管端收口机液压系统设计及插装阀应用

　　0　前言

　　管端收口机为特殊扣油套管生产线上的重要组成部分,将钢管端部在常温或加热后进行收口。宝钢钢管厂为满足目前生产需要,要求新增管端收口机,为此,根据收口机的生产工艺,经过计算、回路设计和元件选型,设计了一套高压、大流量的液压系统。液压系统由于采用了恒功率泵、二通插装阀等控制技术及集成式阀块设计,具有响应快、节能、低污染等优点。但使用二通插装阀时,应注意其元件特性,否则将会影响系统性能。

　　1　收口机设备及工况

　　1.1　设备组成和工况简述

　　收口机由收口机机架、夹紧机构、顶锻机构等组成。

　　来料钢管输送到位后,由夹紧模具将钢管夹紧并维持一定的夹紧力;顶锻液压缸携带收口模具快速前进至管端处收口;收口完成后,顶锻液压缸返回,然后夹紧液压缸卸压并返回。

　　1.2　设备配置

　　根据生产要求,最大规格钢管的夹紧力F夹紧max约为1 900 kN;顶锻力F顶锻max约为950 kN。经过论证后,收口机各液压缸规格与速度初步配置如下:

　　夹紧、顶锻液压缸各1套,缸径为280 mm,杆径为200 mm;V夹紧前进= 64 mm/s,V_夹紧后退=130 mm/s;V_顶锻快进=125 mm/s,V_顶锻=40 mm/s,V_顶锻后退=130 mm/s。夹紧缸:原点→前进→升压→保压→卸压→返回。

　　顶锻缸:原点→快速前进→收口前进→返回。本文的设计、计算过程将以顶锻缸为主,同时附带介绍夹紧缸。

　　2　液压系统设计与计算

　　2.1　工作泵组配置方案的确定

　　根据负载情况和油缸规格可以得出每个油缸的最大工作压力:

　　p_夹紧max=F_夹紧max/A1≈30. 8MPa

　　p_顶锻max=F_顶锻max/A1≈15. 4MPa

　　式中,A1为无杆腔工作面积。

　　顶锻缸在最大负载时,必须有V顶锻的前进速度,而夹紧缸在最大负载时维持保压状态,只需要少量高压油补充系统泄漏即可。因此液压系统主工作泵组只需按顶锻缸要求进行配置,保证顶锻缸完成各个动作所需要的压力和流量即可。夹紧缸高压保压采用高压小流量泵。

　　此套液压系统的工作泵组配置为:大流量工作泵PS1和高压小流量泵PS2。

　　2.2　控制元件形式的确定

　　经过初步计算,顶锻缸在快速前进时无杆腔需要的最大流量约为480 L/min。为满足液压系统大流量和快速响应的要求,减小液压阀组的外形尺寸,采用二通插装阀。

　　2.3　顶锻缸控制方案的确定

　　2. 3. 1　顶锻缸控制原理

　　顶锻缸在前进过程中有两个阶段:空载快速前进和带负荷前进。由于油缸A1∶A2≈2∶1(A2为活塞杆腔工作面积),满足差动油缸特性,因此快速前进时采用差动控制(见图1)。