趙 輝，楊 帆，王金亮

（天津天管太鋼焊管有限公司，天津300000）

天津天管太鋼焊管有限公司的HFW355和HFW660兩條焊管生產(chǎn)線水壓機(jī)是由西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)制造的。其原理是通過(guò)控制液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力，控制密閉在焊管內(nèi)打壓液壓力變化，使之達(dá)到所需要的測(cè)試壓力，并以此來(lái)檢測(cè)鋼管所能承受的靜壓強(qiáng)度。ATOS比例溢流閥是水壓機(jī)電液控制系統(tǒng)的核心元件，其工作狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的檢測(cè)精度。因此，深入分析研究ATOS比例溢流閥的結(jié)構(gòu)形式及性能特點(diǎn)是提高設(shè)備精度、提高檢測(cè)精度及穩(wěn)定性的關(guān)鍵。該焊管生產(chǎn)線的水壓機(jī)上所安裝ATOS比例溢流閥型號(hào)為AGMZO-TERS-PS-32/315。

1 比例溢流閥

1.1 控制原理

圖1 比例溢流閥結(jié)構(gòu)圖

圖1所示為比例溢流閥結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)輸入一個(gè)電信號(hào)時(shí)，比例電磁鐵便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電磁力，它通過(guò)推桿和彈簧的作用，使錐閥接觸在閥座上，因此打開(kāi)螺旋輸送機(jī)的液壓力與電流成正比，形成一個(gè)比例先導(dǎo)壓力閥。孔a為主閥閥芯的阻尼孔，由先導(dǎo)式溢流閥工作原理，對(duì)溢流閥主閥閥芯上的受力分析可知，電液比例溢流閥進(jìn)口壓力的高低與輸人信號(hào)電流的大小成正比，即進(jìn)口油壓受輸入電磁鐵的電流大小控制。若輸入信號(hào)電流是連續(xù)地按比例或按一定程序變化，則比例溢流閥所調(diào)節(jié)的液壓系統(tǒng)壓力也連續(xù)地按比例或按一定程序地進(jìn)行變化。從而將手調(diào)溢流閥改為電信號(hào)控制。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)設(shè)備上大量使用的是Rexroth比例溢流閥DBEME30-3X/315YG24K4/V，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過(guò)其與ATOS比例溢流閥進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)ATOS比例溢流閥在閥體結(jié)構(gòu)方面具有以下特點(diǎn)。

圖2 Rexroth比例溢流閥結(jié)構(gòu)圖

1.2.1 緩沖式驅(qū)動(dòng)

ATOS比例溢流閥先導(dǎo)錐閥與推桿之間是采用彈簧緩沖式連接驅(qū)動(dòng)的，Rexroth先導(dǎo)錐閥與推桿之間是采用硬性無(wú)緩沖驅(qū)動(dòng)；兩者對(duì)比，前者的閥體結(jié)構(gòu)將能夠更好地吸收壓力波動(dòng)，使得比例閥具有更好的線性壓力曲線，而后者無(wú)需考慮彈簧使用壽命，從而使得比例閥有更長(zhǎng)的使用壽命。

1.2.2 先導(dǎo)油控制

ATOS比例溢流閥將先導(dǎo)油排入系統(tǒng)的T管，而Rexroth具有單獨(dú)的Y油口，可以將先導(dǎo)油獨(dú)立零壓的排回油箱；后者將比前者能夠更好地避免了T管憋壓對(duì)比例閥控制精度的影響，在液壓系統(tǒng)T管壓力波動(dòng)較大時(shí)，后者能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的壓力曲線。

1.2.3 自身閉環(huán)控制

ATOS比例溢流閥AGMZO-TERS-PS-32/315閥體自身帶有壓力傳感器和集成式數(shù)字放大器，自身實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，避免了比例閥受外置壓力傳感器的影響，大大提高了動(dòng)靜態(tài)性能。

2 比例閥的壓力曲線特性

ATOS比例溢流閥壓力曲線如圖3所示，Rexroth比例溢流閥DBEME30-3X/315YG24K4/V的壓力曲線如圖4所示，兩者相較可以看出Rexroth比例溢流閥的響應(yīng)死區(qū)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ATOS比例溢流閥，尤其在設(shè)定值0～25%的范圍內(nèi)。在線性曲線方面，ATOS比例溢流閥也好于Rexroth比例溢流閥。比例溢流閥作為鋼管試壓機(jī)的試驗(yàn)壓力控制的核心元件，死區(qū)的大小和線性曲線的好壞直接影響著整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定性和試壓精度；相比之下ATOS比例溢流閥更適合應(yīng)用于鋼管試壓機(jī)的控制系統(tǒng)。

圖3 ATOS比例溢流閥壓力曲線

圖4 Rexroth比例溢流閥壓力曲線

3 液壓系統(tǒng)分析

鋼管水壓機(jī)液壓系統(tǒng)控制原理如圖5所示。

圖5 水壓機(jī)液壓系統(tǒng)控制原理圖

當(dāng)待試壓的鋼管內(nèi)完成沖水排氣后，YA0201，YA0203和YA0206電磁閥得電，在液壓壓力的驅(qū)動(dòng)下增壓器開(kāi)始給試壓鋼管內(nèi)打壓液增壓；通過(guò)增壓缸的增壓比，根據(jù)鋼管所需的實(shí)驗(yàn)壓力，可計(jì)算出達(dá)到鋼管試驗(yàn)壓力所需的液壓壓力，將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化成比例閥的控制信號(hào)傳輸給比例閥，在達(dá)到試驗(yàn)壓力后，通過(guò)比例溢流閥溢流，保持液壓壓力恒定，實(shí)現(xiàn)增壓器油壓和水壓的平衡，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)保壓；試壓結(jié)束后，YA0202，YA0204和YA0205電磁閥得電，使增壓器后退，卸掉鋼管內(nèi)水壓。

