專利名稱：一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無論是熱等靜壓、冷等靜壓材料制造裝備中，以及靜壓法制備金剛石等超硬材料的合成都離不開壓機(jī)，無論是二面頂金剛石壓機(jī)，還是六面頂金剛石壓機(jī)，其壓力控制精度決定了壓機(jī)的性能。本發(fā)明正是針對材料制備提出了一種高精度壓機(jī)，特別是一種帶有電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)。
背景技術(shù)：
自1963年12月6日我國合成第一顆人造金剛石以來，目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家已有數(shù)百家以上，2010年產(chǎn)能力達(dá)50多億克拉，人造金剛石總產(chǎn)量和出口量已位居世界第一。世界金剛石的生產(chǎn)量與消耗量每年均以高于10%的速度增長，特別是高檔、優(yōu)質(zhì)、 高強(qiáng)度、粗顆粒的人造金剛石需求量增長更快。然而據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國每年仍有數(shù)億克拉的高品級人造金剛石依賴進(jìn)口，主要因?yàn)閲鴥?nèi)金剛石合成工藝及其裝備水平較低，生產(chǎn)的金剛石多為低品級金剛石。數(shù)年來，獨(dú)具中國特色的六面頂壓機(jī)及合成工藝取得了很大發(fā)展，但我國人造金剛石行業(yè)的整體技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平有較大差距和有逐步拉大的趨勢。國外的De Beers公司(英國)、GE公司(美國)、德國的Winter公司、日本的東明公司和住友公司、韓國的ILJIN和SANMEI公司等國外公司仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。國外的主流的金剛石合成壓機(jī)采用的是美國的單壓源三柱式兩面頂壓機(jī)，大多采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，較好地實(shí)現(xiàn)了壓機(jī)超高壓和超高溫的穩(wěn)定性與重復(fù)性，保證了壓力、溫度等工藝參數(shù)多段連續(xù)變化的自動(dòng)控制。除了在模具技術(shù)、合成工藝水平等方面的較大優(yōu)勢外，金剛石壓機(jī)及控制技術(shù)起了決定性作用。GE公司和De Beers基本壟斷了世界高檔金剛石的市場。典型的六面頂、兩面頂人造金剛石壓機(jī)的基本原理是相同的，都是由主機(jī)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)組成的，動(dòng)力由液壓系統(tǒng)提供，流體壓力由液壓系統(tǒng)到增壓器、主油缸，再由主油缸傳遞到頂錘后，再作用到合成腔的合成塊上形成合成腔內(nèi)的金剛石合成的壓力條件。在滿足溫度條件下，合成腔體內(nèi)的超高壓的壓力精度的高低和長時(shí)間的平穩(wěn)決定了高品質(zhì)金剛石的產(chǎn)量。典型的六面頂人造金剛石壓機(jī)的液壓系統(tǒng)由軸向柱塞泵、增壓器、二位七通閥、六只主油缸等組成，實(shí)現(xiàn)保壓、補(bǔ)壓、進(jìn)給的控制精度(參考文獻(xiàn)[I]方嘯虎.中國超硬材料新技術(shù)與發(fā)展.合肥中國科技大學(xué)出版社，2004 ;[2]秦宇，院興國.中國超硬材料及其制品的進(jìn)出口態(tài)勢.金剛石與磨料磨具工程.2003，(6) :70-74)。國內(nèi)、外的專和和研究大多圍繞相關(guān)的電氣控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制策略、液壓元器件和液壓系統(tǒng)等許多方面做了很多的探索。特別是在人造金剛石壓機(jī)最重要的壓力穩(wěn)定環(huán)節(jié)——保壓環(huán)節(jié)，采取了各種措施和方法。比如改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)和材料減少泄漏量和增大密封的可靠性；采用大、小泵配置，用小泵補(bǔ)油來減少壓力波動(dòng)幅值；直接用超高壓泵來代替增壓缸減少泄漏環(huán)節(jié)；采用先進(jìn)控制系統(tǒng)和先進(jìn)控制策略來控制壓力的精確度等措施，使得目前的人造金剛石壓機(jī)增壓器入口端的壓力精度達(dá)到0. IMPa0但是，金剛石壓機(jī)使用的都是常規(guī)液壓系統(tǒng)，是基于密封、節(jié)流控制、容積式泵的液壓傳動(dòng)原理建立起來的。容積式的液壓泵的壓力輸出有壓力脈動(dòng)，密封有泄漏和失效，節(jié)流有發(fā)熱和噪音。