ATOS 比例溢流閥在鋼管水壓試驗機中的應用

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)線水壓機是由西安重型機械研究所設計制造的。其原理是通過控制液壓系統(tǒng)中液壓油的壓力，控制密閉在焊管內(nèi)打壓液壓力變化，使之達到所需要的測試壓力，并以此來檢測鋼管所能承受的靜壓強度。ATOS比例溢流閥是水壓機電液控制系統(tǒng)的核心元件，其工作狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的檢測精度。因此，深入分析研究ATOS比例溢流閥的結構形式及性能特點是提高設備精度、提高檢測精度及穩(wěn)定性的關鍵。該焊管生產(chǎn)線的水壓機上所安裝ATOS比例溢流閥型號為AGMZO-TERS-PS-32/315。

1 比例溢流閥

1.1 控制原理

圖1 比例溢流閥結構圖

圖1所示為比例溢流閥結構圖。當輸入一個電信號時，比例電磁鐵便產(chǎn)生一個相應的電磁力，它通過推桿和彈簧的作用，使錐閥接觸在閥座上，因此打開螺旋輸送機的液壓力與電流成正比，形成一個比例先導壓力閥。孔a為主閥閥芯的阻尼孔，由先導式溢流閥工作原理，對溢流閥主閥閥芯上的受力分析可知，電液比例溢流閥進口壓力的高低與輸人信號電流的大小成正比，即進口油壓受輸入電磁鐵的電流大小控制。若輸入信號電流是連續(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行變化。從而將手調(diào)溢流閥改為電信號控制。

1.2 結構特點

目前國內(nèi)設備上大量使用的是Rexroth比例溢流閥DBEME30-3X/315YG24K4/V，其結構如圖2所示。通過其與ATOS比例溢流閥進行比較，可發(fā)現(xiàn)ATOS比例溢流閥在閥體結構方面具有以下特點。

圖2 Rexroth比例溢流閥結構圖

1.2.1 緩沖式驅(qū)動

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

1.2.2 先導油控制

ATOS比例溢流閥將先導油排入系統(tǒng)的T管，而Rexroth具有單獨的Y油口，可以將先導油獨立零壓的排回油箱；后者將比前者能夠更好地避免了T管憋壓對比例閥控制精度的影響，在液壓系統(tǒng)T管壓力波動較大時，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比例溢流閥的響應死區(qū)范圍遠遠大于ATOS比例溢流閥，尤其在設定值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的試驗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設備的穩(wěn)定性和試壓精度；相比之下ATOS比例溢流閥更適合應用于鋼管試壓機的控制系統(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

鋼管水壓機液壓系統(tǒng)控制原理如圖5所示。

圖5 水壓機液壓系統(tǒng)控制原理圖

當待試壓的鋼管內(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)動下增壓器開始給試壓鋼管內(nèi)打壓液增壓；通過增壓缸的增壓比，根據(jù)鋼管所需的實驗壓力，可計算出達到鋼管試驗壓力所需的液壓壓力，將計算結果轉化成比例閥的控制信號傳輸給比例閥，在達到試驗壓力后，通過比例溢流閥溢流，保持液壓壓力恒定，實現(xiàn)增壓器油壓和水壓的平衡，實現(xiàn)平穩(wěn)保壓；試壓結束后，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

鋼管試壓無壓力，檢測比例閥插頭處控制電壓是否符合要求，驅(qū)動電壓24 V是否滿足。應保證該比例閥的控制電壓在0～10 V之間，驅(qū)動電壓在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)動電壓和控制電流均正常，測試在增壓器前進時，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，如松動則將其調(diào)整到標準位置；如不松動，則更換新的比例閥進行調(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)實際工作經(jīng)驗，為了減小和消除打壓過程中的系統(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了φ0.8 mm的阻尼。優(yōu)化打壓過程中大小液壓泵同時供壓，根據(jù)實際工作經(jīng)驗，小泵單獨供壓的切換比例點應低于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，可采用電腦軟件對其參數(shù)及線性曲線進行優(yōu)化調(diào)整；運用E-SW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件，通過sp-zm-7p通信電纜，可將比例閥和電腦連接起來，通過該軟件對其進行參數(shù)及線性曲線進行優(yōu)化調(diào)整，補償比例閥機械結構的老化，延長閥的使用壽命。

圖6 控制軟件對起零點進行電子補償曲線

比例閥經(jīng)長期使用，閥芯出現(xiàn)磨損、控制彈簧出現(xiàn)疲勞損傷，比例閥的零位會出現(xiàn)不同程度偏差，會影響水壓機液壓系統(tǒng)控制。可通過ESW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件對起零點進行電子補償（如圖6所示），來恢復其原有精度，保證水壓機試壓精度。當比例閥被賦予較高控制電壓時，液壓系統(tǒng)瞬間會產(chǎn)生較大的峰值壓力，造成系統(tǒng)沖擊。沖擊會造成管路震動加大，增大漏油隱患。可通過E-SW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件調(diào)整比例閥信號斜坡（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)整比例閥信號斜坡曲線

比例閥經(jīng)過長期使用，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有所變化，實際線性曲線將偏離設計的線性曲線，導致控制偏差。可以通過E-SW-PS ATOS比例溢流閥控制軟件對比例閥進行壓力線性度調(diào)整 （如圖8所示），消除線性偏差，保證閥的精度。

圖8 控制軟件對比例閥進行壓力線性度調(diào)整

6 結 語

經(jīng)過 分析研究ATOS比例溢流閥的結構形式及性能特點，掌握比例閥的維護使用技巧，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)線水壓機的檢測精度及試壓穩(wěn)定性，提高設備生產(chǎn)率，降低故障時間。

［1］成大先.機械設計手冊［M］．第 3 版.北京：化學工業(yè)出版社，2010.

［2］中國機械工程學會設備與維修工程分會.液壓與氣動設備維修問答［M］.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

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

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

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

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

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

［8］李萬莉.工程機械液壓系統(tǒng)設計［M］.上海：同濟大學出版社，2011.

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

［10］秦大同.現(xiàn)代機械設計手冊（單行本）：液壓傳動與控制設計［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2013.