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        往復(fù)增壓器在超高壓液控系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2021-04-26 04:12:30祁路方司少朋王躍樺古龍輝樊亞磊
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年10期
        關(guān)鍵詞:截止閥柱塞泵壓機(jī)

        祁路方 司少朋 王躍樺 古龍輝 李 遠(yuǎn) 曹 陽(yáng) 樊亞磊

        (鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司,河南 鄭州450000)

        當(dāng)前世界上使用超高壓技術(shù)合成超硬材料的主力裝備有兩面頂壓機(jī)和六面頂壓機(jī),在超硬材料生產(chǎn)中具有不可替代的作用。隨著我國(guó)超硬材料行業(yè)的快速發(fā)展,其主要設(shè)備兩面頂壓機(jī)和六面頂壓機(jī)也越來(lái)越大型化。為了滿足大型壓機(jī)的生產(chǎn)需要,與其配套的液控及電控系統(tǒng)也要不斷升級(jí)改進(jìn)。

        國(guó)內(nèi)近些年常用的增壓設(shè)備是單作用增壓器、超高壓油泵和絲杠增壓, 傳統(tǒng)的單作用增壓器是通過(guò)低壓油驅(qū)動(dòng)來(lái)獲得高壓油,流量脈動(dòng)大,體積大,液壓能利用率低;超高壓油泵則由于流量限制,想要達(dá)到大型壓機(jī)的使用需求,則需要兩臺(tái)超高壓油泵同時(shí)增壓;絲杠增壓則是容易超程,穩(wěn)定性欠缺。

        往復(fù)增壓器是為滿足大型壓機(jī)大流量需求而新研發(fā)的增壓裝置,在單作用增壓器的原理基礎(chǔ)上做出的新型增壓器,對(duì)比超高壓油泵和單作用增壓器具有大流量、小體積等優(yōu)勢(shì)。往復(fù)增壓器是雙行程增壓器,可以連續(xù)增壓,液壓能利用率較高。

        1 往復(fù)式增壓器的工作原理

        1.1 往復(fù)增壓器的組成

        圖1 為往復(fù)增壓器的工作原理圖。往復(fù)增壓器由一個(gè)低壓缸(1)、左右兩個(gè)增壓缸(2)、一個(gè)活塞(3)、左右兩個(gè)柱塞(4)、左右兩個(gè)配油閥(5)、一個(gè)先導(dǎo)閥(6)左右兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)(XK3/XK4)和P2 出油單向閥組成。

        圖1 往復(fù)增壓器原理圖

        1.2 往復(fù)增壓器工作原理

        由一臺(tái)柱塞泵供油,用低壓油做驅(qū)動(dòng),通過(guò)先導(dǎo)閥來(lái)控制液壓油流向,液壓油從P1 口進(jìn)入A 口后一部分進(jìn)入低壓缸活塞左側(cè)部分,用于推動(dòng)活塞向右行進(jìn),另一部分流經(jīng)配油閥內(nèi)下單向閥后進(jìn)入左側(cè)增壓缸,使左側(cè)增壓缸充滿液壓油并輔助推動(dòng)活塞右行。低壓缸活塞右側(cè)的液壓油由B 口流回T 口油箱,同時(shí)右側(cè)增壓缸的液壓油被右柱塞推出到配油閥中,流經(jīng)單向閥后由P2 口進(jìn)入壓機(jī)。當(dāng)活塞行進(jìn)至低壓缸最右側(cè)接近開(kāi)關(guān)XK4 的觸發(fā)位置時(shí),電信號(hào)傳至先導(dǎo)閥電磁鐵YV1,電磁鐵吸合,令先導(dǎo)閥換位,油液由P1 口進(jìn)入B 口,推動(dòng)活塞左行,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)增壓器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

        在增壓器做往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,其有效作用面積為活塞單側(cè)面積加柱塞面積之和。其平衡方程為:P1A1=P2A2

        式中P1—增壓器進(jìn)油口壓力;P2—增壓器出油口壓力;A1—活塞面積;A2—柱塞面積。增壓器的增壓比為:

        目前常用的往復(fù)增壓器型號(hào)為WZ120-350-77,活塞直徑125mm,柱塞直徑45mm,增壓比為7.7。

        2 往復(fù)增壓器的應(yīng)用實(shí)例

        2.1 往復(fù)增壓器在六面頂壓機(jī)上的應(yīng)用

        目前往復(fù)增壓器已成功應(yīng)用在650mm、800mm 和1000mm缸徑六面頂壓機(jī)上,最高工作壓力達(dá)到120MPa,高低壓增壓比為7.7:1,除去沿程阻力損失,則低壓供油壓力達(dá)到18MPa 即可保證穩(wěn)定升壓至120MPa,升壓過(guò)程中控壓精度為±0.1MPa。往復(fù)增壓器運(yùn)行過(guò)程中,增壓缸單次單向行程排量350ml,換向頻率最高可達(dá)40 次/min,高壓輸出流量則有14L/min。

        表1 WZ120-350-77 及柱塞泵主要參數(shù)

