雙作用往復式增壓器在六面頂壓機上的應用①

邵玉強,劉建設,周善艦

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

六面頂壓機在我國的應用與發展已經有40多年的歷史,長期以來一直采用單作用增壓器或超高壓泵作為增壓裝置的模式。國產單作用增壓器技術非常成熟,被大部分壓機生產廠家廣泛采用,但因為其具有體積大、價格高、超程限制等缺點已經越來越不能適應六面頂壓機大型化發展及長工藝保壓的要求了。而超高壓泵具備可長期增壓、保壓的優點,但在工業實際應用中,超高壓泵的使用壽命不長、更換頻繁及裝機功率大的缺點也限制了其大范圍的推廣應用[1]。近年來,研制出的雙作用往復式增壓器,可以自動連續增壓,具有單作用增壓器和超高壓泵無可匹敵的優點,已在國內得到廣泛推廣應用。

1 雙作用往復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動只能單行程增壓,回程為非工作狀態,增壓時間受行程的限制,因此不能長時間增壓。而雙作用往復式增壓器由低壓油驅動,可雙行程增壓,只要有低壓油驅動就可以不停止增壓。圖1所示為雙作用往復式增壓器的原理圖,其主要由增壓缸、自動換向閥及四個超高壓單向閥組成。自動換向閥(兩位四通閥)控制增壓缸的往復運動,當自動換向閥下位接入系統時,油源來油經P口進入增壓缸上側大腔,并通過單向閥Ⅰ流入增壓缸上側小腔,產生向下的推力,其有效作用面積為增壓缸上側大腔截面積,此力驅動活塞下移。[4]

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

當增壓缸下移時,增壓缸下側大腔通過自動換向閥與T口相通,流回油箱,使下側大腔處于泄荷狀態。當增壓缸處于穩態時,不計摩擦力增壓缸下側小腔壓力對活塞所產生的推力與上側壓力平衡,其平衡方程為

式中PA——增壓器進口壓力(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：

當自動換向閥的上位接入系統活塞上移,其原理與前述相同不再贅述。

1.2 連續增壓原理

自動換向閥是由液壓動力驅動換向的,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為零或為油源壓力的方式控制自動換向閥閥芯的往復運動,變化自動換向閥的工作位置。如圖1所示,增壓缸活塞中間開有控制油槽,活塞下移到最下端時,油源壓力通過控制油槽與自動換向閥的大柱塞相通,雖然此時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,自動換向閥換向到上位,增壓缸開始上移增壓。當活塞上移到最上端時,自動換向閥的大柱塞通過控制油槽與T口相通,此時小柱塞作用力大于大柱塞作用力,自動換向閥換向到下端,增壓缸開始下移增壓……由此可見,只要連續地通入有壓油液,增壓器將自動往復運動,連續輸出增壓后的液體。

2 雙作用往復式增壓器在六面頂壓機上的應用實例

目前,雙作用往復式增壓器已經在Φ650mm缸徑壓機和Φ750mm缸徑壓機成功應用。最大工作壓力可達120MPa,壓力控制精度可達±0.01 MPa,增壓比為7∶1。增壓器的超壓速度可以通過控制進入增壓器的流量或壓力來控制。

使用雙作用往復式增壓器的六面頂壓機液壓回路如圖2所示。該液壓回路由兩個變量泵作為動力源,控制六缸前進、后退動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,超壓時開啟大泵(或者兩泵同時啟動),電液換向閥得電,通過變頻器閉環控制大泵電機的轉速來調節輸出到雙作用往復式增壓器的流量大小[2],進而控制超壓速度；或者可以通過比例溢流閥閉環控制超壓速度。超壓結束,電液換向閥斷電,雙作用往復式增壓器即可停止工作。補壓時開啟小泵,電液換向閥得電,通過比例溢流閥控制補壓精度；補壓結束,電液換向閥斷電,增壓器停止工作。回路中設置有安全閥,在電器元件出現故障時,可保障增壓器不會超過設備安全壓力。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 雙作用往復式增壓器在六面頂壓機的應用回路Fig.2 Application schematic of double-acting hydraulic intensifier for man-made diamond machine

3 雙作用往復式增壓器在六面頂壓機上的應用優勢

雙作用往復式增壓器作為一種新的增壓裝置,在六面頂壓機上的應用具有單作用增壓器和超高壓泵無可匹敵的優勢,具體體現在以下幾個方面：

(1)體積小、重量輕、成本低。現應用的雙作用往復式增壓器重量僅有85kg,外形大小為775×150×205(mm),相對于單作用增壓器和超高壓泵而言制造成本低。

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

(3)液壓回路及控制簡單。由低壓油驅動,自動連續增壓,通過控制低壓液壓元件就可以達到對雙作用往復式增壓器啟動、停止、增壓速度的控制,無需設置其它輔助電子元件和超高壓液壓元件。

(4)噪音低。雙作用往復式增壓器的運動為柱塞式的滑動,無機械式硬性連接,相對于超高壓泵噪音低。

(5)裝機功率低。只需要2個變量柱塞泵就可以完成對雙作用往復式增壓器的超壓、補壓控制。

4 結論

實踐證明用雙作用往復式增壓器作為六面頂壓機的增壓裝置,具備明顯的優越性。特別是在可緩慢升壓、長期保壓、壓力控制方便、工藝穩定等方面的優勢,可以直接帶來金剛石品質的提高。加之雙作用往復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用。我們認為六面頂壓機采用雙作用往復式增壓器作為增壓源,將是一個必然的趨勢。

參考文獻：

[1] 劉建設,汪署光,劉冰.金剛石壓機增壓器和超高壓泵的使用現狀[C].第四屆鄭州國際超硬材料及制品研討會論文集.

[2] 徐祖全,李侃平,孫璇,袁源.國產六面頂壓機的精密化發展[J].超硬材料工程,2011(4).

[3] 陸振勤.大腔體壓機液壓系統設計中應注意的幾個問題[J].珠寶科技,2003(3).

[4] 李壯云.液壓元件與系統 [M].北京：機械工業出版社,2006.