經(jīng)過壓力放大后，合成腔體內(nèi)的壓力波動(dòng)會(huì)更大。如果金剛石壓機(jī)的動(dòng)力完全來源于常規(guī)液壓系統(tǒng)，從原理上就不能徹底解決保壓不可靠、補(bǔ)壓波動(dòng)、壓力漂移、精確控制困難、能耗大、噪音大、發(fā)熱多等一系列問題。本發(fā)明正是針對 常規(guī)金剛石壓機(jī)的液壓系統(tǒng)存在的問題，提出一種新型的電驅(qū)動(dòng)的高精度壓力生成方式，在粗定位、大行程時(shí)充分和用已有的液壓系統(tǒng)的動(dòng)力，而在高精度的保壓階段、壓力跟蹤階段使用電驅(qū)動(dòng)，并通過機(jī)械裝置帶動(dòng)精確動(dòng)力活塞缸的活塞位移，擠壓出高壓流體給壓機(jī)主油缸的活塞加壓。從而快速相應(yīng)壓力變化，維持壓力腔體內(nèi)的穩(wěn)定的、保持高精度的超高壓壓力條件，整體提高液壓系統(tǒng)效率，減少能耗。本發(fā)明有望使目前的人造金剛石壓機(jī)所要求的壓力條件得到大幅改善，實(shí)現(xiàn)更精確的超高壓力控制，為人造金剛石合成提供新的工藝條件。為我國目前現(xiàn)有金剛石壓機(jī)的改造、升級換代提供可能的技術(shù)儲(chǔ)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
針對常規(guī)金剛石壓機(jī)的液壓系統(tǒng)存在的問題，本發(fā)明提出一種新型的帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，將現(xiàn)有技術(shù)的全部由液壓驅(qū)動(dòng)的方式，改為大行程的粗定位階段由常規(guī)液壓動(dòng)力裝置來驅(qū)動(dòng)，而保壓和壓力曲線跟蹤的精確壓力控制階段由電驅(qū)動(dòng)來執(zhí)行，從而使得壓機(jī)主油缸的壓力控制更加精細(xì)，同時(shí)能夠快速地響應(yīng)和跟蹤工藝要求的壓力曲線。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，包括主機(jī)、壓機(jī)主油缸、精確動(dòng)力活塞缸、切換裝置、電動(dòng)裝置、機(jī)械連接裝置、驅(qū)動(dòng)器、傳感系統(tǒng)、控制器、液壓動(dòng)力裝置，壓機(jī)主油缸安裝在主機(jī)中，并通過切換裝置和油路與精確動(dòng)力活塞缸和液壓動(dòng)力裝置連接，電動(dòng)裝置通過機(jī)械連接裝置與精確動(dòng)力活塞缸的柱塞連接，控制器依據(jù)外部控制指令和傳感系統(tǒng)的信號(hào)，以及內(nèi)置的控制算法生成控制量，驅(qū)動(dòng)器接收控制量并提供相應(yīng)的電流或電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置，切換裝置導(dǎo)通和切斷壓機(jī)主油缸與液壓動(dòng)力裝置和精確動(dòng)力活塞缸的聯(lián)通。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，其電動(dòng)裝置通過機(jī)械連接裝置推動(dòng)精確動(dòng)力活塞缸的柱塞做伸、縮運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，至少有一個(gè)壓機(jī)主油缸，液壓動(dòng)力裝置提供的流體動(dòng)力完成壓機(jī)主油缸的粗定位。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)的精確動(dòng)力活塞缸，其缸體上安裝有一個(gè)或多個(gè)柱塞，柱塞與缸體之間有動(dòng)密封，所有柱塞的一端端部與機(jī)械連接裝置連接，其缸體內(nèi)部的容腔經(jīng)過缸體上的出油口和油管并通過切換裝置與壓機(jī)主油缸聯(lián)通。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，壓機(jī)主油缸的動(dòng)力腔的壓力信號(hào)作為系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)來構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。常規(guī)的金剛石壓機(jī)，除基本的機(jī)械主機(jī)的機(jī)體以外，一般構(gòu)成都是由壓機(jī)主油缸、油路系統(tǒng)、泵站、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，還要有增壓器來產(chǎn)生超高壓，或者用超高壓補(bǔ)油泵生成超高壓。