4 故障分析及系統(tǒng)優(yōu)化

4.1 鋼管試壓壓力不足

鋼管試壓無(wú)壓力，檢測(cè)比例閥插頭處控制電壓是否符合要求，驅(qū)動(dòng)電壓24 V是否滿足。應(yīng)保證該比例閥的控制電壓在0～10 V之間，驅(qū)動(dòng)電壓在24～28 V之間，比例閥能夠穩(wěn)定的工作。

鋼管試壓壓力不足，如驅(qū)動(dòng)電壓和控制電流均正常，測(cè)試在增壓器前進(jìn)時(shí)，增壓缸大腔的壓力是否符合溢流閥控制線性曲線的參考值，如不符合，則檢查比例閥零位調(diào)整旋鈕是否松動(dòng)，如松動(dòng)則將其調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)位置；如不松動(dòng)，則更換新的比例閥進(jìn)行調(diào)試。

4.2 鋼管試壓壓力不穩(wěn)

試壓曲線出現(xiàn)高峰值后平穩(wěn)保壓；根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，為了減小和消除打壓過(guò)程中的系統(tǒng)沖擊，減少高峰值的出現(xiàn)，在系統(tǒng)插裝閥控制油路中加設(shè)了φ0.8 mm的阻尼。優(yōu)化打壓過(guò)程中大小液壓泵同時(shí)供壓，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，小泵單獨(dú)供壓的切換比例點(diǎn)應(yīng)低于85%。

5 ATOS參數(shù)及線性曲線優(yōu)化

AGMZO-TERS-PS-32/315比例閥采用集成式數(shù)字放大器，可采用電腦軟件對(duì)其參數(shù)及線性曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；運(yùn)用E-SW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件，通過(guò)sp-zm-7p通信電纜，可將比例閥和電腦連接起來(lái)，通過(guò)該軟件對(duì)其進(jìn)行參數(shù)及線性曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，補(bǔ)償比例閥機(jī)械結(jié)構(gòu)的老化，延長(zhǎng)閥的使用壽命。

圖6 控制軟件對(duì)起零點(diǎn)進(jìn)行電子補(bǔ)償曲線

比例閥經(jīng)長(zhǎng)期使用，閥芯出現(xiàn)磨損、控制彈簧出現(xiàn)疲勞損傷，比例閥的零位會(huì)出現(xiàn)不同程度偏差，會(huì)影響水壓機(jī)液壓系統(tǒng)控制?？赏ㄟ^(guò)ESW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件對(duì)起零點(diǎn)進(jìn)行電子補(bǔ)償（如圖6所示），來(lái)恢復(fù)其原有精度，保證水壓機(jī)試壓精度。當(dāng)比例閥被賦予較高控制電壓時(shí)，液壓系統(tǒng)瞬間會(huì)產(chǎn)生較大的峰值壓力，造成系統(tǒng)沖擊。沖擊會(huì)造成管路震動(dòng)加大，增大漏油隱患?？赏ㄟ^(guò)E-SW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件調(diào)整比例閥信號(hào)斜坡（如圖7所示），使比例閥更加平穩(wěn)地控制壓力，減少峰值壓力的沖擊。

圖7 控制軟件調(diào)整比例閥信號(hào)斜坡曲線

比例閥經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，閥芯出現(xiàn)磨損，控制彈簧出現(xiàn)疲勞損傷，比例閥的原有線性度會(huì)有所變化，實(shí)際線性曲線將偏離設(shè)計(jì)的線性曲線，導(dǎo)致控制偏差?？梢酝ㄟ^(guò)E-SW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件對(duì)比例閥進(jìn)行壓力線性度調(diào)整 （如圖8所示），消除線性偏差，保證閥的精度。

圖8 控制軟件對(duì)比例閥進(jìn)行壓力線性度調(diào)整

6 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò) 分析研究ATOS比例溢流閥的結(jié)構(gòu)形式及性能特點(diǎn)，掌握比例閥的維護(hù)使用技巧，能夠更好地保障天津天管太鋼焊管有限公司的HFW355和HFW660兩條焊管生產(chǎn)線水壓機(jī)的檢測(cè)精度及試壓穩(wěn)定性，提高設(shè)備生產(chǎn)率，降低故障時(shí)間。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．第 3 版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［2］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備與維修工程分會(huì).液壓與氣動(dòng)設(shè)備維修問(wèn)答［M］.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］許益民.電液比例控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［4］李壯云.液壓元件與系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［5］左建民.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［6］張利平.液壓閥原理、使用與維護(hù)［M］.第 2 版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［7］王益群，高殿榮.液壓工程師技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［8］李萬(wàn)莉.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.

［9］陸望龍.液壓維修 1000問(wèn)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［10］秦大同.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）：液壓傳動(dòng)與控制設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.