2.8　钢管水压试验机夹紧装置液压系统

2.8.1　主机功能结构

钢管夹紧装置是钢管水压试验机中一个非常重要的独立机构，用于整个试压过程中夹紧钢管，对钢管起着极为重要的保护作用。液压传动的钢管夹紧装置结构如图2-17所示，上、下夹紧夹具3、4分别由上、下夹紧液压缸1、2传动。上、下夹紧夹具分别安装在上、下夹紧液压缸的活塞杆头部，上夹紧液压缸1安装在上横梁5上，下夹紧液压缸安装于基座6上。

图2-17　液压传动的钢管夹紧装置结构简图

1—上夹紧液压缸；2—下夹紧液压缸；3—上夹紧夹具；4—下夹紧夹具；5—上横梁；6—基座

在对钢管试压时，钢管内部冲洗完毕，移送装置将被试钢管移送到水压试验机试验区域，提升装置托起钢管至试压中心线位置，由带密封的前后压头密封钢管端部并压紧。此时位于钢管中部的夹紧装置需夹紧钢管，即上、下夹紧液压缸活塞杆分别向下和向上伸出，由两液压缸活塞杆头部所安装的V形夹具将钢管夹紧。钢管被夹紧后，提升装置下降复位。钢管中开始充入低压水，同时排气阀排气；待低压水充满钢管，排气完成后，将钢管内水压增压至试验压力，并保压。钢管试压完毕，提升装置升起托住钢管，钢管内水压卸压，前后压头后退复位，此时夹紧装置才能松开，即上、下夹紧液压缸活塞杆缩回至上位和下位。提升装置下降复位，钢管被放至横移装置上，完成钢管试压。可见，在钢管在充水、增压、保压全过程中，夹紧钢管起着安全保护作用。

2.8.2　液压系统原理及其缺陷

夹紧装置的液压系统原理如图2-18所示。系统的执行元件为上、下夹紧液压缸1和2，二液压回路独立，可分别调整，也可同时工作。分别调整减压阀9和10的出口压力，使其满足夹紧要求；分别调整单向节流阀的开口度，以控制上下夹紧液压缸的运行速度。夹紧装置在接收到夹紧钢管指令时，二位四通电磁换向阀7和换向阀8同时通电，由油路P提供的压力油经减压阀9、阀7、阀5中的右侧单向阀进入上夹紧缸1的无杆腔，同时压力油经减压阀10、阀8、阀6的右侧单向阀进入下夹紧缸2的无杆腔，上、下夹紧液压缸的活塞杆分别带动夹具3和4向钢管中心线方向运动，至夹紧钢管时，压力继电器11发信，系统开始保压。在保压过程中，换向阀7和8必须一直处于通电状态。只有当夹紧装置接收到松开钢管指令时，换向阀7和换向阀8才能同时失电，上、下夹紧液压缸分别带动夹具3和4背离钢管中心线运行，直至二液压缸复位，压力继电器11的夹紧压力信号消失。图2-18所示状态为夹紧装置松开状态。

图2-18　钢管夹紧装置的液压系统原理

1—上夹紧液压缸；2—下夹紧液压缸；3—上夹紧夹具；4—下夹紧夹具；5，6—双单向节流阀；7，8—二位四通电磁换向阀；9，10—减压阀；11—压力继电器

该系统存在如下缺陷：一是换向阀7和换向阀8为二位四通弹簧复位式电磁换向阀，液压缸每次只能运行满行程，在行程中间无停顿功能，给设备调试带来不便；二是钢管在夹紧过程中，换向阀7和换向阀8的电磁铁必须一直保持通电状态，若因故断电，夹紧装置将松开试压钢管，可能引起事故发生；三是钢管在试压保压过程中，可能出现变形，引起夹紧液压缸中油压力的增高，使液压缸的连接油管破裂。所以用户常常闲置此夹紧装置不用，因而失去了钢管试压过程中的安全保护作用。

