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2 0 1 1 年 1 1 月 第 3 9卷 第 2 2期 机床与液压 MAC HI NE T00L HYDRAUL I C S NO V ． 2 0l l Vo 1 ． 3 9 No ． 2 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 2 ． 0 2 2 钢管扩径机的液压驱动系统设计 陈秀梅 ，杨庆东 北京信息科技 大学，北京 1 0 0 1 9 2 摘要随着管道建设向高强度、高韧性的方向发展以及对钢管质量要求的不断提高，制管技术及装备也在不断推陈出 新。扩径机作为提高钢管质量的一种极为关键的技术装备， 越来越多地在制管生产中得到运用。在介绍钢管扩径机工作原 理的基础上，主要进行了钢管扩径机液压驱动系统的原理设计。 关键词扩径机；液压驱动系统 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 2 0 6 9 2 The De s i g n o f Hy dr a u l i c Dr i v e S y s t e m a bo ut t h e Tu be Ex p a nd e r M a c h i n e C HE N X i u me i ，Y A N G Q i n g d o n g B e i j i n g I n f o r m a t i o n S c i e n c eT e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ，B e i j i n g 1 0 0 1 9 2 ，C h i n a Ab s t r a c t As t h e p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n d e v e l o p i n g t o w a r d t h e d i r e c t i o n o f h i g h s t r e n g t h a n d h i g h t o u g h n e s s ， t h e d e ma n d o f e n t e r p r i s e o n s t e e l p i p e q u a l i t y i s h i g h，S O t h e n e w t u b e t e c h n o l o g y a n d e q u i p me n t h a v e b e e n i n t r o d u c e d ． F o r t h e t u b e e x p a n d e r ma c h i n e a s t h e k e y t o i mp r o v e t h e q u a l i t y o f t u b e， i t h a s b e e n u t i l i z e d mo r e a n d mo r e u n i v e r s all y i n t h e t u b e ma n u f a c t u r i n g ． On t h e b a s i s o f i n t r o d u c i n g t h e w o r k i n g p rin c i p l e s o f t u b e e x p a n d e r ma c h i n e ，a h y d r a u l i c d r i v e s y s t e m w a s d e s i g n e d i n p ri n c i p l e f o r t h e ma c h i n e ． Ke y wo r d s T u b e e x p a n d e r ma c h i n e；Hy d r a u l i c d riv e s y s t e m 油气长输管线完全采用直缝埋弧焊管是管线工业 发展的必然趋势，扩径是直缝埋弧焊管生产中的重要 工序之一。在钢管生产中，对焊接后的钢管扩径，可 以消除变形，改善尺寸精度，提高钢管的平直度；并 且消除残余应力 ，提高屈服强度。扩径机作为提高焊 管质量的一种极为关键的技术装备， 越来越多地在制 管生产中得到运用⋯。文中主要就钢管扩径机的液压 驱动系统进行了设计、分析。 1 钢管扩径机工作原理 欲扩径的钢管在扩径前需用高压水将管 内的焊 渣、氧化铁皮等杂物冲净 ，由送管装置将钢管送到第 一 台扩径机前的旋转装置上，旋转钢管使焊缝转到中 心线的上方 ，并对准扩径头有槽沟 的扇形块 ，然后用 升降辊道将钢管升至其中心线与扩径头 中心线相一 致 。钢管不扩径 的一端用液压 台车上 的夹钳夹住 ，并 将钢管插入扩径头，可对钢管第一段进行扩径，每扩 一 段扩径头的动力油缸返 回原始位置 ，然后 ，再将钢 管向前送一段，逐段重复进行直到扩径至稍过于钢管 全长的一半时为止，然后钢管快速从扩径头全部退 出，返回原始位置 ，升降辊道下降将钢管再放在旋转 装置上 ，并将其送到第二台扩径机前，准备进行另一 半钢管的扩径 。同时另一根钢管也送到第一台扩径机 前 ，这样 ，总是同时有两根钢管进行扩径。 2 钢管扩径机液压驱动系统原理 分析钢管扩径机的动作要求 ，设计钢管扩径机 的液压驱动系统原理如图 1 所示。 