实验分析水压试验机的工作流程和主液压系统工作原理

　　摘 要：以钢管水压试验机液压系统为研究对象，阐述了水压试验机的工作流程和主液压系统工作原理，选择AMESim 作为软件环境，建立了该系统基于AMESim 的主要元件子模型，并搭建成完整的某钢厂3 号线水压试验机主液压系统模型，设置了模型中的主要参数，实现了该液压系统动态性能仿真。仿真结果表明，应用AMESim 软件可以有效地对钢管水压试验机主液压系统进行模拟，取得了较好的结果，为进一步的深入研究奠定了坚实的基础。

　　关键词：钢管水压试验机；液压系统；AMESim；建模与仿真

　　引 言

　　各种用途的钢管，如低中压锅炉管、高压锅炉用管、船舶用管、化工用管、油井管和核工程用管等一般都处于一定温度、压力的恶劣工况下，因此为尽量避免钢管使用中存在的危险，对于出厂的钢管都必须进行全长范围内的压力试验，钢管水压试验机正是对钢管进行压力试验的机械设备。钢管水压试验机的工艺流程是：首先钢管由步进梁运输装置运送到试压工位，夹钳夹紧钢管并定位到试压中心，充水头和排气头先后顶住钢管，并由预密封加压使密封圈夹紧钢管，充水阀和排气阀打开，乳化液进入试验钢管，并由排气阀排出管内气体，当钢管内的气体全部被排出后，充水阀和排气阀关闭，增压器开始对钢管中的乳化液进行增压，达到设定压力后开始保压，保压到设定时间后，开始卸压，卸压过程和增压过程动作相反［1，2］。由工艺流程可以看出，整个试压过程主要由液压系统来完成压力的提升，它对整个钢管试压过程的稳定性和安全性有着非常重要的意义，因此对液压系统进行建模仿真分析，能够加深对整个系统过程的认识，也为进一步对水压试验机的故障诊断、预报等奠定了坚实的理论分析基础。

　　由于钢管水压试验机配备多个液压元件，该高压系统的液压油压力和流量变化非常剧烈，而且随着研究的深入，期望模型具有很好的扩展性，因此传统的matlab 建模方法难以建立精确的动态数学模型。AMESim（英文全称：Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems，即工程系统高级建模与仿真环境）是法国Imagine 公司于1995 年推出的基于功率键合图的液压／机械系统建模、仿真及动力学分析软件，大量文献表明：AMESim 可以有效地对各种复杂的工程机械液压系统进行建模仿真研究［3-6］。本文应用AMESim 对某钢厂3 号线钢管水压试验机的主液压系统进行建模仿真分析，取得了满意的结果，并且加深了对其工作机理的认识和理解，实现了对系统动态过程的探索，为进一步的水压试验机的故障诊断、预报研究提供了前提条件和数据支持。

　　1 钢管水压试验机主液压系统工作原理

　　钢管水压试验机的结构复杂，本文将其主要结构概括如图1 所示，其中各种液压元件采用德国Rexroth（力士乐）的器件。

　　图1 钢管水压试验机的组成

　　钢管水压试验机的试压介质是乳化液，试验的理论依据是将试验钢管充满乳化液，然后依靠外力压缩乳化液使压力升高［7］，从而达到试压的目的。目前，钢管水压试验机一般采用油增水（乳化液）的方法，通过高压增压器来实现压力的提升。钢管压力试验时，要求保压曲线平稳、效率高，因此要求液压系统能够快速升压和平稳卸压。为了达到上述要求，液压系统采用恒压源供油方式，恒压源由恒压变量泵A4VSO恒压变量轴向柱塞泵和蓄能器及溢流阀等组成。