一种单晶金刚石超高压液压系统的制作方法

本发明属于应用超高压方法制造金刚石的领域，具体涉及一种单晶金刚石超高压液压系统。

背景技术：

大尺寸单晶金刚石超高压液压系统属于超高压成型设备，典型的就是六面顶液压机和两面顶压机，均是通过液压系统驱动相应的硬质合金顶锤挤压合金材料产生高压，并通过抵押大功率电流进行加热产生高温，使合成材料成型。

超高压加压装置所使用的液压系统通常是通过变频调速实现升压，然后通过控制相应电磁阀的通断实现降压，如授权公告号为cn201502584u的中国实用新型专利中公开了一种人造金刚石合成用六面顶压机用液压系统，其主要通过高压油泵向工作缸结构提供超高压液压油，驱动工作缸结构工作，此处的工作缸结构通常具有由相应的活塞结构分隔开的工作腔和复位腔，向工作腔中泵入高压油，工作缸结构输出进行顶压，向复位腔中出入液压油则可控制工作缸结构泄压复位，在卸压回程过程中，通过控制与工作缸结构相应腔体连通的电磁阀的通断实现泄压回油，由于电磁阀的通断是断续的，泄压过程相对应的泄压曲线呈阶梯式，阶梯梯度越小代表电磁阀的通断越频繁，这种阶梯式泄压无法实现线性降压，且电磁阀频繁通断也容易发生故障，控制也较为复杂，故障率相对较高，已不能满足高品级大尺寸单晶金刚石制备领域提出的控制简单、斜率降压等要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种单晶金刚石超高压液压系统，以解决现有技术中的液压系统通过控制电磁阀频繁通断导致无法实现线性降压的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的单晶金刚石超高压液压系统的技术方案1是：一种单晶金刚石超高压液压系统，包括对应具有工作腔和复位腔的工作缸结构以及与工作腔、复位腔对应连通以控制所述工作缸结构加压工作、泄压复位的液压系统，液压系统包括与所述工作腔连通的泄压管路，泄压管路包括用于与油箱连通的第一泄压分路和连接有线性泄压单元的第二泄压分路，第一泄压分路上设有泄压控制阀，线性泄压单元包括螺旋增压器，螺旋增压器具有用于在泄压时通过第二泄压分路与所述工作腔连通的线性变化容积，所述螺旋增压器具有用于在线性变化容积通过第二泄压分路与工作腔连通时使线性变化容积的容积大小线性增加以实现线性降压的降压行程。

在上述技术方案1的基础上改进得到技术方案2：所述第二泄压分路上设有在泄压时导通的线性泄压阀，所述螺旋增压器的线性变化容积还通过增压管路与所述工作腔连通，增压管路与所述第二泄压分路并联布置，螺旋增压器还具有用于使所述线性变化容积的容积大小线性减小与实现线性加压的增压行程，增压管路上设有用于使液压油流向所述工作腔的增压单向阀。

在上述技术方案2的基础上改进得到技术方案3：所述线性泄压阀为电磁截止阀或手动截止阀。

在上述技术方案2的基础上改进得到技术方案4：所述液压系统还包括用于与所述工作腔连通以检测工作腔压力的压力表和/或压力变送器。

在上述技术方案1至4中任一项的基础上改进得到技术方案5：所述泄压控制阀为电磁阀或手动阀。

在上述技术方案2或3或4的基础上改进得到技术方案6：所述液压系统包括低压充液泵和充液换向阀，该充液换向阀具有与低压充液泵连通的进油口、与相应油箱连通的回油口以及两工作口，两工作口中的其中一个为通过回程管路与所述复位腔连通的回程工作口、另一个为通过充液管路与所述螺旋增压器的线性变化容积连通的充液工作口，充液管路上设有使液压油流向所述线性变化容积的充液单向阀，充液换向阀具有使充液工作口与进油口连通的充液工作位和使回程工作口与进油口连通的回程工作位，所述螺旋增压器具有用于在所述低压充液泵向螺旋增压器的线性变化容积充液时使线性变化容积增加的充液行程。

在上述技术方案6的基础上改进得到技术方案7：所述低压充液泵通过泵液管路与所述充液换向阀的进油口连通，泵液管路上连接有溢流管路。

在上述技术方案6的基础上改进得到技术方案8：所述低压充液泵通过泵液管路与所述充液换向阀的进油口连通，泵液管路上连接有充液压力表。

在上述技术方案6的基础上改进得到技术方案9：所述螺旋加压器具有外缸体和移动装配在外缸体中以形成所述线性变化容积的内直动件，内直动件传动连接有用于驱动内直动件往复移动的伺服电机，液压系统还包括用于由内直动件触发以控制所述充液行程极限位置的回程行程开关。

在上述技术方案6的基础上改进得到技术方案10：所述充液管路与所述增压管路连通以在所述充液换向阀处于回程工作位时形成向工作缸结构的工作腔泵液的空进管路。

在上述技术方案2或3或4的基础上改进得到技术方案11：所述螺旋加压器具有外缸体和移动装配在外缸体中以形成所述线性变化容积的内直动件，内直动件传动连接有用于驱动内直动件往复移动的伺服电机。

