2.8　鋼管水壓試驗機夾緊裝置液壓系統

2.8.1　主機功能結構

鋼管夾緊裝置是鋼管水壓試驗機中一個非常重要的獨立機構，用于整個試壓過程中夾緊鋼管，對鋼管起著極為重要的保護作用。液壓傳動的鋼管夾緊裝置結構如圖2-17所示，上、下夾緊夾具3、4分別由上、下夾緊液壓缸1、2傳動。上、下夾緊夾具分別安裝在上、下夾緊液壓缸的活塞桿頭部，上夾緊液壓缸1安裝在上橫梁5上，下夾緊液壓缸安裝于基座6上。

在對鋼管試壓時，鋼管內部沖洗完畢，移送裝置將被試鋼管移送到水壓試驗機試驗區域，提升裝置托起鋼管至試壓中心線位置，由帶密封的前后壓頭密封鋼管端部并壓緊。此時位于鋼管中部的夾緊裝置需夾緊鋼管，即上、下夾緊液壓缸活塞桿分別向下和向上伸出，由兩液壓缸活塞桿頭部所安裝的V形夾具將鋼管夾緊。鋼管被夾緊后，提升裝置下降復位。鋼管中開始充入低壓水，同時排氣閥排氣；待低壓水充滿鋼管，排氣完成后，將鋼管內水壓增壓至試驗壓力，并保壓。鋼管試壓完畢，提升裝置升起托住鋼管，鋼管內水壓卸壓，前后壓頭后退復位，此時夾緊裝置才能松開，即上、下夾緊液壓缸活塞桿縮回至上位和下位。提升裝置下降復位，鋼管被放至橫移裝置上，完成鋼管試壓。可見，在鋼管在充水、增壓、保壓全過程中，夾緊鋼管起著安全保護作用。

2.8.2　液壓系統原理及其缺陷

夾緊裝置的液壓系統原理如圖2-18所示。系統的執行元件為上、下夾緊液壓缸1和2，二液壓回路獨立，可分別調整，也可同時工作。分別調整減壓閥9和10的出口壓力，使其滿足夾緊要求；分別調整單向節流閥的開口度，以控制上下夾緊液壓缸的運行速度。夾緊裝置在接收到夾緊鋼管指令時，二位四通電磁換向閥7和換向閥8同時通電，由油路P提供的壓力油經減壓閥9、閥7、閥5中的右側單向閥進入上夾緊缸1的無桿腔，同時壓力油經減壓閥10、閥8、閥6的右側單向閥進入下夾緊缸2的無桿腔，上、下夾緊液壓缸的活塞桿分別帶動夾具3和4向鋼管中心線方向運動，至夾緊鋼管時，壓力繼電器11發信，系統開始保壓。在保壓過程中，換向閥7和8必須一直處于通電狀態。只有當夾緊裝置接收到松開鋼管指令時，換向閥7和換向閥8才能同時失電，上、下夾緊液壓缸分別帶動夾具3和4背離鋼管中心線運行，直至二液壓缸復位，壓力繼電器11的夾緊壓力信號消失。圖2-18所示狀態為夾緊裝置松開狀態。

該系統存在如下缺陷：一是換向閥7和換向閥8為二位四通彈簧復位式電磁換向閥，液壓缸每次只能運行滿行程，在行程中間無停頓功能，給設備調試帶來不便；二是鋼管在夾緊過程中，換向閥7和換向閥8的電磁鐵必須一直保持通電狀態，若因故斷電，夾緊裝置將松開試壓鋼管，可能引起事故發生；三是鋼管在試壓保壓過程中，可能出現變形，引起夾緊液壓缸中油壓力的增高，使液壓缸的連接油管破裂。所以用戶常常閑置此夾緊裝置不用，因而失去了鋼管試壓過程中的安全保護作用。

2.8.3　改進后液壓系統原理及其特點

由于鋼管試壓過程中，鋼管中壓力很高（有的高達50MPa），如果無夾緊裝置的保護，前后壓頭松動時，鋼管會脫離試壓工位，發生事故。可見夾緊裝置在試壓過程中起到了非常重要的安全保護作用。為此，將夾緊裝置的液壓系統進行如下改進。

上、下夾緊液壓缸中安裝位移傳感器，在系統中將原系統控制液壓缸運行方向的電磁換向閥7和8分別更換為電液比例方向閥，并增加了電磁溢流閥、液控單向閥，壓力繼電器增加模擬輸出信號，取消了單向節流閥。改進后的液壓系統原理如圖2-19所示。上夾緊液壓缸1的控制回路由電磁溢流閥9、液控單向閥11、減壓閥5、三位四通電液比例方向閥13等控制閥組成；下夾緊液壓缸2控制回路由溢流閥10、液控單向閥12、三位四通電液比例方向閥14、壓力繼電器6及控制閥組成。系統工作原理如下。

在夾緊裝置接收到夾緊鋼管指令時，比例方向閥13的右側電磁鐵被輸入一定數值的正向輸入電流，從油路P供來的壓力油經比例方向閥13、減壓閥5、電磁溢流閥9進入上夾緊缸1的無桿腔，同時反向導通單向節流閥11，推動上夾緊夾具3向鋼管中心線方向運行，有桿腔油液經閥11和閥13排回油箱；同時，比例方向閥14的左側電磁鐵被輸入一定數值的正向輸入電流，從油路P供來的壓力油經過液控單向閥12進入下夾緊液壓缸2的無桿腔，推動下夾緊夾具4向鋼管中心線方向運行，有桿腔油液經比例方向閥14流回油箱。上、下夾緊液壓缸分別受其上安裝的位置傳感器7和8控制，將在某一特定位置停止，上下夾緊夾具將鋼管夾緊在試壓中心線上，壓力繼電器傳輸夾緊信號給PLC，比例方向閥接收信號處于零位，不再有電流輸入。此時液控單向閥11和12將夾緊夾具鎖定在夾緊位置。如果在試壓保壓過程中，鋼管變形引起的液壓缸中壓力升高，電磁溢流閥9和溢流閥10將開啟溢流。

按工藝控制要求夾緊裝置松開時，比例方向閥13的左側電磁鐵被輸入一定數值的反向輸入電流且電磁溢流閥9通電，壓力油經比例方向閥13和液控單向閥11進入上夾緊缸1的有桿腔，推動上夾緊夾具3背離鋼管中心線方向運行，無桿腔油液經電磁溢流閥9排回油箱；同時，比例方向閥14的右側電磁鐵被輸入一定數值的反向輸入電流，壓力油經過比例方向閥14，進入下夾緊液壓缸2的有桿腔，同時反向導通液控單向閥12，推動下夾緊夾具4背離鋼管中心線方向運行，無桿腔油液經閥12和閥14排回油箱。夾緊裝置松開鋼管，上下夾具分別返回其指定位置。

改進后液壓系統具有以下特點。

①液壓缸上增設位移傳感器，與比例方向閥配合使用，可使液壓缸任意時刻停留于任意位置，停位精確，調節更方便，縮短調節時間，提高了生產效率。

②系統中增加的溢流閥和電磁溢流閥，可有效防止鋼管試壓保壓過程中液壓缸中壓力的突然增高，保護了液壓及元件。

③液壓系統中增設的液控單向閥，能可靠封堵保持鋼管在試壓保壓過程中液壓缸高壓腔的油液，實現鋼管可靠夾緊，起到了安全保護作用。

④壓力繼電器的模擬輸出信號，有利于現場夾緊壓力信號的采集與傳輸，更有利于整個鋼管試壓過程的控制。