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，除主機(jī)外，包括壓機(jī)主油缸、精確動(dòng)力活塞缸、電動(dòng)裝置、機(jī)械連接裝置、驅(qū)動(dòng)器、傳感系統(tǒng)、控制器、切換裝置、液壓動(dòng)力裝置，以及管路等其它輔助裝置。金剛石壓機(jī)的主機(jī)主要由包括機(jī)體、基座、鉸鏈梁等構(gòu)成，基座上安裝著機(jī)體，機(jī)體上安裝有鉸鏈梁，每個(gè)壓機(jī)主油缸安裝在鉸鏈梁中，鉸鏈梁的耳朵通過銷子將力量傳遞給機(jī)體。本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，至少有一個(gè)壓機(jī)主油缸。壓機(jī)主油缸是金剛石壓機(jī)的主作用油缸，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)壓力系統(tǒng)的壓力輸出，壓機(jī)主油缸的活塞驅(qū)動(dòng)負(fù)載對象。在負(fù)載對象運(yùn)動(dòng)的開始前和結(jié)束后，壓機(jī)主油缸的活塞與負(fù)載對象一般是要分開一段距離的，便于負(fù)載對象的安裝和拆卸。這種壓機(jī)主油缸的活塞從負(fù)載對象運(yùn)動(dòng)開始前的停止位置移動(dòng)到與負(fù)載對象的接觸位置，以及再從與負(fù)載對象的接觸位置退回到原先的開始位置，這一段的活塞行程對于壓機(jī)主油缸是低功率輸出的空行程，也稱之為粗定位它是由壓機(jī)系統(tǒng)的液壓動(dòng)力裝置直接驅(qū)動(dòng)的。壓機(jī)主油缸的頭部一般通過壓環(huán)壓裝有硬質(zhì)合金的頂錘，再通過頂錘作用于合成塊的。負(fù)載對象是指壓機(jī)系統(tǒng)的壓機(jī)主油缸輸出的力所作用的物體，比如金剛石壓機(jī)的 合成塊組件，而負(fù)載是指系統(tǒng)所有功率消耗作功的環(huán)節(jié)中所克服的阻力，常見的有慣性負(fù)載、摩擦負(fù)載、彈性負(fù)載、粘性負(fù)載等。液壓動(dòng)力裝置包括了常規(guī)的液壓系統(tǒng)的泵、閥、電動(dòng)機(jī)、油箱、濾油器、管路、閥塊等輔助裝置。本發(fā)明中的液壓動(dòng)力裝置只需要提供壓機(jī)主油缸的空行程時(shí)的動(dòng)力，此時(shí)壓機(jī)主油缸的活塞的定位是粗定位。此時(shí)粗定位動(dòng)作壓機(jī)主油缸的活塞頭部從起始位置運(yùn)動(dòng)到與負(fù)載對象的位置很接近，或剛剛接觸，或大致接觸的位置，粗定位的另外的動(dòng)作是壓機(jī)主油缸的活塞頭部從與負(fù)載對象接觸位置退回到起始位置的動(dòng)作，壓機(jī)主油缸活塞的粗定位有一來一回的兩個(gè)過程。粗定位動(dòng)作是大行程的，沒有較高的定位精度的要求。完成粗定位的液壓動(dòng)力裝置的功率可以設(shè)計(jì)得較小，結(jié)構(gòu)也簡單很多，不需要完成保壓、壓力曲線跟蹤這樣高壓下的精確動(dòng)作。液壓動(dòng)力裝置通過油管和切換裝置與壓機(jī)主油缸連接，切換裝置負(fù)責(zé)在粗定位完成后切斷液壓動(dòng)力裝置與壓機(jī)主油缸的油路聯(lián)通，同時(shí)接通精確動(dòng)力活塞缸和壓機(jī)主油缸的油路聯(lián)通。液壓動(dòng)力裝置和精確動(dòng)力活塞缸中的流體介質(zhì)與壓機(jī)主油缸的液壓介質(zhì)通過管路相連接，并通過切換裝置在通路之間選擇油路的通、斷。切換裝置的動(dòng)作由壓機(jī)系統(tǒng)的控制器來指定。液壓動(dòng)力裝置通過油管和切換裝置與壓機(jī)主油缸直接連接，切換裝置負(fù)責(zé)在空行程完成后切斷液壓動(dòng)力裝置與壓機(jī)主油缸的油路聯(lián)通，同時(shí)接通精確動(dòng)力活塞缸和壓機(jī)主油缸的油路聯(lián)通。液壓動(dòng)力裝置和精確動(dòng)力活塞缸中的流體介質(zhì)分別獨(dú)立地與壓機(jī)主油缸的液壓介質(zhì)通過管路聯(lián)通，并通過切換裝置在通路之間選擇油路的通、斷。切換裝置的動(dòng)作由壓機(jī)系統(tǒng)的控制器來指定。精確動(dòng)力活塞缸的缸體和柱塞之間可以相互運(yùn)動(dòng)并且有動(dòng)密封，其柱塞可以在缸體中伸出、縮進(jìn)。精確動(dòng)力活塞缸的缸體內(nèi)部是容腔，其缸體上有出油口將容腔通過油管和切換裝置與壓機(jī)主油缸聯(lián)通，其缸體上有一個(gè)或多個(gè)精確動(dòng)力活塞缸的柱塞，所有柱塞的一端端部與機(jī)械連接裝置的一端連接，機(jī)械連接裝置的另一端連接電動(dòng)裝置。精確動(dòng)力活塞缸的所有柱塞的伸縮動(dòng)作都是由電動(dòng)裝置通過機(jī)械連接裝置驅(qū)動(dòng)的，機(jī)械連接裝置傳遞電動(dòng)裝置輸出的力或力矩，并產(chǎn)生推力推動(dòng)精確動(dòng)力活塞缸的柱塞做伸、縮運(yùn)動(dòng)。