ATOS 比例溢流阀在钢管水压试验机中的应用

2014-01-23王金亮

焊管 2014年7期

赵辉，杨帆，王金亮

（天津天管太钢焊管有限公司，天津300000）

天津天管太钢焊管有限公司的HFW355和HFW660两条焊管生产线水压机是由西安重型机械研究所设计制造的。其原理是通过控制液压系统中液压油的压力，控制密闭在焊管内打压液压力变化，使之达到所需要的测试压力，并以此来检测钢管所能承受的静压强度。ATOS比例溢流阀是水压机电液控制系统的核心元件，其工作状态直接影响系统的检测精度。因此，深入分析研究ATOS比例溢流阀的结构形式及性能特点是提高设备精度、提高检测精度及稳定性的关键。该焊管生产线的水压机上所安装ATOS比例溢流阀型号为AGMZO-TERS-PS-32/315。

1 比例溢流阀

1.1 控制原理

图1 比例溢流阀结构图

图1所示为比例溢流阀结构图。当输入一个电信号时，比例电磁铁便产生一个相应的电磁力，它通过推杆和弹簧的作用，使锥阀接触在阀座上，因此打开螺旋输送机的液压力与电流成正比，形成一个比例先导压力阀。孔a为主阀阀芯的阻尼孔，由先导式溢流阀工作原理，对溢流阀主阀阀芯上的受力分析可知，电液比例溢流阀进口压力的高低与输人信号电流的大小成正比，即进口油压受输入电磁铁的电流大小控制。若输入信号电流是连续地按比例或按一定程序变化，则比例溢流阀所调节的液压系统压力也连续地按比例或按一定程序地进行变化。从而将手调溢流阀改为电信号控制。

1.2 结构特点

目前国内设备上大量使用的是Rexroth比例溢流阀DBEME30-3X/315YG24K4/V，其结构如图2所示。通过其与ATOS比例溢流阀进行比较，可发现ATOS比例溢流阀在阀体结构方面具有以下特点。

图2 Rexroth比例溢流阀结构图

1.2.1 缓冲式驱动

ATOS比例溢流阀先导锥阀与推杆之间是采用弹簧缓冲式连接驱动的，Rexroth先导锥阀与推杆之间是采用硬性无缓冲驱动；两者对比，前者的阀体结构将能够更好地吸收压力波动，使得比例阀具有更好的线性压力曲线，而后者无需考虑弹簧使用寿命，从而使得比例阀有更长的使用寿命。

1.2.2 先导油控制

ATOS比例溢流阀将先导油排入系统的T管，而Rexroth具有单独的Y油口，可以将先导油独立零压的排回油箱；后者将比前者能够更好地避免了T管憋压对比例阀控制精度的影响，在液压系统T管压力波动较大时，后者能够实现稳定的压力曲线。

1.2.3 自身闭环控制

ATOS比例溢流阀AGMZO-TERS-PS-32/315阀体自身带有压力传感器和集成式数字放大器，自身实现闭环控制，避免了比例阀受外置压力传感器的影响，大大提高了动静态性能。

2 比例阀的压力曲线特性

ATOS比例溢流阀压力曲线如图3所示，Rexroth比例溢流阀DBEME30-3X/315YG24K4/V的压力曲线如图4所示，两者相较可以看出Rexroth比例溢流阀的响应死区范围远远大于ATOS比例溢流阀，尤其在设定值0～25%的范围内。在线性曲线方面，ATOS比例溢流阀也好于Rexroth比例溢流阀。比例溢流阀作为钢管试压机的试验压力控制的核心元件，死区的大小和线性曲线的好坏直接影响着整个设备的稳定性和试压精度；相比之下ATOS比例溢流阀更适合应用于钢管试压机的控制系统。

图3 ATOS比例溢流阀压力曲线

图4 Rexroth比例溢流阀压力曲线

3 液压系统分析

钢管水压机液压系统控制原理如图5所示。

图5 水压机液压系统控制原理图

当待试压的钢管内完成冲水排气后，YA0201，YA0203和YA0206电磁阀得电，在液压压力的驱动下增压器开始给试压钢管内打压液增压；通过增压缸的增压比，根据钢管所需的实验压力，可计算出达到钢管试验压力所需的液压压力，将计算结果转化成比例阀的控制信号传输给比例阀，在达到试验压力后，通过比例溢流阀溢流，保持液压压力恒定，实现增压器油压和水压的平衡，实现平稳保压；试压结束后，YA0202，YA0204和YA0205电磁阀得电，使增压器后退，卸掉钢管内水压。

4 故障分析及系统优化

4.1 钢管试压压力不足

钢管试压无压力，检测比例阀插头处控制电压是否符合要求，驱动电压24 V是否满足。应保证该比例阀的控制电压在0～10 V之间，驱动电压在24～28 V之间，比例阀能够稳定的工作。

钢管试压压力不足，如驱动电压和控制电流均正常，测试在增压器前进时，增压缸大腔的压力是否符合溢流阀控制线性曲线的参考值，如不符合，则检查比例阀零位调整旋钮是否松动，如松动则将其调整到标准位置；如不松动，则更换新的比例阀进行调试。

4.2 钢管试压压力不稳

试压曲线出现高峰值后平稳保压；根据实际工作经验，为了减小和消除打压过程中的系统冲击，减少高峰值的出现，在系统插装阀控制油路中加设了φ0.8 mm的阻尼。优化打压过程中大小液压泵同时供压，根据实际工作经验，小泵单独供压的切换比例点应低于85%。

5 ATOS参数及线性曲线优化

AGMZO-TERS-PS-32/315比例阀采用集成式数字放大器，可采用电脑软件对其参数及线性曲线进行优化调整；运用E-SW-PS ATOS比例溢流阀控制软件，通过sp-zm-7p通信电缆，可将比例阀和电脑连接起来，通过该软件对其进行参数及线性曲线进行优化调整，补偿比例阀机械结构的老化，延长阀的使用寿命。

图6 控制软件对起零点进行电子补偿曲线

比例阀经长期使用，阀芯出现磨损、控制弹簧出现疲劳损伤，比例阀的零位会出现不同程度偏差，会影响水压机液压系统控制。可通过ESW-PS ATOS比例溢流阀控制软件对起零点进行电子补偿（如图6所示），来恢复其原有精度，保证水压机试压精度。当比例阀被赋予较高控制电压时，液压系统瞬间会产生较大的峰值压力，造成系统冲击。冲击会造成管路震动加大，增大漏油隐患。可通过E-SW-PS ATOS比例溢流阀控制软件调整比例阀信号斜坡（如图7所示），使比例阀更加平稳地控制压力，减少峰值压力的冲击。