專利名稱：全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及液壓伺服控制技術(shù)的鋼管水壓試驗機的排氣頭控制，特別是全液
壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置。
背景技術(shù)：
鋼管水壓試驗機的排氣頭是鋼管水壓試驗機的一個重要部件，其主要功用是①根據(jù)被試鋼管外徑規(guī)格，安裝相應(yīng)的試壓模具及試壓專用密封圈，實現(xiàn)被試鋼管排氣頭端試驗用水的密封；②通過控制安裝于排氣頭上的排氣閥的動作，實現(xiàn)被試鋼管內(nèi)空氣及時排除，保證試壓用水充填充分及試壓過程安全進行。 排氣頭必須能夠沿被試鋼管長度方向在鋼管上料出料位置和試壓位置之間前后移動，以便被試鋼管上料出料并滿足不同長度鋼管試壓的需要，實現(xiàn)鋼管試壓過程高效連續(xù)進行。 現(xiàn)有鋼管水壓試驗機排氣頭的移動，一般采用液壓馬達或電動機驅(qū)動絲杠螺母機構(gòu)實現(xiàn)，并由絲杠螺母承受試壓過程試驗用水對排氣頭的作用力。試驗用水壓力的急劇變化及試壓過程鋼管的形變極易造成絲杠與螺母抱死，一旦出現(xiàn)該種現(xiàn)象，不但被試鋼管內(nèi)的高壓試驗水無法安全卸壓，而且脫開抱死的絲杠與螺母十分困難，無法實現(xiàn)鋼管水壓試驗機的安全生產(chǎn)及便利維護。 鑒于該種狀況，最新的鋼管水壓試驗機排氣頭移動有改用油缸驅(qū)動的，但新設(shè)備中的油缸僅用于實現(xiàn)排氣頭在鋼管上料出料位置和密封工作位置之間的移動。鋼管試壓過程中，通過切斷油缸的進、排油通路，依靠油缸內(nèi)密閉的油液的彈性變形力來平衡試驗用水對排氣頭的作用力，而不再對排氣頭的實際位置變化做任何控制。由于油缸及其進、排油通路無法達到絕對密封，而且油缸內(nèi)可能混有空氣，這就會造成試壓前期油缸提供的平衡力不足，出現(xiàn)排氣頭較大幅度的退讓現(xiàn)象，加劇了鋼管與試壓專用密封圈間的相對摩擦，降低了密封圈的使用壽命，增加了設(shè)備維護及生產(chǎn)成本。當(dāng)排氣頭退讓嚴重時甚至?xí)霈F(xiàn)試壓密封圈脫開被試鋼管而造成安全生產(chǎn)事故。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種響應(yīng)速度快、控制精度高、性能安全可靠，設(shè)備故障率低、維護操作安全簡便的全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置。 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置，至少包括排氣頭位移傳感器、試驗用水壓力傳感器、控制機構(gòu)和油缸機構(gòu)，其特征是所述的油缸機構(gòu)包括兩個活塞式空程移動油缸、一個柱塞式平衡油缸和油箱，兩個活塞式空程移動油缸實現(xiàn)排氣頭的空程移動， 一個柱塞式平衡油缸實現(xiàn)排氣頭的動態(tài)平衡控制；兩個活塞式空程移動油缸分布在柱塞式平衡油缸的左右兩側(cè)；活塞式空程移動油缸和柱塞式平衡油缸均布置在排氣頭的一側(cè)。 所述的控制機構(gòu)包括高壓油泵、伺服閥或高頻響比例閥、充液閥和PLC或計算機；
3伺服閥或高頻響比例閥的回油口連接油箱，一個工作油口連接柱塞式平衡油缸的柱塞腔；充液閥的低壓口連接油箱、高壓口連接柱塞式平衡油缸的柱塞腔；高壓油泵吸油口連接油箱、出油口與伺服閥或高頻響比例閥的供油口連接；PLC或計算機與高壓油泵、伺服閥或高頻響比例閥和充液閥的電路控制系統(tǒng)連接。 所述的活塞式空程移動油缸具體參數(shù)為活塞直徑為125mm ;活塞桿直徑為90mm ;油缸行程為1800mm。 所述的柱塞式平衡油缸具體參數(shù)為柱塞直徑為400mm ;油缸行程為1800mm。[0011] 本實用新型的優(yōu)點是通過動態(tài)平衡排氣頭因被試鋼管內(nèi)水壓變化及鋼管形變所引起的受力狀況和位置的變化，控制被試鋼管排氣頭端高壓水密封與鋼管相對位置處于設(shè)定的范圍之內(nèi)，保證排氣頭端高壓水密封的使用壽命及鋼管水壓試驗過程的安全進行。該系統(tǒng)的特點是控制技術(shù)先進、系統(tǒng)響應(yīng)速度快、性能安全可靠。最突出的優(yōu)點是設(shè)備故障率低、維護操作安全簡便。