精確動(dòng)力活塞缸在結(jié)構(gòu)和功能上不同于常規(guī)的液壓增壓器，不是常規(guī)的液壓增壓器的流體驅(qū)動(dòng)的液壓力的放大裝置，其內(nèi)部的液壓容腔只要能有足夠的空間容納精確動(dòng)力活塞缸的柱塞的伸縮運(yùn)動(dòng)即可，精確動(dòng)力活塞缸的容腔和外部結(jié)構(gòu)的形狀不限，但在其缸體的外部有出油口。在切換裝置將精確動(dòng)力活塞缸與壓機(jī)主油缸聯(lián)通后，精確動(dòng)力活塞缸的柱塞在精確動(dòng)力活塞缸中做伸、縮運(yùn)動(dòng)，其柱塞在精確動(dòng)力活塞缸的固定容積的缸體容腔中的所占的體積隨之變化。柱塞伸出精確動(dòng)力活塞缸時(shí)，柱塞在精確動(dòng)力活塞缸的缸體中的所占的體積減小，精確動(dòng)力活塞缸的缸體中被擠出的壓力油就相應(yīng)減少，輸入到壓機(jī)主油缸中的動(dòng)力腔中的流體介質(zhì)也相應(yīng)減少，壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的壓力也隨之下降；柱塞縮進(jìn)精確動(dòng)力活塞缸的缸體時(shí)，柱塞在精確動(dòng)力活塞缸的缸體中的所占的體積增大，精確動(dòng)力活塞缸的缸體中的壓力油被擠出的量就相應(yīng)增加，輸入到壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的流體介質(zhì)也相應(yīng)增加,壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的壓力也隨之升高。
壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔是指壓力油進(jìn)入后，推動(dòng)壓機(jī)主油缸的活塞向負(fù)載對象方向運(yùn)動(dòng)的油缸腔體，此腔體中的流體介質(zhì)推動(dòng)活塞向前運(yùn)動(dòng)給負(fù)載對象施加力。這種壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的壓力隨精確動(dòng)力活塞缸的柱塞的伸、縮而變化，精確控制精確動(dòng)力活塞缸的柱塞的伸、縮的位移量即可精確控制壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的壓力，這就是本發(fā)明的壓力精確控制的基本原理。精確動(dòng)力活塞缸的柱塞在精確動(dòng)力活塞缸中做伸、縮運(yùn)動(dòng)，在負(fù)載不變或變化較小時(shí)，運(yùn)動(dòng)的快慢決定了系統(tǒng)壓力輸出的變化的快慢，運(yùn)動(dòng)的位移的大小可以改變壓力變化的幅值，運(yùn)動(dòng)的位移的控制精度決定了系統(tǒng)壓力輸出的控制精度。精確動(dòng)力活塞缸的柱塞直徑和行程可以根據(jù)系統(tǒng)保壓時(shí)間的長短、控制精度的要求，以及系統(tǒng)功率的大小綜合設(shè)計(jì)。保壓是指壓機(jī)主油缸中的壓力保持在某一恒定值。精確動(dòng)力活塞缸的個(gè)數(shù)依據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、功率大小，以及系統(tǒng)對控制精度和頻響的要求綜合設(shè)計(jì)，同時(shí)還要考慮到系統(tǒng)精確壓力調(diào)整時(shí)的最大流量的需求。精確動(dòng)力活塞缸的活塞是由電動(dòng)裝置通過機(jī)械連接裝置推動(dòng)的，控制器依據(jù)外部指令信號(hào)和傳感系統(tǒng)的反饋信號(hào)和控制算法生成驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器依據(jù)控制信號(hào)提供相應(yīng)的電流或電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置。傳感系統(tǒng)包括精確動(dòng)力活塞缸柱塞和壓機(jī)主油缸活塞的位移傳感器、精確動(dòng)力活塞缸和壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的壓力傳感器，以及相應(yīng)的信號(hào)處理與信號(hào)傳輸系統(tǒng)。同時(shí)，還包括系統(tǒng)的溫度、振動(dòng)、噪音等其它信號(hào)的采集處理。特別是，壓機(jī)系統(tǒng)的壓機(jī)主油缸的動(dòng)力腔的壓力信號(hào)作為系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)，來構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。