电液比例阀在钢管水压机油水压力平衡系统中的应用

　　比例阀是一种能够按比例地随输人电信号的变化而调节和控制液流压力、方向和流量的新型液压元件。近年来，随着可编程(PLC)和自动控制技术的发展，电液比例阀在工业控制系统中得到了广泛的应用。电液比例阀在钢管水压试验机油水压力平衡(以下简称油水平衡)控制系统中的应用，充分体现了其压力控制方便、调节性能好、控制精度高的优点。

　　1 水压机油水压力平衡系统简介

　　水压机的油水平衡，简单地说，就是在水压过程中前压头推力主缸的油压要随钢管内水压的变化而成比例变化，始终要与水压保持一种动态平衡。油压太大，会挤伤钢管;油压太小，则会导致主缸后退，管端密封失效，严重时会导致高压水喷出，对周围的设备及人身带来安全风险。在水压机主缸油压控制中采用比例阀，很好地解决了这个问题，实现了油压与水压的适时动态平衡。

　　1.1 油水压力平衡系数的计其

　　在水压试验前后压头根据钢管的要求长度通过定位装置锁紧在拉力柱上。要实现油水压力平衡，就要使前压头主缸内的油压随管内水压而变化。

　　在钢管与前压头的接触面上承受着钢管内水压F水与主缸的推力F油，只要满足F水二F油，就可以实现油水压力的动态平衡。

　　1.2 油水压力平衡过程分析

　　水压机油水压力平衡控制系统由压力、PLC和比例阀共同完成，系统控制原理框图。在水压试验过程中，水压传感器将钢管内水的压力变成电信号送人P比的灯D模块，PLc程序中将水压值与油水压力平衡系数相乘，将乘积通过D/A模块送给比例阀放大板，通过比例阀调节主缸内油的压力。

　　比例阀的控制采用了闭环控制的方式，在PLC对比例阀压力进行控制的同时，油压传感器将主缸的压力反馈给P比，Pl刀对反馈回来的油压实际值与油压的理论值进行比较，调整输出信号，从而实现油压与水压的同比例变化。

　　2 比例阀控制系统的调试及注意事项

　　2.1 系统的调试

　　由于受比例阀输出特性曲线线性的影响，在比例阀控制系统调试过程中往往需要多次反复，调试的周期也较长，针对这种情况，笔者认为调试过程应从以下几个步骤进行:

　　(1)在比例阀控制中增加手动/自动切换电路，如图3所示。先开启系统同步油泵，将比例阀控制开关切换到手动状态，手动调节比例阀给定模拟信号，并在不同信号下测量同步系统油路油压的大小，根据数值绘制出比例阀的输出特性曲线，将其与理论特性曲线进行比较。

　　(2)在编程过程中，除对比例阀输出油压采用闭环控制的方式外，还要考虑比例阀输出线性的影响，为了保证水压过程中油压响应的快速性，在编程中用软件对比例阀的特性进行修正。如图4比例阀的特性曲线在压力超过10MPa后斜率变小，因此，在编程时对压力超过10MPa后计算出的油压值进行补偿修正。

　　2.2 系统使用过程的几点注意事项

　　(1)当试验头密封方式不同时，对预紧压力的要求也不同。径向密封的预紧压力一般设在1.5一ZMPa，端面密封的预紧压力一般设在2.5一3MPa，这两种密封的预紧压力控制也略有差别。相比之下，端面密封的预紧压力要求较高，若预紧压力不足，会影响整个增压过程的密封。

　　(2)水压机换道时，对同步系统溢流阀的压力调节非常必要。先计算出钢管试压时主缸所需的最大油压，然后采用比例阀手动控制进行压力给定，调节同步系统溢流阀的卸荷值，使其比主缸所需的最大油压高0.5·IMPa为宜。这样做的目的是当比例阀失控时，过高的油压可通过溢流阀卸荷，从而避免挤坏钢管或损坏设备。

　　(3)在使用量程不同的比例阀时，要注意油水压力平衡系数的变化。如用31 5MPa比例阀替换40MPa比例阀，则应在原来油水压力平衡系统的基础上乘以1.3(4D/31.5)系数。

　　(4)端面密封油水压力平衡系数微调次数较多，这主要是因为胶圈磨损的程度不同，所需要的油压也不尽相同。通过生产实践证明，在更换新胶圈后，先将比例系数提高到1.6(生产小1219mln 钢管)，待试压5根后再将压力调回到15的正常系数，采用这种方法可以减少胶圈的磨损，提高胶圈的寿命。

　　3 结语

　　比例阀在我公司钢管水压试验机油水压力平衡系统中使用5年来性能可靠，不仅提高了生产效率，也基本避免了钢管因压弯而判废的现象。尤其是在为印度“东气西送管线”生产钢管过程中，由于密封方式的变化引起油水压力平衡调整的次数变多的情况下，比例阀控制的先进性及方便性得到了充分体现。实践证明，电液比例阀控制技术是一种先进的控制技术，必将拥有更为广阔的应用前景。