往复增压器在超高压液控系统中的应用

祁路方 司少朋 王跃桦 古龙辉 李 远 曹 阳 樊亚磊

（郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，河南 郑州450000）

当前世界上使用超高压技术合成超硬材料的主力装备有两面顶压机和六面顶压机，在超硬材料生产中具有不可替代的作用。随着我国超硬材料行业的快速发展，其主要设备两面顶压机和六面顶压机也越来越大型化。为了满足大型压机的生产需要，与其配套的液控及电控系统也要不断升级改进。

国内近些年常用的增压设备是单作用增压器、超高压油泵和丝杠增压, 传统的单作用增压器是通过低压油驱动来获得高压油，流量脉动大，体积大，液压能利用率低；超高压油泵则由于流量限制，想要达到大型压机的使用需求，则需要两台超高压油泵同时增压；丝杠增压则是容易超程，稳定性欠缺。

往复增压器是为满足大型压机大流量需求而新研发的增压装置，在单作用增压器的原理基础上做出的新型增压器，对比超高压油泵和单作用增压器具有大流量、小体积等优势。往复增压器是双行程增压器，可以连续增压，液压能利用率较高。

1 往复式增压器的工作原理

1.1 往复增压器的组成

图1 为往复增压器的工作原理图。往复增压器由一个低压缸（1）、左右两个增压缸（2）、一个活塞（3）、左右两个柱塞（4）、左右两个配油阀（5）、一个先导阀（6）左右两个接近开关（XK3/XK4）和P2 出油单向阀组成。

图1 往复增压器原理图

1.2 往复增压器工作原理

由一台柱塞泵供油，用低压油做驱动，通过先导阀来控制液压油流向，液压油从P1 口进入A 口后一部分进入低压缸活塞左侧部分，用于推动活塞向右行进，另一部分流经配油阀内下单向阀后进入左侧增压缸，使左侧增压缸充满液压油并辅助推动活塞右行。低压缸活塞右侧的液压油由B 口流回T 口油箱，同时右侧增压缸的液压油被右柱塞推出到配油阀中，流经单向阀后由P2 口进入压机。当活塞行进至低压缸最右侧接近开关XK4 的触发位置时，电信号传至先导阀电磁铁YV1，电磁铁吸合，令先导阀换位，油液由P1 口进入B 口，推动活塞左行，以此来实现增压器的往复运动。

在增压器做往复运动过程中，其有效作用面积为活塞单侧面积加柱塞面积之和。其平衡方程为:P1A1=P2A2

式中P1—增压器进油口压力；P2—增压器出油口压力；A1—活塞面积；A2—柱塞面积。增压器的增压比为：

目前常用的往复增压器型号为WZ120-350-77，活塞直径125mm，柱塞直径45mm，增压比为7.7。

2 往复增压器的应用实例

2.1 往复增压器在六面顶压机上的应用

目前往复增压器已成功应用在650mm、800mm 和1000mm缸径六面顶压机上，最高工作压力达到120MPa，高低压增压比为7.7：1，除去沿程阻力损失，则低压供油压力达到18MPa 即可保证稳定升压至120MPa，升压过程中控压精度为±0.1MPa。往复增压器运行过程中，增压缸单次单向行程排量350ml，换向频率最高可达40 次/min，高压输出流量则有14L/min。

表1 WZ120-350-77 及柱塞泵主要参数

在超硬材料生产过程中，分为空程前进、超压、保压、卸压四部分，其中往复增压器负责超压部分。

使用往复增压器WZ120-350-77 作为增压装置，液压油路图如图2 所示。由1 台80SCY 轴向柱塞泵作为供油泵，为往复增压器提供低压油，同时也控制六缸前进和后退。由主油路上滤油器之后分出一条支油路连接到电液截止阀进油口, 再经由电液截止阀出油口连接到往复增压器，最后连向七通阀。超压阶段，柱塞泵启动开始供油，电液截止阀带电连通后油液进入往复增压器，往复增压器由低压油驱动，开始往复动作换向升压，并将高压油输入到七通阀中。超压过程中，通过变频器控制柱塞泵转速来调节低压供油流量，以达到控制往复增压器的高压流量即超压速率。超压阶段完成后，电液截止阀断电截流即可立即停止油液流通，往复增压器停止运行。

图2 往复增压器液压油路

2.2 往复增压器性能分析

以800mm 缸径六面顶压机作为超硬材料合成设备，经长时间的实验验证后得到了往复增压器的性能参数。往复增压器增压效率简化计算方式为：高压流量/(低压流量+高压流量)。

表2 WZ120-350-77 工况流量及效率

往复增压器是靠低压油来驱动的，供油压力越大则往复运动换向时间越短，换向频率越快。但随着供油压力的增加，增压器的换向时间将趋于稳定。往复增压器在完成一次往复运动过程中会有加速、匀速、减速和停止4 个阶段，活塞的运动曲线如图3 所示，由低压油驱动的往复增压器开始动作时，活塞右行时间为t3。当活塞触碰到右侧接近开关触点后，电磁换向阀通电换位，在此期间存在换向延迟时间t5-t3。换位动作完成后活塞开始左行，左行时间为t7-t5，到达左侧接近开关触点后电磁换向阀再次换位，活塞换向延迟时间t8-t7。

图3 往复增压器活塞运动曲线图

图4 往复增压器出口流量曲线图

往复增压器的单程排量已确定，则换向时间的长短代表着超压速率的快慢，在不同系统压力下的换向时间可反映不同压力下的超压性能，换向延迟时间的长短则会影响超压连贯性。

图5

由上面的数据可知，在供油压力达到18MPa 的情况下，系统压力的高低对往复增压器的换向时间有部分影响，在系统压力由低到高的过程中，换向时间逐渐增加，超压速率稳定减小，换向延迟时间逐渐减小。

3 往复式增压器在六面顶压机上的应用优势

作为适配于大型压机的新型增压装置，往复增压器具有下列优点：

3.1 适用于大型压机的连续快速增压，增压性能稳定，增压速率可控性高，1 台往复增压器的性能即可满足当前大型压机的生产需要。

3.2 响应迅速，通过控制电液截止阀即可达到对往复增压器的启停控制，不存在超高压油泵的机械惯性，控压精度较高。

3.3 往复增压器体积远小于超高压油泵，而800mm 缸径六面顶压机升压仅需1 台往复增压器可以替代2 台超高压油泵。

图6 往复增压器实物图

4 结论

往复增压器经试验及现场实践检验，证明其作为大型六面顶压机的新型增压装置，性能相对于超高压油泵具有一定的优势，满足大型压机对大流量的需求，且具有升压速率可调范围大、压力控制精度高等优点，有利于超硬材料的合成，可代替超高压油泵作为大型压机的增压装置。