這一閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成輸入是外部控制指令，輸出是壓機(jī)主油缸的壓力腔的壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是‘電動(dòng)裝置+精確動(dòng)力活塞缸+壓機(jī)主油缸’，還有內(nèi)置了控制算法的控制器，以及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)器，反饋信號(hào)是壓機(jī)主油缸的動(dòng)力腔的壓力信號(hào)。控制器是壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制部分，具有連接傳感系統(tǒng)和外部控制指令的接口，同時(shí)有傳輸控制量給驅(qū)動(dòng)器的接口?？刂破饕罁?jù)外部指令信號(hào)和傳感系統(tǒng)的反饋信號(hào)和控制算法生成驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器依據(jù)控制信號(hào)提供相應(yīng)的電流或電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)>J-U P^3裝直。外部控制指令是根據(jù)金剛石壓機(jī)系統(tǒng)的工藝要求所確定的壓力曲線而生成的壓力控制的目標(biāo)值，以及金剛石壓機(jī)系統(tǒng)外部的其它動(dòng)作指令。控制器內(nèi)置的控制算法在接受到外部控制指令后能完成比較反饋信號(hào)與外部控制指令的大小，生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器的控制量，指定切換裝置的切換動(dòng)作和壓機(jī)系統(tǒng)的其它動(dòng)作。壓力曲線是金剛石壓機(jī)設(shè)備的加工工藝所要求的，在金剛石壓機(jī)整個(gè)工作周期中的壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔的壓力與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系曲線。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)控制器給定的控制量的大小，提供給電動(dòng)裝置相應(yīng)的功率輸出所需的電能，這種電能是通過電流或電壓的變化體現(xiàn)的，改變電流或電壓的波形即可改變驅(qū)動(dòng)功率的大小。驅(qū)動(dòng)器要滿足電動(dòng)裝置在額定功率內(nèi)的各種運(yùn)動(dòng)的功率需求，并控制電動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。電動(dòng)裝置的啟動(dòng)、加速、減速、勻速、停止等運(yùn)動(dòng)方式，以及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(加速度、速度、力、力矩、扭矩等)的實(shí)現(xiàn)都是驅(qū)動(dòng)器給定和控制的。電動(dòng)裝置，它是能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。本發(fā)明中的電動(dòng)裝置可以是旋轉(zhuǎn)電機(jī)、直線電機(jī)、電磁驅(qū)動(dòng)裝置等形式的電力驅(qū)動(dòng)裝置，其輸出端與機(jī)械連接裝置連接，并通過機(jī)械連接裝置將動(dòng)力傳遞給精確動(dòng)力活塞缸的柱塞，驅(qū)動(dòng)精確動(dòng)力活塞缸的柱塞在缸體中做相應(yīng)的伸、縮運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，在系統(tǒng)粗定位時(shí)用液壓動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)，在壓力精確控制階段用電驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，能夠快速響應(yīng)負(fù)載的變化，保持壓力平穩(wěn)，這就是本發(fā)明的壓機(jī)的工作特點(diǎn)。由于本發(fā)明提出了一種新型的電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)的高精度壓力生成方式，徹底改變了傳統(tǒng)金剛石壓機(jī)的單一的液壓傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了較快響應(yīng)系統(tǒng)壓力、位移等信息的變化，從而整體提高金剛石壓機(jī)的效率，減少能耗，并達(dá)到維持金剛石壓機(jī)高精度的壓力條件，有望使目前的金剛石壓機(jī)所要求的壓力條件得到大幅改善，實(shí)現(xiàn)更精確的壓力控制，為金剛石壓機(jī)的改造、升級換代提供可能的技術(shù)儲(chǔ)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。