        在超硬材料生產(chǎn)過(guò)程中,分為空程前進(jìn)、超壓、保壓、卸壓四部分,其中往復(fù)增壓器負(fù)責(zé)超壓部分。

        使用往復(fù)增壓器WZ120-350-77 作為增壓裝置,液壓油路圖如圖2 所示。由1 臺(tái)80SCY 軸向柱塞泵作為供油泵,為往復(fù)增壓器提供低壓油,同時(shí)也控制六缸前進(jìn)和后退。由主油路上濾油器之后分出一條支油路連接到電液截止閥進(jìn)油口, 再經(jīng)由電液截止閥出油口連接到往復(fù)增壓器,最后連向七通閥。超壓階段,柱塞泵啟動(dòng)開(kāi)始供油,電液截止閥帶電連通后油液進(jìn)入往復(fù)增壓器,往復(fù)增壓器由低壓油驅(qū)動(dòng),開(kāi)始往復(fù)動(dòng)作換向升壓,并將高壓油輸入到七通閥中。超壓過(guò)程中,通過(guò)變頻器控制柱塞泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)低壓供油流量,以達(dá)到控制往復(fù)增壓器的高壓流量即超壓速率。超壓階段完成后,電液截止閥斷電截流即可立即停止油液流通,往復(fù)增壓器停止運(yùn)行。

        圖2 往復(fù)增壓器液壓油路

        2.2 往復(fù)增壓器性能分析

        以800mm 缸徑六面頂壓機(jī)作為超硬材料合成設(shè)備,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后得到了往復(fù)增壓器的性能參數(shù)。往復(fù)增壓器增壓效率簡(jiǎn)化計(jì)算方式為:高壓流量/(低壓流量+高壓流量)。

        表2 WZ120-350-77 工況流量及效率

        往復(fù)增壓器是靠低壓油來(lái)驅(qū)動(dòng)的,供油壓力越大則往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向時(shí)間越短,換向頻率越快。但隨著供油壓力的增加,增壓器的換向時(shí)間將趨于穩(wěn)定。往復(fù)增壓器在完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)有加速、勻速、減速和停止4 個(gè)階段,活塞的運(yùn)動(dòng)曲線如圖3 所示,由低壓油驅(qū)動(dòng)的往復(fù)增壓器開(kāi)始動(dòng)作時(shí),活塞右行時(shí)間為t3。當(dāng)活塞觸碰到右側(cè)接近開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)后,電磁換向閥通電換位,在此期間存在換向延遲時(shí)間t5-t3。換位動(dòng)作完成后活塞開(kāi)始左行,左行時(shí)間為t7-t5,到達(dá)左側(cè)接近開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)后電磁換向閥再次換位,活塞換向延遲時(shí)間t8-t7。

        圖3 往復(fù)增壓器活塞運(yùn)動(dòng)曲線圖

        圖4 往復(fù)增壓器出口流量曲線圖

        往復(fù)增壓器的單程排量已確定,則換向時(shí)間的長(zhǎng)短代表著超壓速率的快慢,在不同系統(tǒng)壓力下的換向時(shí)間可反映不同壓力下的超壓性能,換向延遲時(shí)間的長(zhǎng)短則會(huì)影響超壓連貫性。

        圖5

        由上面的數(shù)據(jù)可知,在供油壓力達(dá)到18MPa 的情況下,系統(tǒng)壓力的高低對(duì)往復(fù)增壓器的換向時(shí)間有部分影響,在系統(tǒng)壓力由低到高的過(guò)程中,換向時(shí)間逐漸增加,超壓速率穩(wěn)定減小,換向延遲時(shí)間逐漸減小。

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

        作為適配于大型壓機(jī)的新型增壓裝置,往復(fù)增壓器具有下列優(yōu)點(diǎn):

        3.1 適用于大型壓機(jī)的連續(xù)快速增壓,增壓性能穩(wěn)定,增壓速率可控性高,1 臺(tái)往復(fù)增壓器的性能即可滿足當(dāng)前大型壓機(jī)的生產(chǎn)需要。

        3.2 響應(yīng)迅速,通過(guò)控制電液截止閥即可達(dá)到對(duì)往復(fù)增壓器的啟??刂?,不存在超高壓油泵的機(jī)械慣性,控壓精度較高。

        3.3 往復(fù)增壓器體積遠(yuǎn)小于超高壓油泵,而800mm 缸徑六面頂壓機(jī)升壓僅需1 臺(tái)往復(fù)增壓器可以替代2 臺(tái)超高壓油泵。

        圖6 往復(fù)增壓器實(shí)物圖

        4 結(jié)論

        往復(fù)增壓器經(jīng)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐檢驗(yàn),證明其作為大型六面頂壓機(jī)的新型增壓裝置,性能相對(duì)于超高壓油泵具有一定的優(yōu)勢(shì),滿足大型壓機(jī)對(duì)大流量的需求,且具有升壓速率可調(diào)范圍大、壓力控制精度高等優(yōu)點(diǎn),有利于超硬材料的合成,可代替超高壓油泵作為大型壓機(jī)的增壓裝置。

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