CN103062143B - 一种液压控制系统及水压试验钢管机油水平衡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压控制系统及具有该液压控制系统的水压试验钢管机油水平衡系统，该液压系统包括多个并联的主液压缸、一恒压变量泵、一比例减压阀、一比例溢流阀、一电磁溢流阀、一充液阀及一高位油箱；恒压变量泵通过一电机驱动，入口连通高位油箱，出口连通主液压缸；电磁溢流阀与比例溢流阀分别连通设置在恒压变量泵与高位油箱之间；比例减压阀串联设置在恒压变量泵与主液压缸之间；充液阀连通设置在高位油箱与主液压缸之间。本发明中使用比例减压阀进行试验钢管的预密封压紧充水，预密封的压力稳定且可控压力小；选用比例溢流阀对主液压缸进行保压，压力跟随稳定可靠，响应时间短。

Description

一种液压控制系统及水压试验钢管机油水平衡系统

技术领域

本发明涉及水压试验钢管机油水平衡系统，尤其与水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统有关。

背景技术

水压试验钢管机用于对大口径直缝埋弧焊管进行静水压试验，检查钢管在规定保压时间内有无渗漏缺陷，考核钢管的整体承压能力，并消除一部分管体残余应力以保证钢管的使用性能。其中，油水平衡系统作为水压试验机的核心控制系统，在对钢管进行高压水试验时，该系统可以使油压稳定、及时、准确的跟踪试验钢管中的水压值，从而保证试验钢管内的水压对主液压缸产生的作用力与油压作用在主液压缸上的作用力进行动态的力平衡，达到对试验钢管进行可靠密封的高压水试验。

水压试验钢管机油水平衡系统测试部分1结构如图1所示，包括主液压缸20、进给液压缸11、后压头12与前压头13。主液压缸20为非标准的单作用柱塞缸，后压头12与前压头13上设置有连通试验钢管10的水路，试验钢管10与后压头12及前压头13之间设置有密封，水路入口为一充水阀17，水路上（即后压头12与前压头13上）连通设置有排气阀15及比例卸荷阀16，进给液压缸11与主液压缸20均连接于后压头12上。

试验过程中，试验钢管10被运至试压工位后，后压头12由进给液压缸11推动前行，主液压缸20同时充入油液，当后压头12与试验钢管10接触之后，进给液压缸11停止，主液压缸20加压前进把试验钢管10压紧于前压头13与后压头12之间，然后充水阀17打开通过连通的水路向试验钢管10中充入低压水，同时排气阀15打开进行排气，待低压水充满试验钢管10后，排气阀15关闭，开始向试验钢管10中增压，增压至试验压力并保压，水压传感器18用来实时监测试验钢管10内的水压值并进行信号传输，试验完成后比例卸荷阀16打开对试验钢管10内的高压水进行卸荷，完成一次试压。

水压试验中，当试验钢管10的试验水压低于25MPa时，对试验钢管10使用端面密封方式进行水压试验，其端面密封结构如图2所示，试验钢管10被压紧于前压头13与后压头12之间，前压头13与后压头12的端面密封圈14对试验钢管端面进行可靠密封。其中在压紧试验钢管10进行充水时，主液压缸20的压力必须保证试验钢管10充水时密封可靠，即试验钢管10端面与端面密封圈14之间无泄漏；而且主液压缸20的压紧力也不能太大，对于壁厚较小的试验钢管10，压紧力过大容易挤伤试验钢管10，使试验钢管10发生挠曲变形，同时也会造成试验钢管10的端面切伤端面密封圈14；最后在试压过程中，随着试验钢管10内的水压逐渐升高，主液压缸20的压力必须保证前压头13、后压头12与试验钢管10之间始终可靠密封，即需要达到一种动态的压力平衡，防止发生因密封失效带来的高压水从试验钢管10与端面密封圈14的接触处喷出造成的安全事故。

