专利名称：全液压伺服动态平衡排气头控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及液压伺服控制技术的钢管水压试验机的排气头控制，特别是全液
压伺服动态平衡排气头控制装置。
背景技术：
钢管水压试验机的排气头是钢管水压试验机的一个重要部件，其主要功用是①根据被试钢管外径规格，安装相应的试压模具及试压专用密封圈，实现被试钢管排气头端试验用水的密封；②通过控制安装于排气头上的排气阀的动作，实现被试钢管内空气及时排除，保证试压用水充填充分及试压过程安全进行。 排气头必须能够沿被试钢管长度方向在钢管上料出料位置和试压位置之间前后移动，以便被试钢管上料出料并满足不同长度钢管试压的需要，实现钢管试压过程高效连续进行。 现有钢管水压试验机排气头的移动，一般采用液压马达或电动机驱动丝杠螺母机构实现，并由丝杠螺母承受试压过程试验用水对排气头的作用力。试验用水压力的急剧变化及试压过程钢管的形变极易造成丝杠与螺母抱死，一旦出现该种现象，不但被试钢管内的高压试验水无法安全卸压，而且脱开抱死的丝杠与螺母十分困难，无法实现钢管水压试验机的安全生产及便利维护。 鉴于该种状况，最新的钢管水压试验机排气头移动有改用油缸驱动的，但新设备中的油缸仅用于实现排气头在钢管上料出料位置和密封工作位置之间的移动。钢管试压过程中，通过切断油缸的进、排油通路，依靠油缸内密闭的油液的弹性变形力来平衡试验用水对排气头的作用力，而不再对排气头的实际位置变化做任何控制。由于油缸及其进、排油通路无法达到绝对密封，而且油缸内可能混有空气，这就会造成试压前期油缸提供的平衡力不足，出现排气头较大幅度的退让现象，加剧了钢管与试压专用密封圈间的相对摩擦，降低了密封圈的使用寿命，增加了设备维护及生产成本。当排气头退让严重时甚至会出现试压密封圈脱开被试钢管而造成安全生产事故。
发明内容本实用新型的目的是提供一种响应速度快、控制精度高、性能安全可靠，设备故障率低、维护操作安全简便的全液压伺服动态平衡排气头控制装置。 本实用新型的目的是这样实现的，全液压伺服动态平衡排气头控制装置，至少包括排气头位移传感器、试验用水压力传感器、控制机构和油缸机构，其特征是所述的油缸机构包括两个活塞式空程移动油缸、一个柱塞式平衡油缸和油箱，两个活塞式空程移动油缸实现排气头的空程移动， 一个柱塞式平衡油缸实现排气头的动态平衡控制；两个活塞式空程移动油缸分布在柱塞式平衡油缸的左右两侧；活塞式空程移动油缸和柱塞式平衡油缸均布置在排气头的一侧。 所述的控制机构包括高压油泵、伺服阀或高频响比例阀、充液阀和PLC或计算机；
3伺服阀或高频响比例阀的回油口连接油箱，一个工作油口连接柱塞式平衡油缸的柱塞腔；充液阀的低压口连接油箱、高压口连接柱塞式平衡油缸的柱塞腔；高压油泵吸油口连接油箱、出油口与伺服阀或高频响比例阀的供油口连接；PLC或计算机与高压油泵、伺服阀或高频响比例阀和充液阀的电路控制系统连接。 所述的活塞式空程移动油缸具体参数为活塞直径为125mm ;活塞杆直径为90mm ;油缸行程为1800mm。 所述的柱塞式平衡油缸具体参数为柱塞直径为400mm ;油缸行程为1800mm。[0011] 本实用新型的优点是通过动态平衡排气头因被试钢管内水压变化及钢管形变所引起的受力状况和位置的变化，控制被试钢管排气头端高压水密封与钢管相对位置处于设定的范围之内，保证排气头端高压水密封的使用寿命及钢管水压试验过程的安全进行。该系统的特点是控制技术先进、系统响应速度快、性能安全可靠。最突出的优点是设备故障率低、维护操作安全简便。
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明[0013] 图1是本实用新型实施例1结构示意图。 图中1、油箱；2、高压油泵；3、伺服阀或高频响比例阀；4、试验用水压力传感器；5、排气头位移传感器；6、平衡油缸压力传感器；7、充液阀；8、排气头；9、柱塞式平衡油缸；10、活塞式空程移动油缸。
