水压试管机液压控制方案研究

　　水压试管机被广泛应用于螺焊管、无缝钢管的生产过程中，而水压试管机在对钢管试压时，对排气头和钢管之间的相对位移量的控制是至关重要的。 目前国内外生产的水压试管机均采用压力控制的方法来控制它们的相对位移量，其中水压试管机中的排气头由液压系统控制， 而钢管试压用水加压，排气头和钢管之间用密封件密封，为保证排气头与钢管之间的相对位移不超过允许范围，控制排气头的液压力必须能够及时平衡被测试钢管中的水压力，由于钢管试压时水压有一个加压、保压及泄压的变化过程，相应的控制排气头的液压系统要跟随这个水压的变化过程，从而保护排气头中的密封件不被损坏，提高整个机组的生产效率，同时也保证钢管试压时的安全[1]。 但是水压试管机采用的液压控制方案不同及设计参数不同，对控制效果影响很大。 目前，水压试管机的设计多仿效国外或凭经验设计，国内有关的研究主要针对密封及液压系统的改进[2-4]，但对液压控制系统的特性缺乏理论分析。 本文对水压试管机的液压系统进行了仿真，而且对几种设计方案及设计参数进行了研究，为水压试管机设计提供了理论依据。

　　1 排气头平衡及密封原理

　　图 1 中，p水为进入被试钢管的试验水压， 该压力作用到移动端，对排气头产生轴向推力 F水，液压缸作用在排气头的力为 F液。 水压力由水泵提供，液压缸的压力由液压泵提供，理想情况下，以上两个力保持以下关系：

　　这样，排气头与钢管没有任何相对移动，密封圈处的摩擦力为 0，密封圈工作于理想状态。 但在实际情况中，液压缸的工作压力 p液是随水压 p水的变化而动态调整的，尤其是当水压上升和下降速度很快时，式(1)很难始终成立，即动态过程中会出现ΔF≠0，导致密封圈处产生摩擦力 FV。 若 ΔF＜FV，虽然有摩擦力， 但排气头与钢管件没有相对移动，工作正常，一旦 ΔF＜FV，排气头受力不平衡，与被试管件产生相对运动，必然破坏密封圈并无法密封。

　　由于密封件有一定的弹性，因此，目前国内实际工作中的水压试管机一般要求排气头的相对位移量在 2mm 以内，即要求液压控制系统要保证排气头的相对位移小于 2mm。

　　2 排气头移动缸对系统的影响

　　如图 2 所示，目前，水压试管机采用的液压控制方案为：第一种试压过程中只用排气头平衡缸来平衡排气头的水压力，即排气头移动缸两腔均接油箱。 第二种试压过程中排气头移动缸有杆腔接恒压，无杆腔接油箱，平衡缸和移动缸共同作用来平衡排气头的水压力。