现有的油水平衡液压控制系统3如图3所示，由高位油箱30、恒压变量泵31、电机32、电磁溢流阀33、比例溢流阀34、二位三通截止式电磁方向阀351、二位三通截止式电磁方向阀352、充液阀36、电磁换向阀361、减压阀362、压力表37、压力传感器38及液压管路组成。液压源由恒压变量泵31提供，恒压变量泵31由电机32驱动，电磁溢流阀33用来对该系统做压力安全保护。二位三通截止式电磁方向阀351、二位三通截止式电磁方向阀352并联连接在恒压变量泵31与主液压缸20之间，以保证主液压缸20的供油量。压力传感器38、压力表37均连通设置在主液压缸20的入口。恒压变量泵31在其变量范围内可以保证系统压力稳定并且不受泵流量变化的影响，以保证试验钢管10在增压、保压、卸压过程中压力稳定。液压源由恒压变量泵31供送进入液压系统，通过二位三通截止式电磁方向阀351和二位三通截止式电磁方向阀352直接进入主液压缸20，连通在主液压缸20入口处的压力传感器38可实时在线采集主液压缸20的压力，并传送到单片机，以实时在线监控主液压缸20的运行状态。比例溢流阀34连接于恒压变量泵31的出口处，用于控制进入主液压缸20的压力大小。充液阀36的开启由另一路液压源P提供，压力油P经减压阀362减压后进入电磁换向阀361，然后连通至充液阀36的控制油口，通过控制电磁铁Y5来控制充液阀的开启。

现有的油水平衡液压控制系统3工作过程如下所述：当试验钢管10被夹于前压头13与后压头12之间后，电磁体Y4得电，系统加载。然后电磁体Y1、Y2得电，通过调节比例溢流阀34的控制电流信号，输出一个很小的作用力于主液压缸20上，实现对试验钢管10的预密封，保证充水时端面密封圈14密封可靠，等充水完成之后，开始对试验钢管10进行加压试验，调节比例溢流阀34的控制电流信号大小来控制比例溢流阀34的入口压力，即主液压缸20的入口油压，主液压缸20的油压随着水压的升高按比例升高，与水压值保持动态的力平衡，进而保证密封试验的有效性；试验钢管10内的水压增至试验压力时，电磁铁Y1、Y2失电，主液压缸20液压油源切断，试验钢管10进入高压水保压试验状态，按规定时间保压完成后由比例卸荷阀16对试验钢管10内的高压水进行卸荷，同时电磁铁Y1、Y2得电，主液压缸20内的油压由比例溢流阀34进行同步跟随卸压。

现有的油水平衡液压控制系统3具有如下缺点：

1、在试验过程中，对于小口径、小壁厚的试验钢管10，往往由于比例溢流阀34的最小控制压力大（无控制信号输入时，其死区压力可达7bar），即加载于主液压缸20上的入口压力大，容易造成试验钢管10挤伤变形，并容易损坏端面密封圈14，为试验工作带来很大的不确定性；

2、在保压过程中，二位三通截止式电磁方向阀351、352的T口的最高承受压力为150bar，而实际的试验过程中部分试验钢管10的平衡油压超过二位三通截止式电磁方向阀351、352的T口的最高承受压力，因此无法满足试验钢管10试验中的保压工艺要求；

3、用二位三通截止式电磁方向阀351、352进行保压过程中，由于系统的内泄或者试验钢管10本身的质量缺陷，试验钢管10内的水压会发生波动，主液压缸20内的油压不能同步跟随水压的变化而变化，从而可能造成试验钢管10被意外压弯及端面密封圈14的损坏，严重时会使高压水外泄造成安全事故和整体设备的损坏。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种最小控制压力小、保压效果好、主液压缸油压可随试验钢管内水压同步变化且结构简单、造价低、控制可靠稳定的用于控制水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统及水压试验钢管机油水平衡系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统，包括多个并联的主液压缸、一恒压变量泵、一比例减压阀、一比例溢流阀、一电磁溢流阀、一充液阀及一高位油箱；所述恒压变量泵通过一电机驱动，入口连通所述高位油箱，出口连通所述主液压缸；所述电磁溢流阀与所述比例溢流阀分别连通设置在所述恒压变量泵与所述高位油箱之间；所述比例减压阀串联设置在所述恒压变量泵与所述主液压缸之间；所述充液阀连通设置在所述高位油箱与所述主液压缸之间。

