實驗分析水壓試驗機的工作流程和主液壓系統(tǒng)工作原理

　　摘 要：以鋼管水壓試驗機液壓系統(tǒng)為研究對象，闡述了水壓試驗機的工作流程和主液壓系統(tǒng)工作原理，選擇AMESim 作為軟件環(huán)境，建立了該系統(tǒng)基于AMESim 的主要元件子模型，并搭建成完整的某鋼廠3 號線水壓試驗機主液壓系統(tǒng)模型，設置了模型中的主要參數(shù)，實現(xiàn)了該液壓系統(tǒng)動態(tài)性能仿真。仿真結(jié)果表明，應用AMESim 軟件可以有效地對鋼管水壓試驗機主液壓系統(tǒng)進行模擬，取得了較好的結(jié)果，為進一步的深入研究奠定了堅實的基礎。

　　關鍵詞：鋼管水壓試驗機；液壓系統(tǒng)；AMESim；建模與仿真

　　引 言

　　各種用途的鋼管，如低中壓鍋爐管、高壓鍋爐用管、船舶用管、化工用管、油井管和核工程用管等一般都處于一定溫度、壓力的惡劣工況下，因此為盡量避免鋼管使用中存在的危險，對于出廠的鋼管都必須進行全長范圍內(nèi)的壓力試驗，鋼管水壓試驗機正是對鋼管進行壓力試驗的機械設備。鋼管水壓試驗機的工藝流程是：首先鋼管由步進梁運輸裝置運送到試壓工位，夾鉗夾緊鋼管并定位到試壓中心，充水頭和排氣頭先后頂住鋼管，并由預密封加壓使密封圈夾緊鋼管，充水閥和排氣閥打開，乳化液進入試驗鋼管，并由排氣閥排出管內(nèi)氣體，當鋼管內(nèi)的氣體全部被排出后，充水閥和排氣閥關閉，增壓器開始對鋼管中的乳化液進行增壓，達到設定壓力后開始保壓，保壓到設定時間后，開始卸壓，卸壓過程和增壓過程動作相反［1，2］。由工藝流程可以看出，整個試壓過程主要由液壓系統(tǒng)來完成壓力的提升，它對整個鋼管試壓過程的穩(wěn)定性和安全性有著非常重要的意義，因此對液壓系統(tǒng)進行建模仿真分析，能夠加深對整個系統(tǒng)過程的認識，也為進一步對水壓試驗機的故障診斷、預報等奠定了堅實的理論分析基礎。

　　由于鋼管水壓試驗機配備多個液壓元件，該高壓系統(tǒng)的液壓油壓力和流量變化非常劇烈，而且隨著研究的深入，期望模型具有很好的擴展性，因此傳統(tǒng)的matlab 建模方法難以建立精確的動態(tài)數(shù)學模型。AMESim（英文全稱：Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems，即工程系統(tǒng)高級建模與仿真環(huán)境）是法國Imagine 公司于1995 年推出的基于功率鍵合圖的液壓／機械系統(tǒng)建模、仿真及動力學分析軟件，大量文獻表明：AMESim 可以有效地對各種復雜的工程機械液壓系統(tǒng)進行建模仿真研究［3-6］。本文應用AMESim 對某鋼廠3 號線鋼管水壓試驗機的主液壓系統(tǒng)進行建模仿真分析，取得了滿意的結(jié)果，并且加深了對其工作機理的認識和理解，實現(xiàn)了對系統(tǒng)動態(tài)過程的探索，為進一步的水壓試驗機的故障診斷、預報研究提供了前提條件和數(shù)據(jù)支持。

　　1 鋼管水壓試驗機主液壓系統(tǒng)工作原理

　　鋼管水壓試驗機的結(jié)構(gòu)復雜，本文將其主要結(jié)構(gòu)概括如圖1 所示，其中各種液壓元件采用德國Rexroth（力士樂）的器件。

　　圖1 鋼管水壓試驗機的組成

　　鋼管水壓試驗機的試壓介質(zhì)是乳化液，試驗的理論依據(jù)是將試驗鋼管充滿乳化液，然后依靠外力壓縮乳化液使壓力升高［7］，從而達到試壓的目的。目前，鋼管水壓試驗機一般采用油增水（乳化液）的方法，通過高壓增壓器來實現(xiàn)壓力的提升。鋼管壓力試驗時，要求保壓曲線平穩(wěn)、效率高，因此要求液壓系統(tǒng)能夠快速升壓和平穩(wěn)卸壓。為了達到上述要求，液壓系統(tǒng)采用恒壓源供油方式，恒壓源由恒壓變量泵A4VSO恒壓變量軸向柱塞泵和蓄能器及溢流閥等組成。