在上述技术方案11的基础上改进得到技术方案12：所述液压系统还包括用于由内直动件移动触发以控制所述增压行程极限位置的超程行程开关。

本发明的有益效果是：本发明所提供的液压系统中，在第二泄压阀分路上连接螺旋加压器，在需要降压时，通过控制螺旋加压器的线性变化容积的逐渐增大，有效实现线性降压操作，满足加压装置的线性降压要求，整体控制较为简单，可有效避免电磁阀频繁动作而带来的故障及成本加高的问题，也整体油温也较低。实现了同时具有快速泄压和斜率泄压的大尺寸单晶金刚石液压系统，方便将其应用在改色装置或其他的两面顶或六面顶系统中。

附图说明

图1为本发明所提供的单晶金刚石超高压液压系统的一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示液压系统处于泄压状态时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但并不以此为限。

本发明所提供的单晶金刚石超高压液压系统的具体实施例，如图1至图2所示，该实施例中的液压系统主要包括工作缸结构9，低压充液泵3及螺旋增压器16，加压工作时，由低压充液泵3向螺旋增压器16的线性变化容积中冲入低压液，由螺旋增压器16增压向工作缸结构9的工作腔91中冲入超高压液压油，实现加压顶出。

具体来说，工作缸结构与现有技术中的工作缸结构相同，在此不再赘述。本实施例中，工作缸结构具体可采用授权公告号为cn206168375u的实用新型专利所公开的超高压加压加热装置。

螺旋增压器的结构与现有技术中的螺旋增压器的结构相同，满足超高压、大行程要求，具体结构在此不再赘述。本实施例中，螺旋增压器具体可采用申请公布号为cn106523442a的中国发明专利申请中所公开的超高压螺旋式伺服加压器。

本实施例中的液压系统的主要构思在于利用螺旋增压器不仅实现线性升压，同时，还利用螺旋增压器实现线性降压。

液压系统包括上述工作缸结构9，工作缸结构9具有相应的工作腔91和复位腔92，对应工作缸结构9设置有液压系统，液压系统包括低压充液泵3、充液换向阀6及螺旋增压器16，液压系统控制工作缸结构9加压工作、泄压复位，低压充液泵3由油泵专用电机2驱动。

具体来说，充液换向阀6具体为两位四通阀，充液换向阀具有进油口、回油口及两个工作口，进油口通过泵液管路与低压充液泵3连通，泵液管路上设有过滤器4，泵液管路上还连接有溢流管路和充液压力表7，由于泵液管路中的液压油为低压，充液压力表7选用低压压力表即可，溢流管路用于与油箱连通，在溢流管路上设有相应的安全溢流阀5，提高安全性能。充液换向阀6的回油口则对应与相应油箱连通，保证回油。

充液换向阀6具有两个工作口，其中一个工作口为通过回程管路400与工作缸结构9的复位腔92连通的回程工作口，另一个工作口为通过充液管路100与上述螺旋增压器16的线性变化容积连通的充液工作口，并且，在充液管路100上设有使液压油流向上述线性变化容积的充液单向阀14。

上述的充液换向阀6具有使充液工作口与进油口连通的充液工作位和使回程工作口与进油口连通的回程工作位。

并且，相应的，上述螺旋增压器16具有用于在低压充液泵3向螺旋增压器16的线性变化容积充液时使线性变化容积增加的充液行程，实际上，螺旋加压器16具有外缸体和移动装配在外缸体中以形成所述线性变化容积的内直动件，内直动件传动连接有用于驱动内直动件往复移动的伺服电机18，伺服电机18正反转并通过精密减速器驱动内直动件往复移动，由于在泵液时需要内直动件移动以扩大线性变化容积，所以，液压系统还包括用于由内直动件触发以控制所述充液行程极限位置的回程行程开关17，起到行程保护的作用，避免内直动件过位运动带来的损伤。

上述螺旋增压器16的线性变化容积通过增压管路200与工作缸结构9的工作腔连通，在增压管路200上设有用于使液压油流向上述工作腔的增压单向阀12，螺旋增压器16具有用于使所述线性变化容积的容积大小线性减小与实现线性加压的增压行程，实际上，对应该增压行程，设有用于由内直动件移动触发以控制所述增压行程极限位置的超程行程开关15，以起到相应的超程保护作用。

实际上，本实施例中的液压系统包括与工作缸结构9的工作腔连通的泄压管路，泄压管路具体包括用于与油箱连通的第一泄压分路500和连接有线性泄压单元的第二泄压分路300，第一泄压分路500上设有泄压控制阀8，此处的泄压控制阀具体为手动阀，第二泄压分路300上设有在泄压时导通的线性泄压阀13，线性泄压阀13具体为实现相应泄压分路导通的手动截止阀，对应的，螺旋增压器则具有用于在线性变化容积通过第二泄压分路300与工作腔91连通时使线性变化容积的容积大小线性增加以实现线性降压的降压行程。