进一步，所述充液阀为一液控单向阀，所述液控单向阀的液控油液通过一控制油箱提供，在所述控制油箱与所述液控单向阀之间的油路上依次串联有一减压阀和一电磁换向阀。

进一步，所述主液压缸入口还连接设置有一压力表。

进一步，所述主液压缸入口还连接设置有一压力传感器，所述压力传感器通讯连接一单片机。

进一步，所述主液压缸的数量为四个。

本发明还提供了一种水压试验钢管机油水平衡系统，包括进给液压缸及用于共同夹持试验钢管的一后压头与一前压头，所述后压头与前压头上设置有连通所述试验钢管的水路，所述试验钢管与所述后压头及前压头之间设置有密封，所述水路入口为一充水阀，所述水路上连通设置有排气阀及比例卸荷阀，所述进给液压缸的活塞杆连接所述后压头外侧，还包括任一如上所述的用于水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统，所述主液压缸的柱塞杆连接所述后压头外侧。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明中使用比例减压阀进行试验钢管的预密封压紧充水，预密封的压力稳定且可控压力小，从而有效的保证试验钢管在预密封压紧时不被挤伤，从稳压方面可以对小规格的试验钢管进行高精度的水压试验和控制；另外，选用比例溢流阀对主液压缸进行保压，压力跟随稳定可靠，响应时间短，有效避免出现因试验钢管内的高压水发生波动或者端面密封圈失效发生泄露原因造成的试验钢管挤弯现象，以及避免可能带来的设备损坏，从溢流方面对试验钢管进行安全可靠的水压试验；最后，本发明结构简单、成本低廉、控制可靠稳定，宜于推广使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为水压试验钢管机油水平衡系统测试部分的结构示意图；

图2为水压试验钢管机油水平衡系统中试验钢管端面密封的结构示意图；

图3为现有的水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统原理示意图；

图4为本发明的用于水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统原理示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明的用于水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统4原理如图4所示，包括4个并联的主液压缸20、一高位油箱40、一恒压变量泵41、一电机42、一电磁溢流阀43、一比例溢流阀44、一比例减压阀45、一充液阀46、一压力表47及一压力传感器48。恒压变量泵41通过电机42驱动，恒压变量泵41的入口连通高位油箱40，出口连通主液压缸20。电磁溢流阀43与比例溢流阀44分别连通设置在恒压变量泵41与高位油箱40之间，比例减压阀45串联设置在恒压变量泵41与主液压缸40之间。充液阀46连通设置在高位油箱40与主液压缸20之间，充液阀46为一液控单向阀，液控单向阀的液控油液通过一控制油箱提供，在控制油箱与充液阀46之间的油路上依次串联有一减压阀462和一电磁换向阀461。主液压缸20入口还连接设置有一压力表47，以显示主液压缸20的油压。主液压缸20入口还连接设置有一压力传感器48，压力传感器48通讯连接一单片机。

恒压变量泵41提供液压源，电磁溢流阀43用来对系统做压力安全保护，比例溢流阀44用于控制进入主液压缸20的油液压力。压力传感器48可实时在线采集主液压缸20的压力，将检测到的油压值传输至操作台内单片机，经过运算处理，将油压的数字量值转换为压力值，并将压力值传送至上位机内，用于油压的实时显示。

本发明的用于水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统4工作过程如下所述：

试验钢管10运至试压工位后，进给液压缸11推动后压头12前行，同时电磁换向阀461的电磁铁Y9得电，充液阀46打开，高位油箱40中的油液进入主液压缸20；当试验钢管10被夹紧于前压头13与后压头12之间后，电磁溢流阀43电磁铁Y8得电，系统加载。根据试验钢管10的规格不同，调节比例减压阀45的控制电流信号来调节试验钢管10的预密封压力值，实现对试验钢管10的预密封，同时比例溢流阀44的控制电流信号给至最大，保证比例减压阀45出口处的压力不从比例溢流阀44处卸荷；然后对试验钢管10进行充水，充水完成后，开始对试验钢管10进行加压试验，水压传感器48将试验钢管10内的水压转换为电信号送入单片机的A/D模块，单片机经过内部运算处理，将数值通过D/A模块传送至比例减压阀45的控制放大板，调节控制放大板的输入信号来控制比例减压阀45的出口压力，即主液压缸20的入口油压；主液压缸20的油压随着水压的升高按比例升高，与水压值保持动态的力平衡。试验钢管10内的水压增至试验压力时，按试验规定时间进行保压，保压时，比例减压阀45保持试验压力时油水平衡的输入信号不变，由比例溢流阀44根据试验钢管10内的高压水来调整平衡油压进行保压；保压完成后比例卸荷阀16对试验钢管10内的高压水进行卸荷，同时水压传感器48将试验钢管10内的水压转换为电信号送入单片机的A/D模块，单片机经过内部运算处理，将数值通过D/A模块传送至比例溢流阀44的控制放大板，调节控制放大板的输入信号来控制主液压缸20内的油压，油压随着试验钢管内的水压进行同步跟随卸压；卸压完成后电磁溢流阀43的电磁铁Y8失电，系统卸载，比例溢流阀44、比例减压阀45输入信号归零，从而完成一次试压过程。

