φ460缸徑、6×1......



φ460缸徑、6×15MN以上噸位六面頂液壓機已步入市場主流。目前，市場上已有多種結構的六面頂液壓機處在正常運行中。多年來，使用與制
造方面的經驗在潛移默化中改變著對六面頂液壓機的整機性能要求，更大的承載能力、更低的部件損壞率、更實用與精確的電、液控系統正成
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為優秀的六面頂液壓機的設計標準，為各金剛石廠家所要求，為各專業制造廠家的所貫徹和實施。
結合多年來六面頂液壓機設計與使用的體會，提出如下的設計觀點與同行探討。
1、關于主機的設計
作為主要承載部件的鉸鏈梁采用兜底式結構設計已成為業界的共識，目前主流的六面頂液壓機均采用此結構形式。多年來，鉸鏈梁耳片的高斷
裂發生率一直令各制造廠家頭疼，也讓各使用廠家擔心，除了設計尺寸、材質等因素影響外，與鑄造相關的加工工藝也是不可忽視的因素。
筆者認為，有效降低耳片的高斷裂發生率要在設計上重視以下幾個方面：
a、合理設計鉸鏈梁耳片的抗拉強度極限值，也就是構件的安全系數確定問題。由于鑄造件、交變應力、鑄件熱處理條件等多個不可測條件的存在，要使安全系數準確、合理的確定是很困難的。以材質為ZG35CrMo、調質處理為例，從幾種規格壓機設計實例及使用情況可以總結認為，設計滿負荷時的耳片斷面抗拉強度限不高于16kgf/mm2是安全的。
b、目前公知的鉸鏈梁鑄造工藝是預留鑄造銷孔，然后鏜加工。由于鑄孔工藝不當，易造成在此位置鑄造缺陷富集現象，成品后仍存在的內部缺陷是導致在此位置斷裂的主要原因。如果改變這種鑄造工藝，采用去掉預留孔而直接鑄成平板，在粗加工時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系。
圖一是銷桿的切力-彎矩圖，根據此應力圖可以看到，銷桿處于一種復雜的受力狀態下，伴隨著應力而產生的銷桿應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，使銷桿因應力產生的應變在各區段有所不同，這樣就使鉸鏈梁各耳片的實際受力狀態產生不均衡，其中三耳的中間耳片應力狀態尤為惡劣。通過合理設計各耳片厚度、銷孔直徑應該可以減小這種不均衡受力，尤其在三個耳片之間，這些尺寸的合理設計可以削弱各耳片的實際受力不均衡現象，有效降低耳片斷裂機率。實踐也證明，在銷孔尺寸與耳片厚度尺寸上存在一種理想的匹配關系。
圖一
d、 工作缸的開裂是六面頂液壓機另一個大件損耗方面，拋開工作缸的結構不談，單從鉸鏈梁設計來說，鉸鏈梁壁厚以及與工作缸的配合間隙的合理設計是是否能有效保護工作缸的重要因素，這也是一些壓機制造廠采用“無間隙缸”的原因。這些尺寸的設計確定應依據相關強度理論計算而來。
主機的另一易損關鍵部件就是工作缸。目前的工作缸結構大體可分為一體式和組合式兩種。通過理論受力分析和實際損壞件觀察，產生開裂的應力為彎應力，這與開裂位置往往在缸壁與缸底的圓弧過渡處的現象相符。合理設計的組合結構工作缸可以避免彎應力的存在，從而消除開裂傾向，同時，超高壓靜密封采用預壓縮的金屬空心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構具有隨油壓變化自動補償密封圈接觸壓力的特點，使密封可靠。（此技術方案已取得國家專利，專利號：200420070726.4）
2、關于液壓控制系統
作為大規模應用于工業化生產的設備，六面頂液壓機液壓系統的設計應本著簡捷、實用、精確的功能取舍原則，配合工業PLC控制系統，充分滿足金剛石合成工藝的要求。
目前，主流的液壓系統原理均源于DS-029型六面頂液壓機的設計，從目前使用情況看，此液壓系統存在以下弊端：
a、 由于采用進口節流方式調整六缸活塞同步，易產生同步不穩定的現象，并且在連通超壓階段，此同步控制處于失效狀態，各工作缸活塞實際上各行其是。這將影響大合成腔體內的壓力場狀態分布
b、在動作程序轉換過程中易產生壓力陡變和液壓沖擊現象，比如在充液轉超壓、卸壓轉回程階段。這將影響活塞定位的調整結果
c、 超高壓系統管路中接點眾多，三通、連通閥等錯綜復雜，故障率高，易發生滲漏，使壓機維修工作量大增。
針對以上存在的缺點，提出一種改進的液壓系統設計方案，原理圖如圖二所示：圖二
主要改進部分為：
a、 采用出口節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作程序失效的問題，并且六活塞背壓前進，動作更平穩
b、采用六缸全連通原理，通過六個缸的電磁閥分別控制各缸活塞動作。此設計大幅減少高壓滲漏點，并減少了動作轉換中的壓力陡變和液壓沖擊現象
c、 采用多級溢流閥控制回程、卸壓、安全各階段壓力，簡化油路系統
d、采用多級電磁卸荷回路，兼顧卸壓過程的平穩和效率
e、 采用電磁比例閥控制壓力，真正實現壓力曲線，改善合成腔內的壓力場狀態。這種方式優于目前流行的變頻補壓保壓方式：不僅使保壓過程受控，升壓過程也在控制范圍內