另外，需要说明的是，上述的充液管路100与增压管路200连通以在充液换向阀6处于回程工作位时形成向工作缸结构9的工作腔泵液的空进管路，此时，充液完成，并且，伺服电机18停转，这样一来，逐渐升高的液压油将开启增压管路上的增压单向阀12并进入工作缸结构9的工作腔中，复位腔通过充液换向阀6与油箱连通，可使得工作缸结构9的动力输出件快速空进，提高动作效率。

另外，液压系统还包括与工作缸结构连通的用于检测工作腔压力的高压压力表10以及压力变送器11。

本实施例所提供的液压系统工作时，主要有充液、空进、控压、回程四个工作过程，下面具体介绍各个工作过程。

充液：在充液时，油泵专用电机2启动，通过联轴器驱动低压充液泵3工作产生低压液压油，充液换向阀6线圈断电，处于图1所的充液工作位，由于充液单向阀14的开启压力比增压单向阀12的开启压力小的多，当将手动的线性泄压阀13关闭，同时伺服电机18反转，通过精密减速机19带动螺旋加压器16的内直动件向下移动，其相应的线性变化容积逐渐增大，因此，低压液压油经过滤器4、充液换向阀6、充液单向阀14进入螺旋加压器16的线性变化容积中，直至螺旋加压器16中的内直动件向下触碰到回程行程开关17，完成向螺旋加压器的充液。

空进：此处的空进指的是工作缸结构9空进，空进时，油泵专用电机2启动，通过联轴器驱动低压油泵3工作产生低压液压油，充液换向阀6线圈断电，处于图1所的充液工作位，手动的线性泄压阀13关闭，并且，伺服电机18断电停止，泄压控制阀8关闭，因此低压油液经过滤器4、充液换向阀6、充液单向阀、增压单向阀进入工作缸结构9的工作腔中，即液压油经空进油路进入工作腔中，工作缸结构的复位腔则通过充液换向阀6流入油箱，实现工作缸结构的快速空进。

控压：在控压时，油泵专用电机2停止，手动的线性泄压阀13关闭，手动的泄压控制阀8关闭，伺服电机18正转，通过精密减速机19带动螺旋加压器16的内直动件向上移动，充满液的线性变化容积逐渐减小，并形成高压油液，通过增压管路上的增压单向阀12进入工作缸结构9的工作腔中，控制工作缸结构的输出件相应运动以给工件施加压力，形成的高压油液可达150mpa，由于采用伺服电机配合螺旋加压器组合加压，可实现伺服加压，压力控制精度小于0.1mpa，其可实现线性加压。

回程：在泄压回程时，根据需要有两种方式可以选择，一种是不需要斜率降压，一种是需要斜率降压。

当不需要斜率降压时，采用直接降压，此时首先手动的泄压控制阀8打开，实现泄压，等泄压完成后手动的线性泄压阀13打开，同时油泵专用电机2启动，伺服电机18停止，充液换向阀6通电，处于图2所示的回程工位，低压油液经过滤器4、充液换向阀6进入工作缸结构9的复位腔，以将工作缸结构的工作腔的液压油液经手动的泄压控制阀阀8进入油箱，完成回程过程。

当需要斜率降压时，首先手动的线性泄压阀13打开，同时油泵电机2启动，两位四通电磁换向阀6通电，处于图2所示的回程工位，低压油液经过滤器4、充液换向阀6进入工作缸结构9的复位腔中，工作缸结构9的工作腔中的超高压油液经手动的线性泄压阀13与螺旋加压器16的线性变化容积相连，此时伺服电机18反转，通过精密减速机19带动螺旋加压器16的内直动件向下移动，线性变化容积的线性增加，进而实现斜率降压，由于采用伺服电机加螺旋加压器组合的方式进行降压，可实现系统斜率降压，斜率降压完成以后，手动的泄压控制阀8打开，工作缸结构9的工作腔的液压油经手动的泄压控制阀8进入油箱，实现泄压回程。

本实施例中，通过控制伺服电机正反转，实现螺旋加压器的内直动杆件的往复移动，进而实现螺旋加压器的线性变化容积的线性增长和线性减小，此处的线性变化容积指的是其容积的变化呈线性（少许误差不计算在内），进而可实现线性加压和线性降压要求，整体控制较为简单，斜率降压，价格成本也相对较低，油温也较低，并且，利用手动控制实现相应泄压控制阀及线性泄压阀的开关动作，实现了同时具有快速泄压和斜率泄压的大尺寸单晶金刚石液压系统，方便将其应用在改色装置或其他的两面顶或六面顶系统中。

本实施例中，螺旋加压器不仅用于实现线性增压，还可应用于线性降压。在其他实施例中，也可以仅利用螺旋加压器实现线性降压，而利用超压泵或其他的增压装置实现相应的超高压增压，此时，螺旋加压器的线性变化容积不需要再通过增压管路与工作缸结构的工作腔连通，仅需要通过相应的泄压管路与工作缸结构的工作腔连通。

本实施例中，泄压控制阀和线性泄压阀均为手动阀。在其他实施例中，也可以为电磁阀。

本实施例中，利用螺旋增压器实现增压，在其他实施例中，也可以利用超高压泵实现加压，只要利用螺旋增压器实现线性降压即可。