φ460缸徑、6×1......



φ460缸徑、6×15MN以上噸位六面頂液壓機(jī)已步入市場(chǎng)主流。目前，市場(chǎng)上已有多種結(jié)構(gòu)的六面頂液壓機(jī)處在正常運(yùn)行中。多年來(lái)，使用與制
造方面的經(jīng)驗(yàn)在潛移默化中改變著對(duì)六面頂液壓機(jī)的整機(jī)性能要求，更大的承載能力、更低的部件損壞率、更實(shí)用與精確的電、液控系統(tǒng)正成
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為優(yōu)秀的六面頂液壓機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為各金剛石廠家所要求，為各專業(yè)制造廠家的所貫徹和實(shí)施。
結(jié)合多年來(lái)六面頂液壓機(jī)設(shè)計(jì)與使用的體會(huì)，提出如下的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)與同行探討。
1、關(guān)于主機(jī)的設(shè)計(jì)
作為主要承載部件的鉸鏈梁采用兜底式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為業(yè)界的共識(shí)，目前主流的六面頂液壓機(jī)均采用此結(jié)構(gòu)形式。多年來(lái)，鉸鏈梁耳片的高斷
裂發(fā)生率一直令各制造廠家頭疼，也讓各使用廠家擔(dān)心，除了設(shè)計(jì)尺寸、材質(zhì)等因素影響外，與鑄造相關(guān)的加工工藝也是不可忽視的因素。
筆者認(rèn)為，有效降低耳片的高斷裂發(fā)生率要在設(shè)計(jì)上重視以下幾個(gè)方面：
a、合理設(shè)計(jì)鉸鏈梁耳片的抗拉強(qiáng)度極限值，也就是構(gòu)件的安全系數(shù)確定問(wèn)題。由于鑄造件、交變應(yīng)力、鑄件熱處理?xiàng)l件等多個(gè)不可測(cè)條件的存在，要使安全系數(shù)準(zhǔn)確、合理的確定是很困難的。以材質(zhì)為ZG35CrMo、調(diào)質(zhì)處理為例，從幾種規(guī)格壓機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例及使用情況可以總結(jié)認(rèn)為，設(shè)計(jì)滿負(fù)荷時(shí)的耳片斷面抗拉強(qiáng)度限不高于16kgf/mm2是安全的。
b、目前公知的鉸鏈梁鑄造工藝是預(yù)留鑄造銷孔，然后鏜加工。由于鑄孔工藝不當(dāng)，易造成在此位置鑄造缺陷富集現(xiàn)象，成品后仍存在的內(nèi)部缺陷是導(dǎo)致在此位置斷裂的主要原因。如果改變這種鑄造工藝，采用去掉預(yù)留孔而直接鑄成平板，在粗加工時(shí)利用專用胎具鉆銑出銷孔的工藝，將消除原工藝的弊端。
c、 鉸鏈梁的耳片厚度、銷孔直徑存在合理的尺寸匹配關(guān)系。
圖一是銷桿的切力-彎矩圖，根據(jù)此應(yīng)力圖可以看到，銷桿處于一種復(fù)雜的受力狀態(tài)下，伴隨著應(yīng)力而產(chǎn)生的銷桿應(yīng)變將直接影響與之接觸的耳片的受力情況。由于耳片厚度、銷桿承載能力的差別，使銷桿因應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變?cè)诟鲄^(qū)段有所不同，這樣就使鉸鏈梁各耳片的實(shí)際受力狀態(tài)產(chǎn)生不均衡，其中三耳的中間耳片應(yīng)力狀態(tài)尤為惡劣。通過(guò)合理設(shè)計(jì)各耳片厚度、銷孔直徑應(yīng)該可以減小這種不均衡受力，尤其在三個(gè)耳片之間，這些尺寸的合理設(shè)計(jì)可以削弱各耳片的實(shí)際受力不均衡現(xiàn)象，有效降低耳片斷裂機(jī)率。實(shí)踐也證明，在銷孔尺寸與耳片厚度尺寸上存在一種理想的匹配關(guān)系。
