CN111420617A - 一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机及方法。机架上方有上横梁并固定连接；上横梁孔装有主螺杆，主螺杆的上端穿出上横梁后和从动齿轮同轴连接，上横梁中装有正反转电机，正反转电机的输出轴和传动齿轮同轴连接，传动齿轮和从动齿轮啮合形成齿轮副；主螺杆下端和主螺母上端螺纹连接，主螺母下端和上压块通过螺栓固定连接，上压块套装立柱，主螺杆、主螺母和立柱之间形成丝杠滑动副；上压块底端面固定安装有液压缸，输出活塞杆和螺纹法兰轴向固接。本发明采用了机械传动和液压传动混合的加载结构，大大提高压力机的动力传递性能，并利用压力传感器对液压缸的压力值动态调节、自动补偿，能满足高精确度要求，提高了可靠性和稳定性。

Description

一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机及方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石压力机，更具体的说，它涉及了一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机及方法。

背景技术

当前自然界中金刚石是人类已知硬度最高的物质。由于它具有一系列优异的力学，电学、光学和热学性质，在石油、煤炭、冶金、仪器仪表、国防等部门得到了广泛应用，同时它也是发展工业、科学技术及国防建设的一种非常重要的超硬材料。

迄今为止，金刚石的合成方法有很多种。但是普遍采用的是高压法中的静态高温高压法。广泛使用的压力机结构形式主要有两面顶和六面顶。两面顶压机是通过上压锤和下压锤及两面顶模具压制时形成完全密闭的空间，可持续加压，合成时间长，故两面顶工艺生产的金刚石颗粒大、品位高。

但金刚石压机工作的持续时间很长，在这个过程中由于物料的变化等因素会使得工作空间内的压力产生变动，而金刚石的制造环境压力稳定性要求很高。目前金刚石压机大多采用超高油压的纯液压加载系统，而大型的液压缸等液压元件在超高压下由于液压油泄露、密封、液压油对高温环境的敏感性等问题，更容易造成压力施加的不稳定性。相对而言传统机械传动精度很高，压力施加很稳定，但对于压力的检测较为困难，纯机械式设备也难以达到压力以及温度的精确控制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机及方法，解决了机械传动加载压力检测较难的问题，以及液压加载过程压力不稳定的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一、一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机：

包括机架、立柱、下压块、传动齿轮、正反转电机、主螺杆、主螺母、上压块、从动齿轮、液压缸、螺纹法兰和上横梁；机架正上方固定有上横梁，上横梁通过周围的立柱和机架固定连接；上横梁的中心孔通过推力球轴承旋转套装有主螺杆，主螺杆的上端穿出上横梁后和从动齿轮同轴连接，从动齿轮旁的上横梁中固定嵌装有正反转电机，正反转电机的输出轴和传动齿轮同轴连接，传动齿轮和从动齿轮啮合形成齿轮副；主螺杆下端和主螺母上端螺纹连接，主螺母下端和上压块通过螺栓固定连接，上压块的周围开设有通孔，且通孔活动套装于立柱，使得主螺杆、主螺母和立柱之间形成丝杠滑动副；上压块底端面固定安装有液压缸，液压缸的输出活塞杆朝向正下方，液压缸的输出活塞杆和螺纹法兰轴向固接，螺纹法兰和下压块固定连接，下压块的周围开设有通孔，且通孔活动套装于立柱；下压块正下方的机架上设置工作台，工作台上布置金刚石。

所述的上横梁上设有顶盖，顶盖周围边缘通过螺栓固定于上横梁，主螺杆上端面经深沟球轴承和顶盖开设的通孔装配，且顶盖开设的通孔外端面安装轴承端盖。

所述的上横梁和从动齿轮之间的主螺杆外套装有套筒，主螺杆的上端穿过从动齿轮的孔后套装有螺母，旋紧螺母使得从动齿轮轴向压紧于套筒，套筒再压紧推力球轴承到上横梁的孔端面。

所述的主螺杆套装于上横梁中心孔中的中部部分加工为光轴，主螺杆套装于主螺母中的下端部分加工有螺纹。

所述的工作台顶面和下压块底面中央均开设安装凹槽，两个安装凹槽相对连通构成用于容置金刚石的安装空间。

所述液压缸的侧面安装有压力传感器，压力传感器和液压缸的驱动控制系统连接，液压缸压力传感器的探头伸入到液压缸液压内腔中，检测油压后反馈到液压缸的驱动控制器进而实时进行下压块机械下压压力的补偿。