2.8.3　改进后液压系统原理及其特点

由于钢管试压过程中，钢管中压力很高（有的高达50MPa），如果无夹紧装置的保护，前后压头松动时，钢管会脱离试压工位，发生事故。可见夹紧装置在试压过程中起到了非常重要的安全保护作用。为此，将夹紧装置的液压系统进行如下改进。

上、下夹紧液压缸中安装位移传感器，在系统中将原系统控制液压缸运行方向的电磁换向阀7和8分别更换为电液比例方向阀，并增加了电磁溢流阀、液控单向阀，压力继电器增加模拟输出信号，取消了单向节流阀。改进后的液压系统原理如图2-19所示。上夹紧液压缸1的控制回路由电磁溢流阀9、液控单向阀11、减压阀5、三位四通电液比例方向阀13等控制阀组成；下夹紧液压缸2控制回路由溢流阀10、液控单向阀12、三位四通电液比例方向阀14、压力继电器6及控制阀组成。系统工作原理如下。

图2-19　改进后钢管夹紧装置液压系统原理

1—上夹紧液压缸；2—下夹紧液压缸；3—上夹紧夹具；4—下夹紧夹具；5—减压阀；6—压力继电器；7，8—位移传感器；9—电磁溢流阀；10—溢流阀；11，12—液控单向阀；13，14—三位四通电液比例方向阀

在夹紧装置接收到夹紧钢管指令时，比例方向阀13的右侧电磁铁被输入一定数值的正向输入电流，从油路P供来的压力油经比例方向阀13、减压阀5、电磁溢流阀9进入上夹紧缸1的无杆腔，同时反向导通单向节流阀11，推动上夹紧夹具3向钢管中心线方向运行，有杆腔油液经阀11和阀13排回油箱；同时，比例方向阀14的左侧电磁铁被输入一定数值的正向输入电流，从油路P供来的压力油经过液控单向阀12进入下夹紧液压缸2的无杆腔，推动下夹紧夹具4向钢管中心线方向运行，有杆腔油液经比例方向阀14流回油箱。上、下夹紧液压缸分别受其上安装的位置传感器7和8控制，将在某一特定位置停止，上下夹紧夹具将钢管夹紧在试压中心线上，压力继电器传输夹紧信号给PLC，比例方向阀接收信号处于零位，不再有电流输入。此时液控单向阀11和12将夹紧夹具锁定在夹紧位置。如果在试压保压过程中，钢管变形引起的液压缸中压力升高，电磁溢流阀9和溢流阀10将开启溢流。

按工艺控制要求夹紧装置松开时，比例方向阀13的左侧电磁铁被输入一定数值的反向输入电流且电磁溢流阀9通电，压力油经比例方向阀13和液控单向阀11进入上夹紧缸1的有杆腔，推动上夹紧夹具3背离钢管中心线方向运行，无杆腔油液经电磁溢流阀9排回油箱；同时，比例方向阀14的右侧电磁铁被输入一定数值的反向输入电流，压力油经过比例方向阀14，进入下夹紧液压缸2的有杆腔，同时反向导通液控单向阀12，推动下夹紧夹具4背离钢管中心线方向运行，无杆腔油液经阀12和阀14排回油箱。夹紧装置松开钢管，上下夹具分别返回其指定位置。

改进后液压系统具有以下特点。

①液压缸上增设位移传感器，与比例方向阀配合使用，可使液压缸任意时刻停留于任意位置，停位精确，调节更方便，缩短调节时间，提高了生产效率。

②系统中增加的溢流阀和电磁溢流阀，可有效防止钢管试压保压过程中液压缸中压力的突然增高，保护了液压及元件。

③液压系统中增设的液控单向阀，能可靠封堵保持钢管在试压保压过程中液压缸高压腔的油液，实现钢管可靠夹紧，起到了安全保护作用。

④压力继电器的模拟输出信号，有利于现场夹紧压力信号的采集与传输，更有利于整个钢管试压过程的控制。