多规格球墨铸铁管水压试验机的研发
2022-03-29张国生张义霖
张国生，张义霖
（1.广东新兴铸管有限公司，广东阳春 529600；2.桂林电子科技大学，广西桂林 541000）
1 水压试验机应用情况
水压试验机是一种利用油水平衡控制对球墨铸铁管性能进行静水压试验的设备。对于不同规格球墨铸铁管，传统水压试验机需要更换不同工装进行试压，人员劳动强度大，影响生产时间；球墨铸铁管管腔内部通过水泵直接供水，供水快慢取决于水泵排量；管腔内部水压直接与给定油压平衡，不能实现水压与油压随动匹配；充水过程中排气慢而且经常无法排净。
本研究课题开发一种多规格水压试验机，可以实现不同规格球墨铸铁管采用一种工装进行水压试验，不用频繁更换工装；通过气液水罐输送水介质，输水效率高；通过油压比例控制实现水压与控制油压随动匹配平衡；通过快速切断阀实现排气。特别适用于连续生产，具有劳动强度低，生产效率高，工装使用寿命长等优点。
2 设计方案及部分组成
该水压试验机主要由以下几部分组成：水压打压工装装置、传送及托举装置、水路系统、气动系统、液压系统和电器控制系统。水压打压工装装置包括挡墙、多规格承口堵头、多规格插口堵头、密封胶圈等；传送装置及托举装置包括链条输送装置、球墨铸铁管举升及横向移动装置；水路系统包括水泵部分、水罐部分、水压传感器及控制阀门；气动系统包括气源、气动三元件及阀门等；液压系统包括泵组元件、比例控制阀、油压传感器、辅助元件等；电器控制系统包括PLC、PID 控制器、球铁管测长、测径控制器、工控机等元件。多规格水压试验机总体结构见图1。
图1 多规格水压试验机总体结构图
多规格球墨铸铁管水压机工作流程：球墨铸铁管对中后进入链条输送装置，激光测距器测外径及长度，然后送入打压工位，托举装置托举到指定高度，堵头液压缸夹紧，依次输入低压水、高压水，保压，检测是否泄漏。其工艺流程如图2。
图2 多规格水压试验机工艺流程
2.1 技术性能和设计参数
多规格水压试验机主要技术性能及设计参数见表1。
表1 多规格水压试验机的主要技术性能及设计参数
2.2 水压打压工装装置
水压打压工装装置如图3 示，其中多规格插口堵头、多规格承口堵头分别如图4、5 所示，其外有多道密封胶圈，可以实现多种规格球墨铸铁管夹紧后密封，其内有排气通道，通过专门排气机构实现快速排气。插口堵头后端有球形浮动支撑、多组蝶形弹簧预紧。
图3 水压打压工装装置
图4 多规格插口堵头
2.3 球墨铸铁管传送装置
如图6、7 所示，球墨铸铁管通过链条输送装置送到指定位置，托举装置托举到指定高度，其高度值有带位移传感器液压缸控制，托举装置上液压马达控制球铁管在滚轮上移动。
图6 链条传送装置
2.4 水路系统
图5 多规格承口堵头
铸铁管16 内低压水首先由低压水泵4 注入压力水罐9，然后由压力水罐9 注入铸铁管16；压力水罐9 上有四个液位计，3FH1、3FH2 属于低液位报警，用于启动低压水泵4 往水罐注水，3FH3、3FH4 属于高液位报警，用于关闭低压水泵4 往水罐注水。水罐上端由气源通过球阀9.1 预先注入高压不溶于水介质气体，然后关闭球阀9.1。高压气体驱动水介质经过球阀9.2、高低压进水启闭阀10 到球墨铸铁管内部管腔，铸铁管内部气体通过12、13 排气阀快速排除，其结构如图8；水罐内高压气压一般不用补充；铸铁管16 内高压水由高压水泵1 直接注入。
图8 水路控制系统
2.5 油路系统
图7 托举及移动装置
油路控制系统动作过程见图9：首先，驱动缸10 在压力油1 作用下快速驱动推头2 使球墨铸铁管4 与插口多功能堵头3 和承口堵头5 接触，普通控制阀关闭压力油1；比例压力阀11 在压力油2 作用下，给定驱动缸较低初始压力值，保证球墨铸铁管密封，然后，进水切断阀8 打开，水充入球墨铸铁管内，压力传感器7 检测水的压力值，反馈给PID 控制器，PID 控制器把信号传递给比例压力阀11，控制比例压力阀压力值，驱动缸油压压力根据水压的变化自动调节，如图10 所示。
图9 油路控制系统示意图
2.6 电器控制系统
电器控制系统包括PLC、PID 控制器、球铁管测长、测径控制器、工控机等元件，其控制原理：水压传感器实时检测球墨铸铁管里的水压值，传送到PLC 进行信号分析处理，根据油水平衡原理，计算出油压控制信号，输出到电液比例阀的功率驱动单元，控制电液比例阀的动作，进而控制管端封头的油压值，实现油水平衡，完成球墨铸铁管的静水压试验。油压传感器和水压传感器检测到的信号同时被实时送到工控机里，操作员通过监控画面实时监控试验过程。控制画面如图11，水压机监控系统图中，上方曲线是油压曲线，下方曲线是水压曲线。
图11 水压机油压与水压实时监控系统
3 结语
该多规格水压试验机采用多规格集成工装堵头进行生产，实现了不同规格球墨铸铁管混合生产，采用气液水罐进行水的介质输送，极大提高了充水效率，通过比例伺服控制实现水压与控制油压随动匹配平衡，提高了设备的效率和稳定性，效率较传统球墨铸铁管水压试验机提高30%～40%。该多规格水压试验机集机、电、液、气控制于一体，设备运行全PLC 控制，自动化程度高，可以实现手动、自动控制，是当今国内自主开发的功能最先进的自动球墨铸铁管水压机之一。
该试压机自2019 在广东新兴铸管有限公司投入运行以来，整机运行可靠，机、电、液、气各系统性能稳定，设备各项性能指标均达到或超过设计指标，产生了良好的经济和社会效益。