二、一种自动补偿的机液混合加载方法：

工作台放置上金刚石，通过正反转电机带动上压块下降，使得上压块下面的下压块下移动到刚接触压到金刚石表面，然后通过液压缸工作驱动输出活塞杆向下施加压力加载到金刚石表面；通过液压缸上安装的压力传感器实时测量工作过程中的压力变化信号，并将压力变化信号反馈给液压缸的控制系统，控制系统根据实时测量的压力变化信号进行精确调节、补偿液压缸的压力，维持稳定的工作压力。

本发明中，带动上压块和下压块纵向移动的传动机构，由主螺杆与主螺母啮合传动；主螺杆与横梁的装配结构，能够保证主螺杆的稳定旋转；带动螺杆转动的驱动，通过齿轮将扭矩传递给主螺杆；液压缸辅助加载结构，液压缸连接工作空间和机械加载部分；液压缸的压力调节，由压力传感器和控制系统调节液压缸的压力，实现压力的自动补偿。

所述传动机构由主螺杆和主螺母啮合传动，主螺母与上压块通过螺钉连接，通过机械传动加载和卸载。

所述横梁与主螺杆之间有推力球轴承承接纵向压力并保证旋转，主螺杆顶端通过深沟球轴承与顶盖进行连接，保证主螺杆旋转稳定。

所述推力球轴承承压，通过轴间与下推力球轴承接触，承接顶升的压力；通过套筒与上推力球轴承接触，同时套筒与主螺杆上的传动齿轮接触，最后通过主螺杆上部的螺母固定，从而承接下拉的压力。

所述驱动装置，通过传动齿轮的啮合将正反转电机的扭矩传递给主螺杆。

所述液压缸通过螺钉安装在上压块底部，液压缸的活塞底部用螺钉和螺纹法兰与下压块连接，实现液压辅助的加载。

本发明的有益效果：

本发明通过机械结构主要加载、液压辅助加载的机液混合加载方式提供两面顶压机所需压力，尽量减小了液压系统的不稳定问题，同时液压缸上的压力传感器实时测量工作压力，将压力变化反馈给控制系统，控制系统根据输入信号相应的调整控制元件，进而精准调节液压缸的压力加载，实现压力的自动补偿，系统稳定性更高，压力及温度控制更加精确。

本发明的两面顶压机，采用了机械传动和液压传动混合的加载形式，机械传动的高传动精度和液压的高驱动性能，都大大提高了压力机的动力传递性能，同时压力传感器和控制系统对液压缸的压力值的动态调节、自动补偿，能满足整个机器较高的压力精确度要求，提高了系统可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的总体结构图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的机械加载部分结构图；

图4为本发明的液压辅助加载部分结构图。

图中：机架(1)、立柱(2)、下压块(3)、推力球轴承(4)、深沟球轴承(5)、传动齿轮(6)、正反转电机(7)、主螺杆(8)、主螺母(9)、上压块(10)、螺母(11)、套筒(12)、从动齿轮(13)、螺母(14)、轴承端盖(15)、压力传感器(16)、液压缸(17)、螺纹法兰(18)、上横梁(19)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

具体实施，如图1和图2所示，两面顶压机包括机架1、立柱2、下压块3、传动齿轮6、正反转电机7、主螺杆8、主螺母9、上压块10、从动齿轮13、压力传感器16、液压缸17、螺纹法兰18和上横梁19。

如图1所示，机架1正上方固定有上横梁19，上横梁19通过周围的多个立柱2和机架1固定连接，具体实施采用四根立柱；上横梁19的中心孔通过推力球轴承4旋转套装有主螺杆8，上横梁通过推力球轴承4支持主螺杆8，主螺杆设有轴间，横梁中心孔处的下部孔径扩大，将推力球轴承4装配在孔径扩大处，同时，中心孔上部也相同的装配有推力球轴承4。主螺杆8的上端穿出上横梁19后和从动齿轮13同轴连接，从动齿轮13旁的上横梁19中固定嵌装有正反转电机7，正反转电机放置在上横梁19侧部的空腔中，正反转电机7的输出轴和传动齿轮6同轴连接，传动齿轮6和从动齿轮13啮合形成齿轮副。