附圖I為帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為一種金剛石壓機(jī)的工作周期的壓力曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

具體實(shí)施方案。附圖I中的電動(dòng)裝置11為將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，可選擇選裝旋轉(zhuǎn)電機(jī)、直線電機(jī)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)裝置等，如果電動(dòng)裝置11為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，相應(yīng)的機(jī)械連接裝置12就可以選擇滾珠絲杠等能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的裝置，如果電動(dòng)裝置11為直線電機(jī)或其它直線電磁鐵驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)械連接裝置12可設(shè)計(jì)成可靠的機(jī)械連接即可。機(jī)械連接裝置12將電動(dòng)裝置11傳遞過來的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的能量。機(jī)械連接裝置12的一端與電動(dòng)裝置11連接，另一端與精確動(dòng)力活塞缸14的柱塞30的頭部連接。滾珠絲杠要調(diào)整到無間隙或間隙很小，機(jī)械連接裝置12與精確動(dòng)力活塞缸14的柱塞30的頭部連接、與電動(dòng)裝置11的連接都要可靠。通過機(jī)械設(shè)計(jì)和加工，可靠連接是可以容易實(shí)現(xiàn)的。精確動(dòng)力活塞缸14的缸體的內(nèi)部有一個(gè)容腔，該容腔與精確動(dòng)力活塞缸14的缸體的一側(cè)的壓力油的出口，通過油路28與切換裝置27連接，切換裝置27還通過油路15與液壓動(dòng)力裝置16連接，切換裝置27還通過油路17、18分別與被壓機(jī)主油缸23的活塞21隔開的前腔22、 后腔25連接。后腔25為壓機(jī)主油缸23的動(dòng)力腔，由此腔中的流體介質(zhì)推動(dòng)壓機(jī)主油缸的活塞向前運(yùn)動(dòng)，并給負(fù)載對象20施加力F。壓機(jī)主油缸23的動(dòng)力腔25通過油管26與切換裝置27連接。當(dāng)壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行粗定位，壓機(jī)主油缸23的活塞21要向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，切換裝置27聯(lián)通液壓動(dòng)力裝置16和壓機(jī)主油缸23的后腔25間的油路，同時(shí)切斷壓機(jī)主油缸23的后腔25與精確動(dòng)力活塞缸14間的油路，同時(shí)讓壓機(jī)主油缸23的前腔22的回油能通過油路18回到液壓動(dòng)力裝置16中。此時(shí)液壓動(dòng)力裝置16提供的液壓動(dòng)力推動(dòng)壓機(jī)主油缸23的活塞21向前運(yùn)動(dòng)，靠近負(fù)載對象20，直至接觸或很接近負(fù)載對象20，完成壓機(jī)主油缸23的向前的粗定位動(dòng)作。壓機(jī)系統(tǒng)卸載時(shí)，壓機(jī)系統(tǒng)需完成壓機(jī)主油缸23的活塞21向后的粗定位動(dòng)作。此時(shí)，切換裝置27聯(lián)通液壓動(dòng)力裝置16和壓機(jī)主油缸23的前腔22間的油路，讓液壓動(dòng)力裝置16提供流體動(dòng)力反推壓機(jī)主油缸23的活塞21，同時(shí)切換裝置27聯(lián)通壓機(jī)主油缸23的后腔25與精確動(dòng)力活塞缸14間的油管26，讓精確動(dòng)力活塞缸14的柱塞30向后伸出歸位，切換裝置27還要聯(lián)通壓機(jī)主油缸23的后腔25與液壓動(dòng)力裝置16，使得部分多余流量的液壓油回油箱。這時(shí)，在液壓動(dòng)力裝置16提供流體動(dòng)力推動(dòng)下，壓機(jī)主油缸23的的活塞21又回到開始位置，為下一次加載做準(zhǔn)備，整個(gè)壓機(jī)系統(tǒng)完成向前、向后的粗定位的全過程。