双作用往复式增压器在六面顶压机上的应用①

邵玉强,刘建设,周善舰

(1.宁波汉商液压有限公司,浙江 宁波315207；2.黄河旋风股份有限公司,河南 许昌461500)

六面顶压机在我国的应用与发展已经有40多年的历史,长期以来一直采用单作用增压器或超高压泵作为增压装置的模式。国产单作用增压器技术非常成熟,被大部分压机生产厂家广泛采用,但因为其具有体积大、价格高、超程限制等缺点已经越来越不能适应六面顶压机大型化发展及长工艺保压的要求了。而超高压泵具备可长期增压、保压的优点,但在工业实际应用中,超高压泵的使用寿命不长、更换频繁及装机功率大的缺点也限制了其大范围的推广应用[1]。近年来,研制出的双作用往复式增压器,可以自动连续增压,具有单作用增压器和超高压泵无可匹敌的优点,已在国内得到广泛推广应用。

1 双作用往复式增压器的工作原理

1.1 双向增压原理

单作用增压器由低压油驱动只能单行程增压,回程为非工作状态,增压时间受行程的限制,因此不能长时间增压。而双作用往复式增压器由低压油驱动,可双行程增压,只要有低压油驱动就可以不停止增压。图1所示为双作用往复式增压器的原理图,其主要由增压缸、自动换向阀及四个超高压单向阀组成。自动换向阀(两位四通阀)控制增压缸的往复运动,当自动换向阀下位接入系统时,油源来油经P口进入增压缸上侧大腔,并通过单向阀Ⅰ流入增压缸上侧小腔,产生向下的推力,其有效作用面积为增压缸上侧大腔截面积,此力驱动活塞下移。[4]

图1 双作用往复式增压器原理图Fig.1 Schematic of double-acting hydraulic intensifier

当增压缸下移时,增压缸下侧大腔通过自动换向阀与T口相通,流回油箱,使下侧大腔处于泄荷状态。当增压缸处于稳态时,不计摩擦力增压缸下侧小腔压力对活塞所产生的推力与上侧压力平衡,其平衡方程为

式中PA——增压器进口压力(油源压力)

P——增压器出口压力

A1——增压缸大腔截面积

A2——增压缸小腔截面积

增压器的增压比为：

当自动换向阀的上位接入系统活塞上移,其原理与前述相同不再赘述。

1.2 连续增压原理

自动换向阀是由液压动力驱动换向的,利用控制腔小柱塞和大柱塞有效作用面积不等,油源压力偏置小柱塞,而大柱塞控制压力或为零或为油源压力的方式控制自动换向阀阀芯的往复运动,变化自动换向阀的工作位置。如图1所示,增压缸活塞中间开有控制油槽,活塞下移到最下端时,油源压力通过控制油槽与自动换向阀的大柱塞相通,虽然此时大柱塞和小柱塞的作用压力相等,但大柱塞作用面积大于小柱塞的作用面积,自动换向阀换向到上位,增压缸开始上移增压。当活塞上移到最上端时,自动换向阀的大柱塞通过控制油槽与T口相通,此时小柱塞作用力大于大柱塞作用力,自动换向阀换向到下端,增压缸开始下移增压……由此可见,只要连续地通入有压油液,增压器将自动往复运动,连续输出增压后的液体。

2 双作用往复式增压器在六面顶压机上的应用实例

目前,双作用往复式增压器已经在Φ650mm缸径压机和Φ750mm缸径压机成功应用。最大工作压力可达120MPa,压力控制精度可达±0.01 MPa,增压比为7∶1。增压器的超压速度可以通过控制进入增压器的流量或压力来控制。

使用双作用往复式增压器的六面顶压机液压回路如图2所示。该液压回路由两个变量泵作为动力源,控制六缸前进、后退动作的油路与原有油路相同,控制增压器的油路由比例溢流阀、电液换向阀、安全阀组成。[3]两个变量泵采用大排量变量泵和小排量变量泵组合的方式,超压时开启大泵(或者两泵同时启动),电液换向阀得电,通过变频器闭环控制大泵电机的转速来调节输出到双作用往复式增压器的流量大小[2],进而控制超压速度；或者可以通过比例溢流阀闭环控制超压速度。超压结束,电液换向阀断电,双作用往复式增压器即可停止工作。补压时开启小泵,电液换向阀得电,通过比例溢流阀控制补压精度；补压结束,电液换向阀断电,增压器停止工作。回路中设置有安全阀,在电器元件出现故障时,可保障增压器不会超过设备安全压力。卸压可采用和超高压泵相同的泄压阀直接从高压卸压。

图2 双作用往复式增压器在六面顶压机的应用回路Fig.2 Application schematic of double-acting hydraulic intensifier for man-made diamond machine

3 双作用往复式增压器在六面顶压机上的应用优势

双作用往复式增压器作为一种新的增压装置,在六面顶压机上的应用具有单作用增压器和超高压泵无可匹敌的优势,具体体现在以下几个方面：

(1)体积小、重量轻、成本低。现应用的双作用往复式增压器重量仅有85kg,外形大小为775×150×205(mm),相对于单作用增压器和超高压泵而言制造成本低。

(2)超压时间不受限制。只要低压压力油源不断,双作用往复式增压器即可持续增压,可满足长时间超压的要求。

(3)液压回路及控制简单。由低压油驱动,自动连续增压,通过控制低压液压元件就可以达到对双作用往复式增压器启动、停止、增压速度的控制,无需设置其它辅助电子元件和超高压液压元件。

(4)噪音低。双作用往复式增压器的运动为柱塞式的滑动,无机械式硬性连接,相对于超高压泵噪音低。

(5)装机功率低。只需要2个变量柱塞泵就可以完成对双作用往复式增压器的超压、补压控制。

4 结论

实践证明用双作用往复式增压器作为六面顶压机的增压装置,具备明显的优越性。特别是在可缓慢升压、长期保压、压力控制方便、工艺稳定等方面的优势,可以直接带来金刚石品质的提高。加之双作用往复式增压器制造成本较单作用增压器和超高压泵低廉,更有利于它的广泛推广应用。我们认为六面顶压机采用双作用往复式增压器作为增压源,将是一个必然的趋势。

参考文献：

[1] 刘建设,汪署光,刘冰.金刚石压机增压器和超高压泵的使用现状[C].第四届郑州国际超硬材料及制品研讨会论文集.

[2] 徐祖全,李侃平,孙璇,袁源.国产六面顶压机的精密化发展[J].超硬材料工程,2011(4).

[3] 陆振勤.大腔体压机液压系统设计中应注意的几个问题[J].珠宝科技,2003(3).

[4] 李壮云.液压元件与系统 [M].北京：机械工业出版社,2006.