具体实施方式如图1所示，至少包括排气头位移传感器5、试验用水压力传感器4、控制机构和油缸机构，其特征是所述的油缸机构包括两个活塞式空程移动油缸10、一个柱塞式平衡油缸9和油箱1 ，两个活塞式空程移动油缸10实现排气头8的空程移动， 一个柱塞式平衡油缸9实现排气头8的动态平衡控制；两个活塞式空程移动油缸10分布在柱塞式平衡油缸9的左右两侧；活塞式空程移动油缸10和柱塞式平衡油缸9均布置在排气头8的一侧。[0016] 控制机构包括高压油泵2、伺服阀或高频响比例阀3、充液阀7和PLC或计算机；伺服阀或高频响比例阀3的回油口连接油箱1，一个工作油口连接柱塞式平衡油缸9的柱塞腔；充液阀7的低压口连接油箱1、高压口连接柱塞式平衡油缸9的柱塞腔；高压油泵2吸油口连接油箱1、出油口与伺服阀或高频响比例阀3的供油口连接；PLC或计算机与高压油泵2、伺服阀或高频响比例阀3和充液阀7的电路控制系统连接。 控制机构控制两个活塞式空程移动油缸10实现排气头8的空程前进、后退和停止；排气头8空程移动过程中，充液阀7处于打开状态，实现油箱1内的油液快速流进柱塞式平衡油缸9，或柱塞式平衡油缸9内的油液快速流回油箱l。当排气头8到达密封工作位置后，两个活塞式空程移动油缸10对排气头8不再起任何控制作用，同时充液阀7也处于关闭状态。排气头8的受力平衡位置完全由高压油泵2控制伺服阀或高频响比例阀3对柱塞式平衡油缸9作用实现。 钢管试压过程中，伺服阀或高频响比例阀3的开口大小及油流方向通过电气控制单元进行控制，根据增加、维持或减少对柱塞式平衡油缸9的供油，或把柱塞式平衡油缸9内的多余油液排回油箱，实现钢管水压试验过程中排气头8的前进、后退和停止，控制排气头8受力状况的平衡，保证排气头8的位置处于设定的范围之内。 试验用水压力传感器4固定在试验用水的通道上，实时检测被试钢管内试验用水的压力大小。在排气头8上固定有排气头位移传感器5，用于实时检测排气头8的位移。钢管水压试验过程中，当排气头8由于受到被试钢管内试验用水向右的力的作用，产生向右的运动趋势。这个向右的作用力的大小及运动趋势随试验用水的压力大小而变化。使柱塞式平衡油缸9对排气头8及时"同步"提供一个与试验用水作用力相适应的向左的作用力，该作用力的大小及提供的"同步"性(即响应速度)将决定排气头8与被试钢管之间的相对位移。柱塞式平衡油缸9对排气头8提供的作用力的大小取决于柱塞式平衡油缸9内油液压力的大小及油缸的尺寸参数。柱塞式平衡油缸9安装有平衡油缸压力传感器6，用于检测柱塞式平衡油缸9内的实际油液压力大小(P实际)。 根据检测到的试验用水压力，电气PLC或计算机自动计算出所需的柱塞式平衡油
缸9内的油液压力(p^i)，并把该所需压力与平衡缸压力传感器6所检测的平衡油缸实际
压力值(P实,)进行比较，假设这两个压力值的差值为Ap = p实,-p所需。 当Ap = 0时，电气PLC或计算机将通过控制单元维持对伺服阀或高频响比例阀3
的开口大小及油流方向的控制状态，保持柱塞式平衡油缸9实际压力值与所需压力值相等
的状态。 当ApX)时，即柱塞式平衡油缸9的实际压力值大于所需的压力值。此时电气PLC或计算机将通过控制单元减小伺服阀或高频响比例阀3的开口大小或改变油流方向，通过伺服阀或高频响比例阀3减少对柱塞式平衡油缸9的供油，或把柱塞式平衡油缸9内多出的部分油液排回油箱，降低柱塞式平衡油缸9内的实际油液压力，使柱塞式平衡油缸9内的实际油液压力与所需的压力相等，即Ap = 0。 当Ap〈0时，即柱塞式平衡油缸9的实际压力值小于所需的压力值。