當(dāng)壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行向前的粗定位完成后，壓機(jī)系統(tǒng)依據(jù)工藝要求需要加壓、保壓或跟蹤壓力曲線進(jìn)行精確壓力控制時(shí)，切換裝置27切斷液壓動(dòng)力裝置16和壓機(jī)主油缸23的后腔25間的油路，同時(shí)聯(lián)通壓機(jī)主油缸23的后腔25與精確動(dòng)力活塞缸14間的油路26，同時(shí)繼續(xù)讓壓機(jī)主油缸23的前腔22的回油能通過油路18回到液壓動(dòng)力裝置16中。精確壓力控制時(shí)，控制器31接收包括精確動(dòng)力活塞缸14的柱塞30的位移傳感器13的信號(hào)、壓機(jī)主油缸23的活塞21的位移傳感器19的信號(hào)、精確動(dòng)力活塞缸14的壓力傳感器29的信號(hào)、壓機(jī)主油缸23的后腔25的壓力傳感器24的信號(hào)，以及壓機(jī)系統(tǒng)的其它傳感器信號(hào)。同時(shí)，還接收外部控制指令，并依據(jù)內(nèi)置的控制算法，給出控制量并傳輸給驅(qū)動(dòng)器32。驅(qū)動(dòng)器32根據(jù)控制量的大小提供相應(yīng)大小的電流或電壓來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置11，電動(dòng)裝置11通過機(jī)械連接裝置12帶動(dòng)精確動(dòng)力活塞缸14的柱塞30進(jìn)行伸、縮運(yùn)動(dòng)，從而擠壓出精確動(dòng)力活塞缸14的腔體中的相應(yīng)流量的流體介質(zhì)，并通過油管28和切換裝置27進(jìn)入壓機(jī)主油缸23的后腔25，進(jìn)而推動(dòng)壓機(jī)主油缸23的活塞21，并施加力F給負(fù)載對象20。負(fù)載對象所承受的力與壓力傳感器24所傳輸?shù)膲簷C(jī)主油缸23的后腔25的壓力信號(hào)相對應(yīng)，壓力傳感器24所傳輸?shù)膲毫π盘?hào)作為整個(gè)系統(tǒng)壓力控制的反饋信號(hào)。附圖I中的文字“所有傳感器的信號(hào)”為控制器31接收的所有傳感系統(tǒng)的信號(hào)，包括精確動(dòng)力活塞缸14的柱塞30的位移傳感器13的信號(hào)、壓機(jī)主油缸23的活塞21的位移傳感器19的信號(hào)、精確動(dòng)力活塞缸14的壓力傳感器29的信號(hào)、壓機(jī)主油缸23的后腔25的壓力傳感器24的信號(hào)，以及壓機(jī)系統(tǒng)的溫度、噪音、振動(dòng)等其它傳感器信號(hào)(不是必需的主要信號(hào)，圖中沒有標(biāo)注)。
控制器31對接收的壓力傳感器24所傳輸?shù)姆答佇盘?hào)同外部指令進(jìn)行比較，并作為控制算法生成下一個(gè)控制量的依據(jù)。這樣不斷的接收反饋信號(hào)并與外部指令進(jìn)行比較，再生成控制量，壓機(jī)主油缸23的后腔25的壓力再調(diào)節(jié)，反復(fù)進(jìn)行下去，就可以連續(xù)跟蹤工藝要求的壓力曲線，實(shí)現(xiàn)壓力的閉環(huán)控制。反饋信號(hào)的準(zhǔn)確度和控制算法的優(yōu)劣，以及外部干擾的強(qiáng)弱決定了跟蹤精度和跟蹤的快速性。附圖I中的文字“外部控制指令”是指根據(jù)壓機(jī)系統(tǒng)的工藝要求所確定的壓力曲線而生成的壓力控制的目標(biāo)值，以及壓機(jī)系統(tǒng)外部的其它動(dòng)作指令。而這種外部的其它動(dòng)作指令包括像指定切換裝置27的切換動(dòng)作或壓機(jī)系統(tǒng)的其它動(dòng)作，如壓機(jī)預(yù)熱、升溫、急停、報(bào)警等相應(yīng)動(dòng)作。附圖2給出了一種金剛石壓機(jī)的壓力曲線。橫坐標(biāo)為時(shí)間坐標(biāo)，用T表示，單位可以為毫秒、秒、分鐘或小時(shí)；縱坐標(biāo)為壓機(jī)主油缸后腔的流體壓力，用P表示，單位為大氣壓(kg/cm2)、千帕(KPa)、兆帕(MPa)。附圖2中的0 tQ時(shí)段，金剛石壓機(jī)主油缸內(nèi)的壓力為較小的P。，此時(shí)為粗定位階 段，壓機(jī)主油缸23的活塞21在液壓動(dòng)力裝置16提供的動(dòng)力下向接近負(fù)載對象方向運(yùn)動(dòng)，負(fù)載較小。h h段，壓機(jī)主油缸23內(nèi)的壓力不斷增加，直到達(dá)到設(shè)定壓力P1值，此時(shí)的壓力改由電動(dòng)裝置11控制。h &段，壓機(jī)主油缸23內(nèi)的壓力維持在恒定值P1，此段為壓機(jī)保壓階段，要求精確控制在恒定值附近，此時(shí)的壓力由電動(dòng)裝置11控制的。