(qiáng),劉建設(shè),周善艦

(1.寧波漢商液壓有限公司,浙江 寧波315207；2.黃河旋風(fēng)股份有限公司,河南 許昌461500)

六面頂壓機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展已經(jīng)有40多年的歷史,長(zhǎng)期以來(lái)一直采用單作用增壓器或超高壓泵作為增壓裝置的模式。國(guó)產(chǎn)單作用增壓器技術(shù)非常成熟,被大部分壓機(jī)生產(chǎn)廠家廣泛采用,但因?yàn)槠渚哂畜w積大、價(jià)格高、超程限制等缺點(diǎn)已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)六面頂壓機(jī)大型化發(fā)展及長(zhǎng)工藝保壓的要求了。而超高壓泵具備可長(zhǎng)期增壓、保壓的優(yōu)點(diǎn),但在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中,超高壓泵的使用壽命不長(zhǎng)、更換頻繁及裝機(jī)功率大的缺點(diǎn)也限制了其大范圍的推廣應(yīng)用[1]。近年來(lái),研制出的雙作用往復(fù)式增壓器,可以自動(dòng)連續(xù)增壓,具有單作用增壓器和超高壓泵無(wú)可匹敵的優(yōu)點(diǎn),已在國(guó)內(nèi)得到廣泛推廣應(yīng)用。

1 雙作用往復(fù)式增壓器的工作原理

1.1 雙向增壓原理

單作用增壓器由低壓油驅(qū)動(dòng)只能單行程增壓,回程為非工作狀態(tài),增壓時(shí)間受行程的限制,因此不能長(zhǎng)時(shí)間增壓。而雙作用往復(fù)式增壓器由低壓油驅(qū)動(dòng),可雙行程增壓,只要有低壓油驅(qū)動(dòng)就可以不停止增壓。圖1所示為雙作用往復(fù)式增壓器的原理圖,其主要由增壓缸、自動(dòng)換向閥及四個(gè)超高壓?jiǎn)蜗蜷y組成。自動(dòng)換向閥(兩位四通閥)控制增壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng),當(dāng)自動(dòng)換向閥下位接入系統(tǒng)時(shí),油源來(lái)油經(jīng)P口進(jìn)入增壓缸上側(cè)大腔,并通過(guò)單向閥Ⅰ流入增壓缸上側(cè)小腔,產(chǎn)生向下的推力,其有效作用面積為增壓缸上側(cè)大腔截面積,此力驅(qū)動(dòng)活塞下移。[4]

圖1 雙作用往復(fù)式增壓器原理圖Fig.1 Schematic of double-acting hydraulic intensifier

當(dāng)增壓缸下移時(shí),增壓缸下側(cè)大腔通過(guò)自動(dòng)換向閥與T口相通,流回油箱,使下側(cè)大腔處于泄荷狀態(tài)。當(dāng)增壓缸處于穩(wěn)態(tài)時(shí),不計(jì)摩擦力增壓缸下側(cè)小腔壓力對(duì)活塞所產(chǎn)生的推力與上側(cè)壓力平衡,其平衡方程為

式中PA——增壓器進(jìn)口壓力(油源壓力)

P——增壓器出口壓力

A1——增壓缸大腔截面積

A2——增壓缸小腔截面積

增壓器的增壓比為：

當(dāng)自動(dòng)換向閥的上位接入系統(tǒng)活塞上移,其原理與前述相同不再贅述。

1.2 連續(xù)增壓原理

自動(dòng)換向閥是由液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)換向的,利用控制腔小柱塞和大柱塞有效作用面積不等,油源壓力偏置小柱塞,而大柱塞控制壓力或?yàn)榱慊驗(yàn)橛驮磯毫Φ姆绞娇刂谱詣?dòng)換向閥閥芯的往復(fù)運(yùn)動(dòng),變化自動(dòng)換向閥的工作位置。如圖1所示,增壓缸活塞中間開(kāi)有控制油槽,活塞下移到最下端時(shí),油源壓力通過(guò)控制油槽與自動(dòng)換向閥的大柱塞相通,雖然此時(shí)大柱塞和小柱塞的作用壓力相等,但大柱塞作用面積大于小柱塞的作用面積,自動(dòng)換向閥換向到上位,增壓缸開(kāi)始上移增壓。當(dāng)活塞上移到最上端時(shí),自動(dòng)換向閥的大柱塞通過(guò)控制油槽與T口相通,此時(shí)小柱塞作用力大于大柱塞作用力,自動(dòng)換向閥換向到下端,增壓缸開(kāi)始下移增壓……由此可見(jiàn),只要連續(xù)地通入有壓油液,增壓器將自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng),連續(xù)輸出增壓后的液體。