如图3所示，上横梁19上设有顶盖，顶盖周围边缘通过螺栓固定于上横梁19，顶盖罩在主螺杆8上端和正反转电机7上，主螺杆8上端面经深沟球轴承5和顶盖开设的通孔装配，且顶盖开设的通孔外端面安装轴承端盖15。这样主螺杆8顶部通过深沟球轴承5与顶盖连接，以保证主螺杆旋转过程的平稳。且顶盖上部有轴承端盖15盖固定，顶盖通过螺钉固定在横梁上，防止外部异物掉落到深沟球轴承处。

上横梁19和从动齿轮13之间的主螺杆8外套装有套筒12，主螺杆8的上端穿过从动齿轮13的孔后套装有螺母14，旋紧螺母14使得从动齿轮13轴向压紧于套筒12，套筒12再压紧推力球轴承4到上横梁19的孔端面。套筒12安装在上部的推力球轴承与从动齿轮13之间，并且不会接触到上推力球轴承处的轴间，从动齿轮通过键连接在主螺杆上。

正反转电机7的输出轴上端穿过传动齿轮6后套装有螺母11，通过螺母11实现传动齿轮6定位装配。

如图1和图4所示，主螺杆8下端和主螺母9上端螺纹连接，主螺母9下端和上压块10通过螺栓固定连接，上压块10的周围开设有多个通孔，且多个通孔分别活动套装于各个立柱2，使得主螺杆8、主螺母9和立柱2之间形成丝杠滑动副；上压块10底端面固定安装有液压缸17，液压缸17的输出活塞杆朝向正下方，液压缸17的输出活塞杆和螺纹法兰18轴向固接，具体实施中液压缸17的输出活塞杆通过螺纹套装在螺纹法兰18顶面的中心螺孔中，螺纹法兰18和下压块3固定连接，下压块3的周围开设有多个通孔，且多个通孔分别活动套装于各个立柱2；上压块和下压块活动的连接在四根立柱上，实现液压辅助的压力加载。

下压块3正下方的机架1上设置工作台，工作台上布置金刚石。

主螺杆8套装于上横梁19中心孔中的中部部分加工为光轴，主螺杆8套装于主螺母9中的下端部分加工有螺纹。

工作台顶面和下压块3底面中央均开设安装凹槽，两个安装凹槽相对连通构成用于容置金刚石的安装空间。

液压缸17的侧面安装有压力传感器16，压力传感器16和液压缸17的驱动控制系统连接，液压缸17压力传感器16的探头伸入到液压缸17液压内腔油液中，检测油压后反馈到液压缸17的驱动控制器进而实时进行下压块3机械下压压力的补偿。

正反转电机7工作通过齿轮带动主螺杆转动，主螺母相对机架上下移动，从而固定在主螺母端部的压块靠近或远离工作台移动，实现机械压力加载；同时液压缸17工作带动输出活塞杆上下移动，即靠近或远离工作台移动，实现液压压力加载。

装配时，将推力球轴承装配在孔径处，再装配主螺杆，将套筒、从动齿轮分别安装完后，通过主螺杆上部的螺纹连接，用螺母14固定拧紧，此时主螺杆便可以承接纵向的压力。

本发明的实施工作过程如下：

对于正反转电机7，正反转电机7运行带动传动齿轮6旋转，经齿轮副带动从动齿轮13和主螺杆8旋转，进而经丝杠滑动副带动主螺母9和上压块10沿立柱2竖直上下升降移动。

对于液压缸17，液压缸17的输出活塞杆向下伸出或者锁紧带动螺纹法兰18和下压块3上下升降移动。

工作台放置上金刚石，通过正反转电机7带动上压块10下降，使得上压块10下面的下压块3下移动到刚接触压到金刚石表面，然后通过液压缸17工作驱动输出活塞杆向下施加压力加载到金刚石表面；

通过液压缸17上安装的压力传感器16实时测量工作过程中的压力变化信号，并将压力变化信号反馈给液压缸17的控制系统，控制系统根据实时测量的压力变化信号进行精确调节、补偿液压缸17的压力，维持稳定的工作压力。

由此通过安装连通于液压缸上端的输油管的压力传感实时测量工作过程中的压力，将液压缸的压力变化反馈给控制系统，控制系统根据输入信号调整液压泵等控制元件，从而调节液压缸的工作压力，实现压力的自动补偿，满足本机器长时间、高精度的压力施加要求。