试验钢管10进行充水时，比例减压阀45在无控制信号输入时，出口压力为2bar，由于其可控的压力小，可以保证小壁厚、小规格的试验钢管10在预密封充水时，不会因预紧力太大而挤伤试验钢管10，同时对端面密封圈14起一定的保护作用。由于比例减压阀45的瞬态响应好，输入控制信号与出口压力呈线性关系，恒压变量泵41出口压力稳定，进而保证水压试验的有效性和可靠性。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明中使用比例减压阀45进行试验钢管10的预密封压紧充水，预密封的压力稳定且可控压力小，从而有效的保证试验钢管10在预密封压紧时不被挤伤，从稳压方面可以对小规格的试验钢管10进行高精度的水压试验和控制；另外，选用比例溢流阀45对主液压缸20进行保压，压力跟随稳定可靠，响应时间短，有效避免出现因试验钢管10内的高压水发生波动或者端面密封圈14失效发生泄露原因造成的试验钢管10挤弯现象，以及避免可能带来的设备损坏，从溢流方面对试验钢管10进行安全可靠的水压试验；最后，本发明结构简单、成本低廉、控制可靠稳定，宜于推广使用。

本发明的技术方案已由优选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统，所述水压试验钢管机油水平衡系统包括进给液压缸及用于共同夹持试验钢管的一后压头与一前压头，所述后压头与前压头上设置有连通所述试验钢管的水路，所述试验钢管与所述后压头及前压头之间设置有密封，所述水路入口为一充水阀，所述水路上连通设置有排气阀及比例卸荷阀，所述进给液压缸的活塞杆连接所述后压头外侧；

其特征在于，所述液压控制系统包括多个并联的主液压缸、一恒压变量泵、一比例减压阀、一比例溢流阀、一电磁溢流阀、一充液阀及一高位油箱；所述主液压缸为柱塞缸，所述恒压变量泵通过一电机驱动，入口连通所述高位油箱，出口连通所述主液压缸；所述电磁溢流阀与所述比例溢流阀分别连通设置在所述恒压变量泵与所述高位油箱之间；所述比例减压阀串联设置在所述恒压变量泵与所述主液压缸之间，所述比例溢流阀的出口连通所述高位油箱，所述比例溢流阀的入口连通所述比例减压阀的出口；所述充液阀连通设置在所述高位油箱与所述主液压缸之间；

其中，当所述试验钢管被夹于所述前压头与所述后压头之间后，系统加载，然后通过调节所述比例减压阀的控制电流信号调节所述试验钢管的预密封压力值，等充水完成之后，开始对所述试验钢管进行加压试验，调节所述比例减压阀的控制电流信号大小来控制所述比例减压阀的出口压力，即所述主液压缸的入口油压，所述主液压缸的油压随着水压的升高按比例升高，与水压值保持动态的力平衡，进而保证密封试验的有效性；所述试验钢管内的水压增至试验压力时，所述主液压缸的油压由所述比例溢流阀进行跟随保压，所述试验钢管进入高压水保压试验状态，按规定时间保压完成后进行卸荷，同时所述主液压缸内的油压由所述比例溢流阀进行同步跟随卸压。

2.如权利要求1所述的用于水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统，其特征在于，所述充液阀为一液控单向阀，所述液控单向阀的液控油液通过一控制油箱提供，在所述控制油箱与所述液控单向阀之间的油路上依次串联有一减压阀和一电磁换向阀。

3.如权利要求1所述的用于水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统，其特征在于，所述主液压缸入口还连接设置有一压力表。

4.如权利要求1所述的用于水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统，其特征在于，所述主液压缸入口还连接设置有一压力传感器，所述压力传感器通讯连接一单片机。

5.如权利要求1所述的水压试验钢管机油水平衡系统的液压控制系统，其特征在于，所述主液压缸的数量为四个。

6.一种水压试验钢管机油水平衡系统，包括进给液压缸及用于共同夹持试验钢管的一后压头与一前压头，所述后压头与前压头上设置有连通所述试验钢管的水路，所述试验钢管与所述后压头及前压头之间设置有密封，所述水路入口为一充水阀，所述水路上连通设置有排气阀及比例卸荷阀，所述进给液压缸的活塞杆连接所述后压头外侧，其特征在于，还包括权利要求1至5任一所述的用于水压试验钢管机油水平衡的液压控制系统，所述主液压缸的柱塞杆连接所述后压头外侧。