下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型作進一步說明[0013] 圖1是本實用新型實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、油箱；2、高壓油泵；3、伺服閥或高頻響比例閥；4、試驗用水壓力傳感器；5、排氣頭位移傳感器；6、平衡油缸壓力傳感器；7、充液閥；8、排氣頭；9、柱塞式平衡油缸；10、活塞式空程移動油缸。
具體實施方式如圖1所示，至少包括排氣頭位移傳感器5、試驗用水壓力傳感器4、控制機構(gòu)和油缸機構(gòu)，其特征是所述的油缸機構(gòu)包括兩個活塞式空程移動油缸10、一個柱塞式平衡油缸9和油箱1 ，兩個活塞式空程移動油缸10實現(xiàn)排氣頭8的空程移動， 一個柱塞式平衡油缸9實現(xiàn)排氣頭8的動態(tài)平衡控制；兩個活塞式空程移動油缸10分布在柱塞式平衡油缸9的左右兩側(cè)；活塞式空程移動油缸10和柱塞式平衡油缸9均布置在排氣頭8的一側(cè)。[0016] 控制機構(gòu)包括高壓油泵2、伺服閥或高頻響比例閥3、充液閥7和PLC或計算機；伺服閥或高頻響比例閥3的回油口連接油箱1，一個工作油口連接柱塞式平衡油缸9的柱塞腔；充液閥7的低壓口連接油箱1、高壓口連接柱塞式平衡油缸9的柱塞腔；高壓油泵2吸油口連接油箱1、出油口與伺服閥或高頻響比例閥3的供油口連接；PLC或計算機與高壓油泵2、伺服閥或高頻響比例閥3和充液閥7的電路控制系統(tǒng)連接。 控制機構(gòu)控制兩個活塞式空程移動油缸10實現(xiàn)排氣頭8的空程前進、后退和停止；排氣頭8空程移動過程中，充液閥7處于打開狀態(tài)，實現(xiàn)油箱1內(nèi)的油液快速流進柱塞式平衡油缸9，或柱塞式平衡油缸9內(nèi)的油液快速流回油箱l。當(dāng)排氣頭8到達密封工作位置后，兩個活塞式空程移動油缸10對排氣頭8不再起任何控制作用，同時充液閥7也處于關(guān)閉狀態(tài)。排氣頭8的受力平衡位置完全由高壓油泵2控制伺服閥或高頻響比例閥3對柱塞式平衡油缸9作用實現(xiàn)。 鋼管試壓過程中，伺服閥或高頻響比例閥3的開口大小及油流方向通過電氣控制單元進行控制，根據(jù)增加、維持或減少對柱塞式平衡油缸9的供油，或把柱塞式平衡油缸9內(nèi)的多余油液排回油箱，實現(xiàn)鋼管水壓試驗過程中排氣頭8的前進、后退和停止，控制排氣頭8受力狀況的平衡，保證排氣頭8的位置處于設(shè)定的范圍之內(nèi)。 試驗用水壓力傳感器4固定在試驗用水的通道上，實時檢測被試鋼管內(nèi)試驗用水的壓力大小。在排氣頭8上固定有排氣頭位移傳感器5，用于實時檢測排氣頭8的位移。鋼管水壓試驗過程中，當(dāng)排氣頭8由于受到被試鋼管內(nèi)試驗用水向右的力的作用，產(chǎn)生向右的運動趨勢。這個向右的作用力的大小及運動趨勢隨試驗用水的壓力大小而變化。使柱塞式平衡油缸9對排氣頭8及時"同步"提供一個與試驗用水作用力相適應(yīng)的向左的作用力，該作用力的大小及提供的"同步"性(即響應(yīng)速度)將決定排氣頭8與被試鋼管之間的相對位移。柱塞式平衡油缸9對排氣頭8提供的作用力的大小取決于柱塞式平衡油缸9內(nèi)油液壓力的大小及油缸的尺寸參數(shù)。柱塞式平衡油缸9安裝有平衡油缸壓力傳感器6，用于檢測柱塞式平衡油缸9內(nèi)的實際油液壓力大小(P實際)。 根據(jù)檢測到的試驗用水壓力，電氣PLC或計算機自動計算出所需的柱塞式平衡油
缸9內(nèi)的油液壓力(p^i)，并把該所需壓力與平衡缸壓力傳感器6所檢測的平衡油缸實際
壓力值(P實,)進行比較，假設(shè)這兩個壓力值的差值為Ap = p實,-p所需。 當(dāng)Ap = 0時，電氣PLC或計算機將通過控制單元維持對伺服閥或高頻響比例閥3
的開口大小及油流方向的控制狀態(tài)，保持柱塞式平衡油缸9實際壓力值與所需壓力值相等
的狀態(tài)。 當(dāng)ApX)時，即柱塞式平衡油缸9的實際壓力值大于所需的壓力值。此時電氣PLC或計算機將通過控制單元減小伺服閥或高頻響比例閥3的開口大小或改變油流方向，通過伺服閥或高頻響比例閥3減少對柱塞式平衡油缸9的供油，或把柱塞式平衡油缸9內(nèi)多出的部分油液排回油箱，降低柱塞式平衡油缸9內(nèi)的實際油液壓力，使柱塞式平衡油缸9內(nèi)的實際油液壓力與所需的壓力相等，即Ap = 0。 當(dāng)Ap〈0時，即柱塞式平衡油缸9的實際壓力值小于所需的壓力值。