2 雙作用往復(fù)式增壓器在六面頂壓機(jī)上的應(yīng)用實(shí)例

目前,雙作用往復(fù)式增壓器已經(jīng)在Φ650mm缸徑壓機(jī)和Φ750mm缸徑壓機(jī)成功應(yīng)用。最大工作壓力可達(dá)120MPa,壓力控制精度可達(dá)±0.01 MPa,增壓比為7∶1。增壓器的超壓速度可以通過(guò)控制進(jìn)入增壓器的流量或壓力來(lái)控制。

使用雙作用往復(fù)式增壓器的六面頂壓機(jī)液壓回路如圖2所示。該液壓回路由兩個(gè)變量泵作為動(dòng)力源,控制六缸前進(jìn)、后退動(dòng)作的油路與原有油路相同,控制增壓器的油路由比例溢流閥、電液換向閥、安全閥組成。[3]兩個(gè)變量泵采用大排量變量泵和小排量變量泵組合的方式,超壓時(shí)開(kāi)啟大泵(或者兩泵同時(shí)啟動(dòng)),電液換向閥得電,通過(guò)變頻器閉環(huán)控制大泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)輸出到雙作用往復(fù)式增壓器的流量大小[2],進(jìn)而控制超壓速度；或者可以通過(guò)比例溢流閥閉環(huán)控制超壓速度。超壓結(jié)束,電液換向閥斷電,雙作用往復(fù)式增壓器即可停止工作。補(bǔ)壓時(shí)開(kāi)啟小泵,電液換向閥得電,通過(guò)比例溢流閥控制補(bǔ)壓精度；補(bǔ)壓結(jié)束,電液換向閥斷電,增壓器停止工作?；芈分性O(shè)置有安全閥,在電器元件出現(xiàn)故障時(shí),可保障增壓器不會(huì)超過(guò)設(shè)備安全壓力。卸壓可采用和超高壓泵相同的泄壓閥直接從高壓卸壓。

圖2 雙作用往復(fù)式增壓器在六面頂壓機(jī)的應(yīng)用回路Fig.2 Application schematic of double-acting hydraulic intensifier for man-made diamond machine

3 雙作用往復(fù)式增壓器在六面頂壓機(jī)上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

雙作用往復(fù)式增壓器作為一種新的增壓裝置,在六面頂壓機(jī)上的應(yīng)用具有單作用增壓器和超高壓泵無(wú)可匹敵的優(yōu)勢(shì),具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)體積小、重量輕、成本低?，F(xiàn)應(yīng)用的雙作用往復(fù)式增壓器重量?jī)H有85kg,外形大小為775×150×205(mm),相對(duì)于單作用增壓器和超高壓泵而言制造成本低。

(2)超壓時(shí)間不受限制。只要低壓壓力油源不斷,雙作用往復(fù)式增壓器即可持續(xù)增壓,可滿足長(zhǎng)時(shí)間超壓的要求。

(3)液壓回路及控制簡(jiǎn)單。由低壓油驅(qū)動(dòng),自動(dòng)連續(xù)增壓,通過(guò)控制低壓液壓元件就可以達(dá)到對(duì)雙作用往復(fù)式增壓器啟動(dòng)、停止、增壓速度的控制,無(wú)需設(shè)置其它輔助電子元件和超高壓液壓元件。

(4)噪音低。雙作用往復(fù)式增壓器的運(yùn)動(dòng)為柱塞式的滑動(dòng),無(wú)機(jī)械式硬性連接,相對(duì)于超高壓泵噪音低。

(5)裝機(jī)功率低。只需要2個(gè)變量柱塞泵就可以完成對(duì)雙作用往復(fù)式增壓器的超壓、補(bǔ)壓控制。

4 結(jié)論

實(shí)踐證明用雙作用往復(fù)式增壓器作為六面頂壓機(jī)的增壓裝置,具備明顯的優(yōu)越性。特別是在可緩慢升壓、長(zhǎng)期保壓、壓力控制方便、工藝穩(wěn)定等方面的優(yōu)勢(shì),可以直接帶來(lái)金剛石品質(zhì)的提高。加之雙作用往復(fù)式增壓器制造成本較單作用增壓器和超高壓泵低廉,更有利于它的廣泛推廣應(yīng)用。我們認(rèn)為六面頂壓機(jī)采用雙作用往復(fù)式增壓器作為增壓源,將是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 徐祖全,李侃平,孫璇,袁源.國(guó)產(chǎn)六面頂壓機(jī)的精密化發(fā)展[J].超硬材料工程,2011(4).

[3] 陸振勤.大腔體壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J].珠寶科技,2003(3).

[4] 李壯云.液壓元件與系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.