t2 t3段，壓機(jī)主油缸內(nèi)的壓力不斷降低，直至為Ptl，系統(tǒng)處于卸載狀態(tài)。& &段，壓機(jī)主油缸內(nèi)的壓力為P。，負(fù)載較小，壓機(jī)主油缸23的活塞21在液壓動(dòng)力裝置16提供的動(dòng)力下向接近負(fù)載對象反方向運(yùn)動(dòng)，向初始位置運(yùn)動(dòng)，此時(shí)為粗定位的另一個(gè)定位階段。附圖2中的時(shí)刻0到時(shí)刻t4的整個(gè)時(shí)段，系統(tǒng)的壓力控制的目標(biāo)值是按照工藝設(shè)定的起始壓力、保壓壓力、卸載壓力的曲線設(shè)定的，壓力的曲線就是目標(biāo)值設(shè)定的依據(jù)。金剛石壓機(jī)系統(tǒng)要跟蹤這種壓力曲線才能保證工藝的實(shí)現(xiàn)，跟蹤的精度高，意味著金剛石壓機(jī)主油缸動(dòng)力腔中的壓力是按照壓力曲線的要求一致變化的。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，包括主機(jī)、壓機(jī)主油缸、精確動(dòng)カ活塞缸、切換裝置、電動(dòng)裝置、機(jī)械連接裝置、驅(qū)動(dòng)器、傳感系統(tǒng)、控制器、液壓動(dòng)カ裝置，壓機(jī)主油缸安裝在主機(jī)中，并通過切換裝置和油路與精確動(dòng)カ活塞缸和液壓動(dòng)カ裝置連接，電動(dòng)裝置通過機(jī)械連接裝置與精確動(dòng)カ活塞缸的柱塞連接，控制器依據(jù)外部控制指令和傳感系統(tǒng)的信號(hào)，以及內(nèi)置的控制算法生成控制量，驅(qū)動(dòng)器接收控制量并提供相應(yīng)的電流或電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置，其特征在于切換裝置導(dǎo)通和切斷壓機(jī)主油缸與液壓動(dòng)カ裝置和精確動(dòng)カ活塞缸的聯(lián)通。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，其特征在干電動(dòng)裝置通過機(jī)械連接裝置推動(dòng)精確動(dòng)カ活塞缸的柱塞做伸、縮運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，其特征在于至少有ー個(gè)壓機(jī)主油缸。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，其特征在于液壓動(dòng)カ裝置提供的流體動(dòng)カ完成壓機(jī)主油缸的粗定位。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)的精確動(dòng)カ活塞缸，其特征在于缸體上安裝有ー個(gè)或多個(gè)柱塞，柱塞與缸體之間有動(dòng)密封，所有柱塞的一端端部與機(jī)械連接裝置連接，其缸體內(nèi)部的容腔經(jīng)過缸體上的出油口和油管并通過切換裝置與壓機(jī)油缸聯(lián)通。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，其特征在于壓機(jī)主油缸的動(dòng)力腔的壓カ信號(hào)作為系統(tǒng)控制的反饋信號(hào)來構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶電驅(qū)動(dòng)的金剛石壓機(jī)，其電動(dòng)裝置(11)通過機(jī)械連接裝置(12)推動(dòng)精確動(dòng)力活塞缸(14)的柱塞(30)做伸縮運(yùn)動(dòng)，擠出其缸體中的流體介質(zhì)進(jìn)入壓機(jī)主油缸(23)的動(dòng)力腔(25)，給負(fù)載對象(20)施力。控制器(31)依據(jù)外部指令信號(hào)、傳感系統(tǒng)(13、19、24、29)的信號(hào)和內(nèi)置的控制算法生成驅(qū)動(dòng)器(32)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器(32)據(jù)此提供相應(yīng)的電流或電壓驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置(11)，切換裝置(27)切換液壓動(dòng)力裝置(16)和精確動(dòng)力活塞缸(14)與壓機(jī)主油缸(23)的聯(lián)通。常規(guī)液壓動(dòng)力裝置負(fù)責(zé)粗定位，電驅(qū)動(dòng)執(zhí)行壓力精確控制，實(shí)現(xiàn)壓力曲線的跟蹤和平穩(wěn)的保壓，提供精確的高壓或超高壓。
文檔編號(hào)B01J3/06GK102755858SQ20111011347
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者許宏 申請人:許宏