此時電氣PLC或計算機將通過控制單元增大伺服閥或高頻響比例閥3的開口大小或改變油流方向，通過伺服閥或高頻響比例閥3增加對柱塞式平衡油缸9的供油，提高柱塞式平衡油缸9內(nèi)的實際油液壓力，使柱塞式平衡油缸9內(nèi)的實際油液壓力與所需的壓力相等，S卩Ap = 0。[0024] 由于系統(tǒng)檢測及機構(gòu)元件動作執(zhí)行無法達到絕對"同步"，也即柱塞式平衡油缸9對排氣頭的作用力無法絕對同步于試驗用水對排氣頭8的作用力，再加上實際尺寸及檢測誤差，排氣頭8總會產(chǎn)生相對于被試鋼管的位置移動。該相對位置移動量As可以通過固定在排氣頭8上的排氣頭位移傳感器5檢測。 電氣PLC或計算機根據(jù)排氣頭位移傳感器5檢測到的排氣頭8相對于被試鋼管的位置移動大小及方向，S卩A s的數(shù)值及正負，通過控制伺服閥或高頻響比例閥3的開口大小或改變油流方向，控制排氣頭8做使As為零的移動。進而控制排氣頭在整個試壓過程相對于被試鋼管的位移處于設(shè)定的范圍之內(nèi)。當(dāng)試壓過程出現(xiàn)意外情況，排氣頭相對于被試鋼管的位移達到或超過設(shè)定的某一極限值時，控制系統(tǒng)將自動報警并中斷鋼管試壓，防止排氣頭8從被試鋼管上脫出，保證設(shè)備操作人員及設(shè)備自身安全。 活塞式空程移動油缸IO具體參數(shù)為①活塞直徑①125mm;②活塞桿直徑①90mm ;③油缸行程S = 1800mm。 柱塞式平衡油缸9具體參數(shù)為①柱塞直徑①400mm ;②油缸行程S = 1800mm。
權(quán)利要求全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置，至少包括排氣頭位移傳感器(5)、試驗用水壓力傳感器(4)、控制機構(gòu)和油缸機構(gòu)，其特征是所述的油缸機構(gòu)包括兩個活塞式空程移動油缸(10)、一個柱塞式平衡油缸(9)和油箱(1)，兩個活塞式空程移動油缸(10)實現(xiàn)排氣頭(8)的空程移動，一個柱塞式平衡油缸(9)實現(xiàn)排氣頭(8)的動態(tài)平衡控制；兩個活塞式空程移動油缸(10)分布在柱塞式平衡油缸(9)的左右兩側(cè)；活塞式空程移動油缸(10)和柱塞式平衡油缸(9)均布置在排氣頭(8)的一側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置，其特征是所述的控制機構(gòu)包括高壓油泵(2)、伺服閥或高頻響比例閥(3)、充液閥(7)和PLC或計算機；伺服閥 或高頻響比例閥(3)的回油口連接油箱(l)，一個工作油口連接柱塞式平衡油缸(9)的柱塞 腔；充液閥(7)的低壓口連接油箱(1)、高壓口連接柱塞式平衡油缸(9)的柱塞腔；高壓油 泵(2)吸油口連接油箱(1)、出油口與伺服閥或高頻響比例閥(3)的供油口連接；PLC或計 算機與高壓油泵(2)、伺服閥或高頻響比例閥(3)和充液閥(7)的電路控制系統(tǒng)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置，其特征是所述的活 塞式空程移動油缸(10)具體參數(shù)為活塞直徑為125mm ;活塞桿直徑為90mm ;油缸行程為 1800mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置，其特征是所述的柱塞式平衡油缸(9)具體參數(shù)為柱塞直徑為400mm ;油缸行程為1800mm。
專利摘要本實用新型涉及液壓伺服控制技術(shù)的鋼管水壓試驗機的排氣頭控制，特別是全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置，包括排氣頭位移傳感器、試驗用水壓力傳感器、控制機構(gòu)和油缸機構(gòu)，其特征是所述的油缸機構(gòu)包括兩個活塞式空程移動油缸、一個柱塞式平衡油缸和油箱，兩個活塞式空程移動油缸實現(xiàn)排氣頭的空程移動，一個柱塞式平衡油缸實現(xiàn)排氣頭的動態(tài)平衡控制；兩個活塞式空程移動油缸分布在柱塞式平衡油缸的左右兩側(cè)；活塞式空程移動油缸和柱塞式平衡油缸均布置在排氣頭的一側(cè)。它提供了一種響應(yīng)速度快、控制精度高、性能安全可靠，設(shè)備故障率低、維護操作安全簡便的全液壓伺服動態(tài)平衡排氣頭控制裝置。
文檔編號F15B11/16GK201513398SQ200920309948
公開日2010年6月23日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者李培力, 楊大祥, 王冬梅 申請人:中國重型機械研究院有限公司