电液比例控制技术在金刚石压机上的应用

　　1 前言

　　金刚石在国民经济的各个领域中起着重要作用。金刚石的人工台成大多采用高温高压下的触蝶法，其中高压由液压系统产生。设备的示意图见图1。6个液压缸在空中对称分布，3条轴线相互垂直且交于一点，当6个液压缸对中且同步向中心运行时，就会形成一个高压的密封腔体。控制液压缸内的压力就可控制该腔体的压力。因此系统压力的控制至关重要，它是决定合成金刚石质量的重要参数之一。现在使用的压机的压力控制，大多为继电器控制电磁开关阀，采用电触点式压力表反馈。这种方法控制精度低，超调大，严重滞后。满足不了合成优质金刚石的要求。经过改进，采用电液比例阀和微机实时监控，使整个系统的控压性能得到了较大的改善，为合成优质金刚石提供了条件。

　　1．顶锤2．钢环3．垫块4．限位套；5．防祛圈 6．缸套7．密封圈8 O环9．黑帽：10．缸底

　　l1．拉杆l2．括塞l3．半合套l4．缸头 l5．导向套16．同步柱塞

　　图1 拉杆式合成设备外形示意图

　　2 电磁开美阀控制的液压系统

　　液压系统的原理如图2所示。高压泵和低压泵由一电机同轴驱动，两泵不同时工作。低压泵输出的低压油经换向阀AR给6个前进大缸供油使其空载低压前进，换向后低压油输送到6个小后退柱塞缸，使大缸返回。当6个大缸低压空载前进到位后，高压方向阀HV换向。高压泵开始向大缸输送高压油，产生所需的高压。往复增压器由方向阀INT控制，给系统补压，起保压作用。方向阀DMP控制液控方向阀DV，在一个循环结束前，使系统卸压，液压缸返回。金刚石的合成工艺对压力的要求一般如图3所示 保压要求稳定且时间约20 min，升压、降压速度可调．这就给液压系统提出了高的要求。原液压系统采用由触点式压力表反馈控制，往复增压器给系统补压，动态性能差，补压压力呈阶梯形上升，使腔体内的压力产生波动，影响金刚石的生长。在升压和降压时的速度无法控制，对金刚石的成核以及设备的受力都不利。

　　图2 电磁问控制液压系统原理图

　　图3 压力工艺曲线示意

　　3 电液比倒阀控制的液压系统

　　改进后的系统如图4所示．由三通插装式电液比例方向流量阀代替原电磁换向阀，由电液比例溢流阀代替原卸荷阀及配套的换向、节流、减压阀。去掉往复增压器及相关的换向阀。当然系统还有单独的冷却和过滤系统，功能元件等，(图中未标出)。如此变换后，成为一阀控缸系统，简单、有效，控制精度显著提高。活塞的低压空载前进及返回依然由低压泵提供的油液经电磁换向阀实现，三通插装式电液比例方向流量阀控镧来自高压泵的油液给腔俸加压、补压。电液比倒溢流阀控制卸载速度。全都动作由工业总线微机控制。压力传感器将测得的系统油压经A／D转换后送到计算机，计算机将其信号与设定的值进行比较，其偏差经PID运算，给出信号再D／A转换和放大后驱动电液比例阀，从而形成一闭环的实时控制系统，采样频率可调，设定为每秒一次。其性能可以跟踪设定的任意工艺曲线，满足合成优质金刚石的要求。