圖一
d、 工作缸的開裂是六面頂液壓機(jī)另一個(gè)大件損耗方面，拋開工作缸的結(jié)構(gòu)不談，單從鉸鏈梁設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，鉸鏈梁壁厚以及與工作缸的配合間隙的合理設(shè)計(jì)是是否能有效保護(hù)工作缸的重要因素，這也是一些壓機(jī)制造廠采用“無(wú)間隙缸”的原因。這些尺寸的設(shè)計(jì)確定應(yīng)依據(jù)相關(guān)強(qiáng)度理論計(jì)算而來(lái)。
主機(jī)的另一易損關(guān)鍵部件就是工作缸。目前的工作缸結(jié)構(gòu)大體可分為一體式和組合式兩種。通過(guò)理論受力分析和實(shí)際損壞件觀察，產(chǎn)生開裂的應(yīng)力為彎應(yīng)力，這與開裂位置往往在缸壁與缸底的圓弧過(guò)渡處的現(xiàn)象相符。合理設(shè)計(jì)的組合結(jié)構(gòu)工作缸可以避免彎應(yīng)力的存在，從而消除開裂傾向，同時(shí)，超高壓靜密封采用預(yù)壓縮的金屬空心O型圈或徑向同心排列的橡膠O型圈和擋圈，這種自緊式靜密封結(jié)構(gòu)具有隨油壓變化自動(dòng)補(bǔ)償密封圈接觸壓力的特點(diǎn)，使密封可靠。（此技術(shù)方案已取得國(guó)家專利，專利號(hào)：200420070726.4）
2、關(guān)于液壓控制系統(tǒng)
作為大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備，六面頂液壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)本著簡(jiǎn)捷、實(shí)用、精確的功能取舍原則，配合工業(yè)PLC控制系統(tǒng)，充分滿足金剛石合成工藝的要求。
目前，主流的液壓系統(tǒng)原理均源于DS-029型六面頂液壓機(jī)的設(shè)計(jì)，從目前使用情況看，此液壓系統(tǒng)存在以下弊端：
a、 由于采用進(jìn)口節(jié)流方式調(diào)整六缸活塞同步，易產(chǎn)生同步不穩(wěn)定的現(xiàn)象，并且在連通超壓階段，此同步控制處于失效狀態(tài)，各工作缸活塞實(shí)際上各行其是。這將影響大合成腔體內(nèi)的壓力場(chǎng)狀態(tài)分布
b、在動(dòng)作程序轉(zhuǎn)換過(guò)程中易產(chǎn)生壓力陡變和液壓沖擊現(xiàn)象，比如在充液轉(zhuǎn)超壓、卸壓轉(zhuǎn)回程階段。這將影響活塞定位的調(diào)整結(jié)果
c、 超高壓系統(tǒng)管路中接點(diǎn)眾多，三通、連通閥等錯(cuò)綜復(fù)雜，故障率高，易發(fā)生滲漏，使壓機(jī)維修工作量大增。
針對(duì)以上存在的缺點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，原理圖如圖二所示：圖二
主要改進(jìn)部分為：
a、 采用出口節(jié)流方式控制六缸活塞同步，從根本上解決了同步控制在超壓動(dòng)作程序失效的問(wèn)題，并且六活塞背壓前進(jìn)，動(dòng)作更平穩(wěn)
b、采用六缸全連通原理，通過(guò)六個(gè)缸的電磁閥分別控制各缸活塞動(dòng)作。此設(shè)計(jì)大幅減少高壓滲漏點(diǎn)，并減少了動(dòng)作轉(zhuǎn)換中的壓力陡變和液壓沖擊現(xiàn)象
c、 采用多級(jí)溢流閥控制回程、卸壓、安全各階段壓力，簡(jiǎn)化油路系統(tǒng)
d、采用多級(jí)電磁卸荷回路，兼顧卸壓過(guò)程的平穩(wěn)和效率
e、 采用電磁比例閥控制壓力，真正實(shí)現(xiàn)壓力曲線，改善合成腔內(nèi)的壓力場(chǎng)狀態(tài)。這種方式優(yōu)于目前流行的變頻補(bǔ)壓保壓方式：不僅使保壓過(guò)程受控，升壓過(guò)程也在控制范圍內(nèi)