A l 过滤器2 、5 、7 一二位电磁换 向阀3 一压力继电器4 一电液换向阀 6 调速 阀8 一增压缸 9 一同步缸l O 一伸缩缸1 1 一升降缸 1 2 、l 3 一三位 电磁换向阀l 4 溢流阀l 5 变量泵 图 1 扩径机液压驱动系统原理图 收稿 日期 2 0 1 01 0 2 5 基金项目北京市教委面上项目 K M2 0 0 9 1 0 7 7 2 0 0 3 ；北京市中青年骨干人才强教项 目 P H R 2 0 1 0 8 4 3 1 作者简介陈秀梅 1 9 7 O 一 ，女 ，硕士，副教授 ，主要从事流体传动及控制、机械制造等方面的科研和教学工作。 E ma i l c he n x i ume i 0 4 1 26 ．c o rn。 7 0 机床与液压 第 3 9 卷 按下启 动按钮 ，变量 泵 1 5工作 ，电磁换 向阀 1 3 左位接通，使升降缸 1 1 运动，提升钢管至指定高度， 接通电磁换 向阀 1 2下位 ，使伸缩缸 1 0运动 ，推 动钢 管前进。当第一次伸缩完成 ，触动行程开关，接通电 液换向阀4左位 ，两个定量泵同步供油，这时电磁换 向阀7右位接通 ，流量不同的两个泵一同为扩径设备 快进提供动力 。当到达工进指定位置时 ，时间继电器 发出信号，电磁换向阀7 左位接通 ，截止所在油路供 油 ，电磁换向阀5右位接通，电磁换 向阀 2左位接 通 ，使大流量泵输出流量返回油箱，停止供油。小流 量、高压泵依旧工作 ，其油路转为带有调速阀6且通 过增压缸 8的油路为扩径设备供油。随着执行元件所 受阻力逐步增高，小流量 、高压泵的流量减少，泵的 出口压力 逐步 增 加。通过 增压 缸增 压 ，达 到 工作 压 力 ，进行工作进给 ，完成一次扩径。随时间继 电器发 出信 号 ，电液换 向阀4右位接通 ，电磁换 向阀 7右位 接通 ，液流通过大流量管路进行换 向。而后 电磁换 向 阀 1 2下位再次接通 ，伸 缩缸再 次进 给 ，输 送钢 管下 一 部分进入以备进行扩径工序，电液换向阀4左位接 通 ，油液再次转入小流量 的速度调节 回路 ，扩径设备 进行第二次工作进 给。依 照此步骤重复进行 ，直至完 成扩径。之后电磁换向阀5置左位，电液换向阀7置 右位，电磁换 向阀2置右位，电磁换向阀 1 2处于上 位，电磁换向阀4处于右位，扩径设备流量重新接回 大流量、低压管路，扩径设备和伸缩缸快退。最后电 磁换向阀 l 3右位接通 ，降下钢管，完成整个送管、 扩径动作过程 。电磁铁 动作顺序表如表 1 所示 。 表 1 电磁铁动作顺序表 提升钢管 启动按钮 一 一 一 一 一 一 一 一 中位 中 位 左位 右位 左位 左位 伸缩缸推动一级缸体 挡块压下行程阀 一 一 一 一 一 一 一 一 中位 下位 中位 右位 左位 左位 快进 时间继电器发出信号 十 一 一 一 一 一 一 十 一 左位 中 位 中位 右位 右位 左位 工进 压力继电器发出信号 一 一 一 一 一 一 左位 中位 中位 左位 左位 右位 时间继电器发出信号 一 一 一 一 一 右位 下位 中位 右位 右位 右位 工进 时间继电器发出信号 十 一 一 一 一 一 十 一 十 左位 中位 中位 左位 左位 右位 时间继电器发出信号 一 一 一 一 一 右位 下位 中位 右位 右位 右位 工进 时间继电器发出信号 一 一 一 一 一 一 左位 中位 中 位 左位 左位 右位 伸缩缸， 扩径头退回 时间继电器发出信号 一 一 一 一 一 一 右位 上位 中 位 右位 右位 左位 快退 时间继电器发出信号 一 一 一 一 一 一 一 一 中位 中位 右位 中位 左位 左位 停止 挡块压下终点开关 一 一 一 一 一 一 一 一 一 中位 中位 中 位 中位 左位 左位 3 设计中存在 问题的解决措施 1 由于在扩径头工作过程中，快速进给时需 要的液压油流量大，而工作进给时需要的压力高，因 此采用了双泵供油模 式。需要 大流量供油 时 ，两个泵 同时工作，供给大流量；当工作进给时，大流量泵截 止 ，小流量泵单独供油，随外力增大提高压力。 2 通过分析计算，钢管的推力 1 0 M N左右时， 需要液压力超过了 5 0 M P a 。为了获得高的压力 ，另 外考虑到成本的因素，因此辅以双泵供油回路，回路 中设置 了一个增压缸。 3 考虑到钢管的长度均超过了5 1 3 1 ，在回路中 设置了一个伸缩缸，以便于能够送钢管到位。 4 扩径头 中采 用多 个 液压 缸 ，其 间需 要 同 步运动，除了设计控制同步的系统外 ，在液压回路中 采用 同步缸 以更好地达到要求。 4结论 随着长输管道对钢管质量要求的不断提高 ，以及 国民经济和人民生活对能源需求的不断增大，高压 、 大输送量的管道会越来越多，对钢管的安全可靠性要 求也越来越高，这都要求相应地提高扩径技术。在发 达国家 ，经过 多年研究和应用 ，钢管扩径 工艺 和扩径 机的设 计制造水平 已较高 ，一 台扩径机在使用寿命期 内可扩径达万根 以上。国内生产直缝埋弧焊管 的时间 还 比较短 ，对于扩径机的研究和制造还 比较少 ，在扩 径设备质量 、寿命方面存在着很大的问题 。因此， 认真研究扩径机的扩径工艺、设计制造方法 ，对于提 高设备的生产效率、降低生产成本很有意义。 参考文献 【 1 】 郭宝锋， 聂绍眠， 金森 ， 等． 筒形件的机械扩径成形条件 [ J ] ． 中国有色金属学报， 2 0 0 2 ， 1 2 6 1 1 4 91 1 5 3 ． 【 2 】 雷天觉． 液压工程手册 [ M] ． 北京 北京理工大学出版 社 ． 1 9 9 8 ． 【 3 】陈秀梅， 解文龙， 杨庆东． 液压式钢管扩径机的设计方法 研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 7 5 3 0 3 2 ． 【 4 】 彭在美． 国内外直缝焊管机组 的发展趋势 [ J ] ． 钢管， 1 9 9 8． 2 7 4 1 41 8 ．
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