[讨论]液压压砖机增压器设计方法

液压压砖机增压器的设计

液压压砖机增压器的设计



 



粉料在模具中受压缩，压力与行程的变化关系可以简单地在万能材料试验机上获得。图1就是两者之变化关系。该曲线的具体形状可因粉料性质和坯体厚度不同而异，但其趋势基本上是一致的。








很明显，曲线存在三个阶段。




第一阶段为第一次加压（轻压）。实际上这一阶段压机消耗的能量，包括利用活动横梁减速后所余功能（亦惯性压制），以及其后主油泵输出的低压液压能两部分（SACMI压机此时通过增速器输出低压油并进入压制油缸）。这一阶段直到排气前一瞬间结束。这时粉料的压缩量已过大半。压缩行程以S1表示。




第二阶段是从排气结束后的第二次加压开始的，压制油缸的压力由主油泵及蓄能器的压力P0获得。粉料在较高的压力继续受压，但压缩量明显减小，压缩行程以S2表示。



 








第三阶段为增压阶段。当上一阶段结束后，启动增压器，使整个压制缸处于高压状态，以便砖坯获得最佳致密度。其压缩行程S2是非常小的。




实际上二、三阶段是连续进行的。某些粉料由于成型性能要求，还可能再经排气，以及重复上述重压过程。




由此可见，增压器所完成的任务只限于第三阶段。



     2 增压器液压参数的确定








     2.1  增压比




一般认为增压比就是压制油缸最终要求的压力P与主泵调定压力P0之比，即i0=P/P0。但考虑到P0值有所波动，譬如一般的液压回路都设有蓄能器，以便向执行机构快速供液（增压时就是向增压器的大端直径腔供液，但因增压时间极短，主油泵不可能及时大量供液，所以蓄能器液面迅速下降，压力也降低。因此设计时需要适当增大I0值，即实际增压比I=Ki0。一般取K=1.1—1.2左右。实际是人为地增大增压器的大端面积K倍。




这样是否会在使用时使压制缸的最终压力超过P值呢？回答是否定的。因为考虑到液压油的压缩性，压制缸的压力上升与时间有关。不论用压力控制或时间控制都可以将此压力值控制在调定范围以内，除非控制元件失灵。




但也不要把I值提得过高。因为提高I值意味着经过增压器进入压制油缸的高压油流量进一步降低，从而使增压时间延长；考虑到系统起码在下述接触面上存在泄漏：充液阀RP1、高压隔载阀RP2、压制活塞密封、增压器大小直径处密封。每一接触面泄漏流量与压力成正比，而泄漏量（液体的体积）又是泄漏流量对时间的积分。所以延长增压时间，必须会增加总的泄漏量，从而增大能量的消耗和系统发热。故不建议K值过大。



    2.2  增压缸直径及行程




在不考虑泄漏的条件下，增压器输出的高压油的体积V应满足两个要求：




（1）使压制活塞下降S3，完成粉料的最终压制。此部分高压油体积V1=A1S3(A1为压制油缸面积)。S3值非常小，设计时可取1mm左右；




（2）考虑液压油的压缩性，若使压制缸上腔压力由P0增到P，必须输进V2体积的高压液体。根据水力学原理有：



    V2=β*V0*ΔP



    β=6*10-10*(1/Pa)




式中β为液压油的压缩系数；ΔP为液体的压力增值，在这里ΔP＝P-P0；V0为压制缸上腔在压制完毕后的体积，因此V=V0+V2=A1*S3+β*V0*ΔP




由此增压器输出端的参数可写为：∏/4*(D2)2*L=V




式中  D2为图2中小端直径； L为增压器行程。




由上述可见，若增大D2可减小L。反之亦然。但从总体设计考虑，适当增大D2似更有利，其理由是：




（1）增大D2可降低增压器的运动速度，从而减轻增压器密封元件的磨损；




（2）方便增压缸的镗孔及磨削加工。




尽管如此，但也不要过分提高D2值，否则整个增压机构显得过于臃肿。合理地决定D2后，即可根据I值决定D3。当然D2、D3还要满足密封元件的尺寸要求。




实际上系统存地泄漏，故设计时往往将V值增大，或按理论计算后放大L值。



    2.3  设计增压器时应注意的事宜




（1）建议采用霞板式密封元件并加导向件，而不采用Yx等类传统的密封件。虽然增压器的进油腔承受的压力较低（譬如一般地15MPa以下）。但考虑到压砖机的工作频率极高，增压活塞的运动速度极快，传统密封元件因其耐久性差，恐难以胜任。




（2）增压活塞的重量较大，若采用卧式结构，则有可能由于自重而产生单边磨损。且上部间隙增大，而使密封件过早损坏。




（3）图3为采用环形面积作输出端的原理。在某些情况下，此种结构更有可取之处。这时小直径端外露，便于观察增压器的工作情况和易于安装行程开关等电器装置，以保证增压前增压活塞处于最低位置。



    3  实例




现在Nassetti-Vis 1200压机的增压器为例，说明各液压参数的计算及选取。




（1）该机的压制油缸直径D1=0.65m，面积A1=∏/4*(D1)2 =0.3316m2。压制行程结束时，油缸底到压制活塞顶部的距离为0.16m，故V0=0.3316×0.16=0.053m3




（2）油泵的调定压力P0=15MPa, 压制缸的最终压力



    P1=36.2MPa，i0=36.2/15=2.41




（3）该增压器采用图2的结构，小端直径D2=0.09m，大端直径D3=0.16m



      I=(0.16/0.09)2=3.16，即K=3.16/2.41=1.3




（4）V1=A1S3,  取S3=0.001m ,  则 V1 = 3.316×10-4m3



      V2 =β*V0*ΔP = 6*10-10*(1/Pa)*0.053m3*(36.2-15)*106Pa = 6.74*10-4m3



      V = V1+V2 = 10.06×10-4m



      A=∏/4*(D2)2 = 6.36*10-3m2




（5）小直径端的面积 A = ∏/4*(D2)2 = 6.36*10-3m2



      L = V/A2 = 10.06*10-4/(6.36*10-3)= 0.158m




考虑系统泄漏等因素，实际取行程L=0.4m。

 
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