由此，本发明的传动机构由传动齿轮6连接电机7和主螺杆8，再由主螺杆与主螺母9实现螺旋推进；由螺母轴向固定传动齿轮；主螺杆顶部通过深沟球轴承5与顶盖进行装配连接；主螺杆与上横梁之间有推力球轴承4承接；主螺母9与上压块10连接为一体。上压块下部的空腔中安装有液压缸17，液压缸活塞底部通过螺钉和螺纹法兰18与下压块3连接，实现机械和液压共同加载；同时液压缸连接有压力传感器16，将工作过程中的压力变化传递给控制系统，进一步调节液压缸的压力加载，实现压力的自动补偿；上压块和下压块都活动装配在四根立柱2上，以实现纵向的滑动。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机，其特征在于：

包括机架(1)、立柱(2)、下压块(3)、传动齿轮(6)、正反转电机(7)、主螺杆(8)、主螺母(9)、上压块(10)、从动齿轮(13)、液压缸(17)、螺纹法兰(18)和上横梁(19)；机架(1)正上方固定有上横梁(19)，上横梁(19)通过周围的立柱(2)和机架(1)固定连接；上横梁(19)的中心孔通过推力球轴承(4)旋转套装有主螺杆(8)，主螺杆(8)的上端穿出上横梁(19)后和从动齿轮(13)同轴连接，从动齿轮(13)旁的上横梁(19)中固定嵌装有正反转电机(7)，正反转电机(7)的输出轴和传动齿轮(6)同轴连接，传动齿轮(6)和从动齿轮(13)啮合形成齿轮副；主螺杆(8)下端和主螺母(9)上端螺纹连接，主螺母(9)下端和上压块(10)通过螺栓固定连接，上压块(10)的周围开设有通孔，且通孔活动套装于立柱(2)，使得主螺杆(8)、主螺母(9)和立柱(2)之间形成丝杠滑动副；上压块(10)底端面固定安装有液压缸(17)，液压缸(17)的输出活塞杆朝向正下方，液压缸(17)的输出活塞杆和螺纹法兰(18)轴向固接，螺纹法兰(18)和下压块(3)固定连接，下压块(3)的周围开设有通孔，且通孔活动套装于立柱(2)；下压块(3)正下方的机架(1)上设置工作台，工作台上布置金刚石。

2.根据权利要求1所述的一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机，其特征在于：所述的上横梁(19)上设有顶盖，顶盖周围边缘通过螺栓固定于上横梁(19)，主螺杆(8)上端面经深沟球轴承(5)和顶盖开设的通孔装配，且顶盖开设的通孔外端面安装轴承端盖(15)。

3.根据权利要求1所述的一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机，其特征在于：所述的上横梁(19)和从动齿轮(13)之间的主螺杆(8)外套装有套筒(12)，主螺杆(8)的上端穿过从动齿轮(13)的孔后套装有螺母(14)，旋紧螺母(14)使得从动齿轮(13)轴向压紧于套筒(12)，套筒(12)再压紧推力球轴承(4)到上横梁(19)的孔端面。

4.根据权利要求1所述的一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机，其特征在于：所述的主螺杆(8)套装于上横梁(19)中心孔中的中部部分加工为光轴，主螺杆(8)套装于主螺母(9)中的下端部分加工有螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机，其特征在于：所述的工作台顶面和下压块(3)底面中央均开设安装凹槽，两个安装凹槽相对连通构成用于容置金刚石的安装空间。

6.根据权利要求1所述的一种机液混合加载与自动补偿式两面顶压机，其特征在于：所述液压缸(17)的侧面安装有压力传感器(16)，压力传感器(16)和液压缸(17)的驱动控制系统连接，液压缸(17)压力传感器(16)的探头伸入到液压缸(17)液压内腔中，检测油压后反馈到液压缸(17)的驱动控制器进而实时进行下压块(3)机械下压压力的补偿。

7.应用于权利要求1-6任一所述装置的一种自动补偿的机液混合加载方法，其特征在于：工作台放置上金刚石，通过正反转电机(7)带动上压块(10)下降，使得上压块(10)下面的下压块(3)下移动到刚接触压到金刚石表面，然后通过液压缸(17)工作驱动输出活塞杆向下施加压力加载到金刚石表面；

通过液压缸(17)上安装的压力传感器(16)实时测量工作过程中的压力变化信号，并将压力变化信号反馈给液压缸(17)的控制系统，控制系统根据实时测量的压力变化信号进行精确调节、补偿液压缸(17)的压力，维持稳定的工作压力。

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