此时电气PLC或计算机将通过控制单元增大伺服阀或高频响比例阀3的开口大小或改变油流方向，通过伺服阀或高频响比例阀3增加对柱塞式平衡油缸9的供油，提高柱塞式平衡油缸9内的实际油液压力，使柱塞式平衡油缸9内的实际油液压力与所需的压力相等，S卩Ap = 0。[0024] 由于系统检测及机构元件动作执行无法达到绝对"同步"，也即柱塞式平衡油缸9对排气头的作用力无法绝对同步于试验用水对排气头8的作用力，再加上实际尺寸及检测误差，排气头8总会产生相对于被试钢管的位置移动。该相对位置移动量As可以通过固定在排气头8上的排气头位移传感器5检测。 电气PLC或计算机根据排气头位移传感器5检测到的排气头8相对于被试钢管的位置移动大小及方向，S卩A s的数值及正负，通过控制伺服阀或高频响比例阀3的开口大小或改变油流方向，控制排气头8做使As为零的移动。进而控制排气头在整个试压过程相对于被试钢管的位移处于设定的范围之内。当试压过程出现意外情况，排气头相对于被试钢管的位移达到或超过设定的某一极限值时，控制系统将自动报警并中断钢管试压，防止排气头8从被试钢管上脱出，保证设备操作人员及设备自身安全。 活塞式空程移动油缸IO具体参数为①活塞直径①125mm;②活塞杆直径①90mm ;③油缸行程S = 1800mm。 柱塞式平衡油缸9具体参数为①柱塞直径①400mm ;②油缸行程S = 1800mm。
权利要求全液压伺服动态平衡排气头控制装置，至少包括排气头位移传感器(5)、试验用水压力传感器(4)、控制机构和油缸机构，其特征是所述的油缸机构包括两个活塞式空程移动油缸(10)、一个柱塞式平衡油缸(9)和油箱(1)，两个活塞式空程移动油缸(10)实现排气头(8)的空程移动，一个柱塞式平衡油缸(9)实现排气头(8)的动态平衡控制；两个活塞式空程移动油缸(10)分布在柱塞式平衡油缸(9)的左右两侧；活塞式空程移动油缸(10)和柱塞式平衡油缸(9)均布置在排气头(8)的一侧。
2. 根据权利要求1所述的全液压伺服动态平衡排气头控制装置，其特征是所述的控制机构包括高压油泵(2)、伺服阀或高频响比例阀(3)、充液阀(7)和PLC或计算机；伺服阀 或高频响比例阀(3)的回油口连接油箱(l)，一个工作油口连接柱塞式平衡油缸(9)的柱塞 腔；充液阀(7)的低压口连接油箱(1)、高压口连接柱塞式平衡油缸(9)的柱塞腔；高压油 泵(2)吸油口连接油箱(1)、出油口与伺服阀或高频响比例阀(3)的供油口连接；PLC或计 算机与高压油泵(2)、伺服阀或高频响比例阀(3)和充液阀(7)的电路控制系统连接。
3. 根据权利要求1所述的全液压伺服动态平衡排气头控制装置，其特征是所述的活 塞式空程移动油缸(10)具体参数为活塞直径为125mm ;活塞杆直径为90mm ;油缸行程为 1800mm。
4. 根据权利要求1所述的全液压伺服动态平衡排气头控制装置，其特征是所述的柱塞式平衡油缸(9)具体参数为柱塞直径为400mm ;油缸行程为1800mm。
专利摘要本实用新型涉及液压伺服控制技术的钢管水压试验机的排气头控制，特别是全液压伺服动态平衡排气头控制装置，包括排气头位移传感器、试验用水压力传感器、控制机构和油缸机构，其特征是所述的油缸机构包括两个活塞式空程移动油缸、一个柱塞式平衡油缸和油箱，两个活塞式空程移动油缸实现排气头的空程移动，一个柱塞式平衡油缸实现排气头的动态平衡控制；两个活塞式空程移动油缸分布在柱塞式平衡油缸的左右两侧；活塞式空程移动油缸和柱塞式平衡油缸均布置在排气头的一侧。它提供了一种响应速度快、控制精度高、性能安全可靠，设备故障率低、维护操作安全简便的全液压伺服动态平衡排气头控制装置。
文档编号F15B11/16GK201513398SQ200920309948
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者李培力, 杨大祥, 王冬梅 申请人:中国重型机械研究院有限公司