浅谈复合式高低压缸液力端在四缸试压泵中的应用

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摘要： 复合式高低压缸液力端，是将泵体上两平行的复合缸分别与一根大小直径的阶梯柱塞配合，形成大流量低压缸和小流量高压缸，解决了现有四缸往复式试压泵存在的问题。

Abstract： Compound high and low pressure cylinder hydraulic side means to match the two parallel composite cylinder on the pump body， respectively with ladder plunger with big diameter on one side and small diameter on the other side， forming large flow low pressure cylinder and small flow high pressure cylinder， which has solved the existing problems of four cylinder reciprocating hydraulic test pump.

关键词： 复合式；高低压缸；阶梯柱塞；四缸泵；集成液力端

Key words： compound；high and low pressure cylinder；ladder plunger；four cylinder pump；integrated hydraulic end

中图分类号：TM301 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0035-02

1 四缸往复式试压泵的技术特性

四缸往复式试压泵的试件在水压试验的初始阶段四缸同时迅速充液升压，具有较大流量，以缩短试压时间，当压力超过设定的初始压力后两低压缸连通，介质在两低压缸中循环或返回水箱，低压缸不再充液，流量自动减小，试压过程由两高压缸充液，压力平稳缓慢上升。

2 四缸试压泵液力端的组成与工作原理（图1）

现有四缸试压泵液力端由两只高压缸和两只低压缸与两只高压柱塞和两只低压柱塞分散布置，进出水阀组置于缸体内，缸体出水口由四根高压管将高压水汇集于集水体，连通阀两端与两低压缸相连，液控管与集水体的高压腔相通，缸体进水管与水箱连接。

当泵工作时，柱塞在缸体内往复运动，使各水缸内的工作容积不断发生变化，进而实现泵的交替吸入和吐出过程。当柱塞为吸入行程时，水缸内的工作容积增大，造成部分真空，水箱内的工作介质在大气压力的作用下，通过进水阀而进入水缸内。当柱塞为吐出行程时，进水阀自动关闭，出水阀被顶开，工作介质经过出水管汇集于集水体，然后输送到被试器件内，实现试压的目的。当系统压力低于设定的低压段压力时，液控阀关闭，四缸同时工作，系统升压较快。当系统压力超过低压段压力后，连接集水体的液控管通过系统压力使液控阀开启，则两只低压缸相互连通，两低压缸出水阀不再工作，系统仅由两只高压缸输送介质，实现流量由大到小自动切换。

3 复合式高低压缸液力端的结构与工作原理（图2、图3、图4）

复合式高低压缸液力端由泵体上两平行的复合式大、小缸分别与低压密封套、高压密封套密封，阶梯柱塞的大小直径分别与高、低压密封套配合，形成大流量低压腔A1和小流量低压腔B1；与复合缸连通的大流量低压腔A1通过进水阀与低压进水口P1连接，大流量低压腔A1通过大流量出水阀与大流量高压腔A2连接，大流量高压腔A2通过高压出水流道P2经过止回阀与工作压力流道P3连通；与复合缸小缸连通的小流量低压腔B1通过小流量进水阀与低压进水流道P1连接，小流量低压腔B1通过小流量出水阀与小流量高压腔B2连接，小流量高压腔B2通过高压出水流道P2经过止回阀与工作压力流道P3连通。高压出水流道P2的另一端与升压阀连接，工作压力流道P3的另一端与放水阀连接。

泵工作时电机通过皮带轮带动传动机构旋转，传动机构带动阶梯柱塞在复合缸内往复运动，使各工作腔的容积不断发生变化，进而实现泵的交替吸入和吐出过程。

当阶梯柱塞为吸入行程时，泵体内A1腔与B1腔增大，造成部分真空，水箱内的工作介质在大气压力的作用下，通过大、小流量进水阀而进入A1腔与B1腔内；当柱塞为吐出行程时，大、小流量进水阀自动关闭，大、小流量出水阀被顶开，工作介质在柱塞力的作用下进入高压腔A2腔与B2腔内形成高压介质，再通过高压出水流道P2并经过止回阀进入工作压力流道P3形成工作介质，然后输送到被试器件内，直至达到某一预定的试验压力，实现试压的目的。

为了保持四缸泵具有“低压大流量，高压小流量”的技术特性，在泵体内设计安装了液控连通阀（见图3）。

液控连通阀的阀腔上端与高压出水流道P2连接，滑阀下端与弹簧连接，阀腔壁上有左中右3孔，左右两孔分别与两大流量低压腔A1连通，中间孔与水箱回水流道P1连接。当泵排出压力小于设定的低压段压力时，滑阀在弹簧力的作用下上移，液控阀关闭，阶梯大、小直径柱塞同时工作为系统充液，具有较大流量；当排出压力大于设定的低压段压力后，滑阀下移开启，两大流量低压腔A1和水箱回水流道P1互相连通，大流量低压腔A1出水阀和液控阀的滑阀将大流量低压腔A1与高压出水流道P2隔断，这时，大流量低压腔A1不再输出介质，A1腔内液体由回水流道P1直接回到水箱，仅由高压小柱塞工作充液，实现流量由大到小的自动切换。升压阀的设计是在试压中便于压力的调节控制（见图4）。

4 复合式高低压缸液力端的应用效果

4.1 降低制造成本 复合式高低压缸液力端在保证四缸泵“低压大流量，高压小流量”的技术特性及使用性能不变的基础上，将原四缸泵低压大柱塞，高压小柱塞合二为一，集成在一根阶梯柱塞上，阶梯柱塞的大端代替原泵大柱塞，小端代替原泵小柱塞；液力端为复合式结构，高低压水缸，连通阀体，高压液体通道都集中布局在同一泵体上。这样，在一台泵上就减少高压通道连接的高压硬管及相应的连接接头，减少一根大柱塞和一根小柱塞，相应的高低压水缸，连接螺母等也减少了一倍，而且结构紧凑，布局简单，整个制造成本降低1/3。

4.2 操作方便、保压精度高 本复合式高低压缸液力端设计了升压阀、放水阀和止回阀，凡在额定排出压力以下均可进行任意压力的手动调压，调压方便；当压力调节到需用的工作压力后，停止升压，止回阀起自动保压作用，当保压工作结束后，开启放水阀卸除系统压力，工作介质经放水阀回水管流回水箱内，即完成一个工作循环。

4.3 安装维护方便 复合式高低压缸液力端将高低压缸体、阶梯柱塞、高低压密封套、进出水阀组、升压阀、放水阀、止回阀、液控连通阀、安全阀、压力表和所有高压介质通道集中在同一泵体上，避免了使用高压硬管及螺母连接的困难。原四缸泵检修漏水阀组需要拆除连接高压硬管，复原时费劲并且装配困难。现在装配维护及其方便，拆卸件少，所耗工时低，快捷方便，装配质量容易保证。

参考文献：

[1]往复泵设计编写组.往复泵设计[M].机械工业出版社，

1987：2.

[2]高压水射流技术与工程[M].合肥工业大学出版社，2006：11.

[3]胡少琪.电动试压泵齿轮机构的改革[J].机械工人（冷加工），1984（09）.